BREVIAR DE CALCUL AL PERFORMANŢEI ENERGETICE A CLĂDIRILOR

Transcript

1 BREVIAR DE CALCUL AL PERFORMANŢEI ENERGETICE A CLĂDIRILOR ÎNCĂLZIRE: APĂ CALDĂ DE CONSUM: ILUMINAT: D E E A B C D E F G A B C D E F G A B C D E F G kwh/m²an kwh/m²an kwh/m²an TOTAL:ÎNCĂLZIRE, APĂ CALDĂ CLIMATIZARE: VENTILARE MECANICĂ: DE CONSUM, ILUMINAT E A B C D E F G A B C D E F G A B C D E F G kwh/m²an kwh/ m² an kwh/ m² an Contract nr. 334 din Faza 1 AUTORITATEA CONTRACTANTĂ REDACTAREA I M.D.L.P.L. EXECUTANT Tel./fax DIRECTOR GENERAL Conf.univ.dr.ing. Cătălin LUNGU RESPONSABIL CONTRACT Prof.univ.dr.ing. Octavia COCORA 20 IUNIE 2008

2 FOAIE DE SEMNĂTURI Director General: Şef proiect: Conf.univ.dr.ing. Cătălin LUNGU Prof.univ.dr.ing. Octavia COCORA Colectiv de elaborare Nume şi prenume, funcţia Prof.univ.dr.ing. Iolanda COLDA Semnătura Prof.univ.dr.ing. Octavia COCORA Şef lucr.univ.dr.ing. Raluca TEODOSIU Conf.univ.dr.ing. Andrei DAMIAN Conf.univ.dr.ing. Cătălin LUNGU Prof.cons.dr.ing. Mihai ILINA Tehnician instalaţii Florin PASCARIU Tehnician instalaţii Alin NICOLAE Tehnician instalaţii Răzvan ZEGHICI Tehnician instalaţii Ştefan BADEA Tehnician construcţii Magdalena LUNGU 1

3 1. BORDEROUL DOCUMENTAŢIEI OBIECTIV: Elaborare normativ OBIECT: Breviar de calcul al performanţei energetice a clădirilor AUTORITATEA CONTRACTANTĂ/BENEFICIAR: FAZA: 1 COMANDĂ/CONTRACT NR: 334 din data M.D.L.P.L. COD PROIECT:... COD BORDEROU:... PAG. 2/3 ÎNTOCMIT: A.NICOLAE VERIFICAT: C. LUNGU APROBAT: Comisie Avizare REV. 01 DATA: 20 iunie 2008 Capitolul I. Elemente generale privind alcătuirea clădirilor I.1 Clasificarea clădirilor I.1.1. În raport cu destinaţia lor, clădirile se împart în trei mari categorii: I.1.2. Clasificarea clădirilor din punct de vedere al structurii elementelor de construcţie I.1.3.Clasificare după importanta a construcţiilor I.1.4.Regimuri de utilizare a clădirilor şi influenţa acestora asupra performanţei energetice I Clasificarea clădirilor în funcţie de regimul lor de ocupare I Clasificarea tipurilor de funcţionare ale instalaţiilor de încălzire I Clasificarea clădirilor funcţie de inerţia termic ǎ inclusiv modul de stabilire a valorii acesteia I Corelaţii între regimul de ocupare al clădirii şi inerţia termică a acesteia Capitolul II. Schema logică generală de aplicare a Metodologiei de calcul a performanţei energetice a clădirilor Capitolul III. Scheme logice pentru determinarea performanţei energetice a clădirilor în funcţie de utilităţile aplicabile: încălzire, apă caldă de consum, ventilare/climatizare, iluminat III.1. Instalaţii de încălzire III.1.1. Calculul consumului de energie şi al eficienţei energetice a instalaţiilor de încălzire III.1.2.Consumul de energie pentru încălzirea clădirilor III.1.3. Zonarea sistemului de încălzire şi etape de calcul III.1.4. Schema de calcul pentru clădiri rezidenţiale alimentate de la surse urbane III Caracteristici geometrice III Caracteristici termotehnice III Parametrii climatici (t, θ e, I j ), perioada de încălzire (SR 4839) III Temperaturi de calcul, (θ i, θ u ) III Calculul pierderilor de energie ale clădirii, Q L III Calculul aporturilor de căldură, Q g III Determinarea factorului de utilizare,η III Necesar de energie pentru încălzire, Qh III Pierderi de energie prin sistemul de transmisie, Qem III Pierderi de energie prin sistemul de distribuţie, Qd III Consum auxiliar de energie W de III Consum total de energie pentru încălzire Qfh III.1.5. Schema de calcul pentru clădiri rezidenţiale alimentate de la surse proprii III Caracteristici geometrice III Caracteristici termotehnice III Determinarea parametrilor climatici (t, θ e, I j ), (SR 4839), 2

4 III Temperaturi de calcul, (θ i, θ u ) III Calculul coeficientului de pierderi al clădirii, H III Calculul aporturilor de căldură, Q g /t III Determinarea factorului de utilizare,η III Perioada de încălzire, parametrii climatici, (t, θ e, I j ) III Calculul pierderilor de energie termica ale clădirii, Q L III Calculul aporturilor de căldura, Q g III Necesar de energie pentru încălzire, Qh III Pierderi de energie prin sistemul de transmisie, Qem III Pierderi de energie prin sistemul de distribuţie, Qd III Consum auxiliar de energie W de III Pierderi de energie la nivelul sursei de căldură, Qg III Consum total de energie pentru încălzire Qfh III.1.6. Schema de calcul pentru clădiri terţiare alimentate de la surse centralizate III Caracteristici geometrice III Caracteristici termotehnice III Determinarea parametrilor climatici (t, θ e, I j ), (SR 4839), III Temperaturi de calcul, (θ i, θ u, θ iad ) III Determinarea programului de funcţionare (t) III Calculul pierderilor de energie ale clădirii, Q L III Calculul aporturilor de căldură, Q g III Determinarea factorului de utilizare,η III Necesar de energie pentru încălzire, Qh III Pierderi de energie prin sistemul de transmisie, Qem III Pierderi de energie prin sistemul de distribuţie, Qd III Consum auxiliar de energie W de III Consum total de energie pentru încălzire Qfh III.1.7. Schema de calcul pentru clădiri terţiare alimentate de la surse proprii III Caracteristici geometrice III Caracteristici termotehnice III Determinarea parametrilor climatici (t, θ e, I j ), (SR 4839), III Temperaturi de calcul, (θ i, θ u, θ iad ) III Determinarea programului de funcţionare (t) III Calculul pierderilor de energie ale clădirii, Q L III Calculul aporturilor de căldură, Q g III Determinarea factorului de utilizare,η III Necesar de energie pentru încălzire, Qh III Pierderi de energie prin sistemul de transmisie, Qem III Pierderi de energie prin sistemul de distribuţie, Qd III Consum auxiliar de energie W de III Pierderi de energie la nivelul sursei de căldură, Qg III Consum total de energie pentru încălzire Qfh III.1.8. Calculul energiei primare III.1.9. Calculul emisiilor de CO 2 III.2. Sisteme de climatizare III.2.1 Calculul debitelor de aer pentru ventilare naturală şi mecanică III Calculul ventilării mecanice III Ventilarea pasivă si hibrida III Debite de aer pentru combustie (ardere) III Calculul debitelor de aer infiltrat/exfiltrat prin orificii şi fisuri (metoda iterativă) III Calculul debitului de aer prin deschiderile ferestrelor (aerisire) III.2.2. Calculul temperaturii interioare în perioada de vară III Ipoteze şi model de calcul 3

5 III Metodologia de calcul III Stabilirea temperaturii interioare a unei încăperi neclimatizate, în perioada de vară III.3 Scheme logice pentru determinarea performanţei energetice a clădirilor echipate cu sisteme de climatizare III.3.1 Conţinut general, scheme logice şi diagrame energetice III.3.2 Calculul consumurilor de energie pentru răcire prin metoda lunară, pentru clădiri la care nu se realizează controlul umidităţii III Descrierea procedurii de calcul III Energia necesară pentru răcirea clădirilor III Condiţii interioare de funcţionare III Durata anuală a sezonului de răcire III Necesarul de energie anual pentru răcire III Energia totală utilizată şi consumată la sistemele de răcire şi ventilare III.3.3 Calculul consumurilor de energie pentru răcire prin metoda orară, pentru clădiri la care nu se realizează controlul umidităţii III Descrierea procedurii de calcul III Ecuaţiile modelului orar simplificat III Determinarea temperaturii aerului şi a temperaturii operative pentru o valoare cunoscută a unui flux de caldură disponibil, Φ d III Calculul temperaturii aerului şi energiei necesare pentru încălzire/răcire III Precizări pentru aplicarea metodei orare III.3.4 Calculul consumurilor de energie pentru sistemele de climatizare fără controlul umidităţii interioare III Conţinut general şi domeniu de aplicare III Metoda de calcul a puterilor termice necesare pentru climatizare III Pierderi/aporturi de căldură prin suprafaţa conductelor de transport al aerului III Ventilatoare III Schimbătoare de căldură (recuperatoare) III Camere de amestec III Baterii de încălzire a aerului III Baterii de răcire a aerului III Umidificarea izotermă a aerului iarna III Consumuri de energie electrică pe perioada climatizării III Consumul de energie electrică pentru producerea frigului III Consumul de energie electrică pentru transportul aerului III Consumul de energie electrică pentru transportul agentului termic primar de răcire sau încălzire III Consumul de energie electrică pentru umidificarea izotermă III Consumul de energie electrică pentru acţionarea servomotoarelor din sistemul de reglare III Aplicaţii III.3.5 Calculul consumurilor de energie pentru sistemele de climatizare cu controlul umidităţii interioare III Conţinut general şi domeniu de aplicare III Metoda de calcul III Principalele date de intrare şi ieşire ale metodei de calcul III Consumul de energie anual pentru climatizare III Consumul de energie pentru răcire şi dezumidificare III Consumul de energie pentru umidificarea aerului III. 4 Calculul consumului de energie şi al eficienţei energetice a instalaţiilor de apă caldă de consum III.4.1.Consumul d energie pentru apa calda 4

6 III.4.2. Schema bloc de calcul a consumului de energie pentru apa calda pentru clădiri alimentate de la surse centralizate III Caracteristici geometrice III Necesarul de energie pentru prepararea apei calde de consum (energia utilă netă) III Necesarul de energie pentru pierderile de apa calda de consum III Pierderi de energie prin sistemul de distribuţie III Consum de energie auxiliara (Wde) III Consum de energie pentru instalaţia apa calda,(qacm) III.4.3. Schema bloc de calcul a consumului de energie pentru apa calda pentru clădiri cu preparare locala III Caracteristici geometrice III Necesarul de energie pentru prepararea apei calde de consum (energia utilă netă) III Necesarul de energie pentru pierderile de apa calda de consum III Pierderi de energie prin sistemul de distribuţie III Consum de energie auxiliara (Wde) III Consum de energie pentru stocare,(qac,s) III Pierderile de căldură aferente generatoarelor de preparare a apei calde de consum (Qac,g) III Consum de energie pentru instalaţia apa calda,(qacm) III.5. Calculul consumului de energie şi al eficienţei energetice a instalaţiilor de iluminat Capitolul IV. Scheme logice de aplicare a Metodologiei de calcul a performanţei energetice a clădirilor în funcţie de destinaţie şi de scopul urmărit: certificarea energetică a clădirilor noi şi existente, măsurile care se pot lua în vederea reabilitării fondului construit existent Capitolul V. Concluzii ANEXE 5

7 Capitolul I Elemente generale privind alcatuirea cladirilor Clădire - ansamblu de spaţii cu funcţiuni precizate, delimitat de elementele de construcţie care alcătuiesc anvelopa clădirii, inclusiv instalaţiile aferente, în care energia este utilizată pentru asigurarea confortului termic interior. Termenul clădire defineşte atât clădirea în ansamblu, cât şi părţi ale acesteia, care au fost proiectate sau modificate pentru a fi utilizate separat. I.1 Clasificarea clădirilor I.1.1. În raport cu destinaţia lor, clădirile se împart în trei mari categorii: 1. Clădiri civile; 2. Clădiri industriale; 3. Cladiri agrozootehnice. La rândul lor, fiecare dintre aceste trei categorii se împarte în mai multe clase şi grupe Clădiri: 1. Civile : 1.1. Rezidenţiale: Clădirile de locuit pot fi individuale, izolate sau grupate; 1.2. Nerezidentiale: şcoli, universităţi, spitale, săli de spectacol, supermagazine, birouri etc. 2. Industriale: Clădirile industriale sunt destinate producţiei din diverse ramuri, de la cea metalurgică la cea textilă cuprinzând: hale, fabrici, ateliere, magazii etc. 3. Agrozootehnice : crescătorii de animale, grajduri şi adăposturi, sere, silozuri, depozite I.1.2. Clasificarea cladirilor din punct de vedere al structurii elementelor de constructie - Structuri cu pereţi portanţi (de rezistenţă) realizaţi din zidărie de cărămidă, piatră naturală beton monolit sau elemente prefabricate de beton armat sau din metal. - Structuri mixte realizate din cadre şi diafragme, pereţi portanţi din zidărie şi stâlpişori din beton armat. - Structuri in cadre metalice; - Structuri din lemn I.1.3.Clasificare dupa importanta a constructiilor Conform P /96 constructiile se clasifica in 4 categorii de importanta : 6

8 Clasa I Clasa II Clasa III Clasa IV Construcţii de importanţă vitala pentru societate, a căror funcţionalitate în timpul cutremurului şi imediat după cutremur trebuie să se asigure integral (spitale, staţii de salvare, staţii de pompieri unităţi de producere a energiei electrice din sistemul naţional, clădiri care adăpostesc muzee de importanţă naţională). Construcţii de importanţă deosebită la care se impune limitarea avariilor avându-se în vedere consecinţele acestora (şcoli, creşe, grădiniţe, cămine pentru copii, handicapaţi, bătrâni, clădiri care adăpostesc aglomeraţii de persoane: săli de spectacole artistice şi sportive, biserici). Construcţii de importanţă normală (construcţii care nu fac parte din clasele I şi II, clădiri de locuit, hoteluri, construcţii industriale şi agrozootehnice curente). Construcţii de importanţă redusă (conţine construcţii agrozootehnice de importanţă redusă, construcţii de locuit parter sau parter şi etaj, construcţii civile şi industriale care adăpostesc bunuri de mică valoare şi în care lucrează personal restrâns). I.1.4.Regimuri de utilizare a clădirilor şi influenţa acestora asupra performanţei energetice I Clasificarea clădirilor în funcţie de regimul lor de ocupare În funcţie de regimul de ocupare, clădirile se împart în două categorii: clădiri cu ocupare continuă în care intră clădirile a căror funcţionalitate impune ca temperatura mediului interior să nu scadă, în intervalul ora 0 ora 7 cu mai mult de 7 0 C sub valoarea normală de exploatare; clădiri cu ocupare discontinuă în care intră clădirile a căror funcţionalitate permite ca abaterea de la temperatura normală de exploatare să fie mai mare de 7 0 C pe o perioadă de 10 ore pe zi, din care 5 ore în intervalul ora 0 ora 7. I Clasificarea tipurilor de funcţionare ale instalaţiilor de încălzire Tipurile de funcţionare ale instalaţiilor de încălzire sunt: încălzire continuă; încălzire intermitentă. Aspecte legate de tipurile de funcţionare ale instalaţiilor de încălzire sunt tratate în partea a II-a a metodologiei. I Clasificarea clădirilor funcţie de inerţia termică inclusiv modul de stabilire a valorii acesteia În funcţie de inerţia termică, clădirile se împart în trei clase: inerţie termică mică; inerţie termică medie inerţie termică mare. Încadrarea clădirilor în una din clasele de inerţie se face conform tabelului I.1, în funcţie de valoarea raportului: 7

9 j m j A j A d (I.1) în care: m j - masa unitară a fiecărui element de construcţie component j, care intervine în inerţia termică a acestuia, în kg/m 2 ; A j - aria utilă a fiecărui element de construcţie j, determinată pe baza dimensiunilor interioare ale acestuia, în m 2 ; A d - aria desfăşurată a clădirii sau părţii de clădire analizate, în m 2. Tabelul I.1 Clase de inerţie termică Raportul j m j A j A d Inerţia termică până la 149 kg/m 2 de la 150 până la 399 kg/m 2 peste 400 kg/m 2 mică medie mare La determinarea clasei de inerţie se va avea în vedere următoarele: dacă aria desfăşurată a spaţiului încălzit aferent clădirii analizate este mai mică sau egală cu 200 m 2, calculul raportului dat de relaţia (I.1) se va face pe întreaga clădire; dacă aria desfăşurată a spaţiului încălzit aferent clădirii analizate este mai mare de 200 m 2, calculul raportului dat de relaţia (I.1) se va face pe o porţiune mai restrânsă, considerată reprezentativă pentru clădirea sau partea de clădire analizată. I Corelaţii între regimul de ocupare al clădirii şi inerţia termică a acesteia În funcţie de categoria de ocupare şi de clasa de inerţie, clădirile de împart în două categorii: clădiri de categoria 1, în care intră clădirile cu ocupare continuă şi clădirile cu ocupare discontinuă de clasă de inerţie termică mare; clădiri de categoria 2, în care intră clădirile cu ocupare discontinuă şi clasă de inerţie medie sau mică. 8

10 Capitolul II Simboluri şi definiţii Definiţii Pentru utilizarea acestei norme sunt valabile definiţiile cuprinse în SR EN ISO 7345 precum şi următoarele definiţii. Perioada de calcul - Perioada de timp considerată la calcularea pierderilor de căldură şi aporturilor (lună, zi, perioada, etc.). Spaţiu încălzit - Cameră/încăpere încălzită având temperatura interioară constantă, prestabilită (set-point). Zonă termică - Acea parte a spaţiului încălzit/clădirii care are următoarele caracteristici: - aceeaşi temperatură interioară de referinţă (set-point); - variaţie spaţială neglijabilă a temperaturii interioare. Necesarul de căldură pentru încălzirea clădirii - Căldura care trebuie furnizată spaţiului încălzit pentru a menţine temperatura interioară la o valoare constantă prestabilită (setpoint, referinţă). Consumul de energie pentru încălzire - Energia livrată sistemului de încălzire pentru a satisface necesarul de căldură pentru încălzirea clădirii. Eficienţa energetică a reţelei de distribuţie - Raportul dintre energia consumată pentru încălzire şi/sau pentru furnizarea a.c.c. utilizând un sistem adiabatic de distribuţie şi energia consumată în acelaşi scop utilizând o reţea reală de distribuţie. Eficienţa energetică a consumatorului - Raportul dintre energia consumată pentru încălzirea unui spaţiu cu un sistem ideal de emisie a căldurii care conduce la o distribuţie uniformă a temperaturii interioare şi energia consumată în acelaşi scop utilizând un consumator real cu un sistem real de reglare, care conduce la o distribuţie neuniformă a temperaturii interioare. Eficienţa energetică a instalaţiei de încălzire - Raportul dintre necesarul de căldură pentru încălzirea clădirii şi consumul de energie pentru încălzire. Pierderi de căldură ale clădirii - Suma dintre pierderile de căldură prin transmisie şi ventilare. Pierderi de căldură ale reţelei de distribuţie - Pierderile de căldură ale sistemului de distribuţie spre spaţii încălzite sau neîncălzite. Aceste pierderi includ pierderile recuperabile de căldură. 9

11 Pierderi de căldură ale sistemului de emisie - Pierderile de căldură la nivelul corpurilor de încălzire cauzate de distribuţia neuniformă a temperaturii interioare şi de sistemul real de reglare. Pierderi de căldură ale sursei de căldură - Pierderile de căldură ale generatorului de căldură care apar atât în timpul funcţionării cât şi pe durata nefuncţionării precum şi pierderile de căldură generate de reglarea reală a funcţionării sursei ; aceste pierderi conţin pierderi recuperabile de căldură. Pierderile totale de căldură ale sistemului de încălzire - Suma pierderilor de căldură ale emisiei, reţelei de distribuţie şi sursei. Aceste pierderi conţin şi pierderile recuperabile de căldură. Coeficientul de (funcţionare în) sarcină redusă - Raportul dintre căldura furnizată pe durata perioadei de calcul şi valoarea maximă a căldurii pe care ar putea să o furnizeze sursa în aceeaşi perioadă. Energia primară - Energia care nu a constituit încă subiectul vreunui proces de conversie sau transformare (exemplu: energia conţinută în petrolul existent dar neexploatat încă). Pierderi recuperabile (utilizabile) de căldură ale sistemului de încălzire - Acea parte a pierderilor de căldură ale unui sistem de încălzire şi furnizare a a.c.c care se poate recupera în scopul reducerii necesarului de căldură pentru încălzire. Pierderi recuperate (utilizate) de căldură ale sistemului de încălzire - Acea parte a pierderilor recuperabile de căldură care reduc necesarul de căldură pentru încălzire şi care nu sunt luate direct în calcul prin reducerea pierderilor de căldură ale sistemului de încălzire. Perioada de încălzire (perioada de funcţionare a sistemului de încălzire) - Perioada de timp în care sistemul de încălzire furnizează energie termică pentru satisfacerea necesarului de căldură pentru încălzire şi preparare a a.c.c. Ventilarea este procesul prin care se aduce în încăperi, aer proaspăt (exterior) şi se elimină din încăperi aer poluat. Astfel se realizează diluarea/eliminarea poluanţilor exteriori: umiditate, gaze, vapori, praf. In funcţie de energia care asigură deplasarea aerului, ventilarea poate fi naturală, mecanică sau hibridă. Ventilarea naturală se realizează datorită diferenţelor de presiune dintre interiorul şi exteriorul clădirii, create de factori naturali: diferenţe de temperatură şi vânt. Ventilarea mecanică se realizează prin mijloace mecanice (ventilatoare). In cazul ventilării hibride, mijloacele mecanice intră în funcţiune numai când diferenţele de presiune create de factorii naturali sunt insuficiente pentru realizarea debitului de aer necesar. Ventilarea naturală poate fi organizată sau neorganizată. In cazul ventilării organizate, sistemul de ventilare (deschideri, conducte) este conceput pentru a realiza procesul în condiţiile cerute de normele sanitare (concentraţii admise, grad de expunere admis etc). 10

12 Ventilarea neorganizată, numită şi aerisire, se face ca urmare a neetanşeităţilor clădirii sau prin deschiderea ferestrelor. In funcţie de numărul de circuite de aer, ventilarea se poate face cu un circuit care asigură funcţia de introducere sau de evacuare a aerului sau cu două circuite (de introducre şi de evacuare). In cazul unui singur circuit, mişcarea aerului pe acest circuit se face în general mecanic; cealaltă funcţie se realizează natural. In funcţie de presiunea aerului din interiorul încăperilor, în raport cu presiunea exterioară acestora, instalaţiile sunt în suprapresiune, în depresiune sau echilibrate. Instalaţiile de ventilare cu un circuit sunt sau în depresiune (cu circuit de aspiraţie) sau în suprapresiune (cu un circuit de introducere). Instalaţiile cu două circuite pot fi în depresiune dacă debitul introdus este mai mic decât cel evacuat, în suprapresiune dacă debitul introdus este mai mare decât cel evacuat sau echilibrate, dacă cele două debite sunt egale. După dimensiunea spaţiului ventilat, se poate realiza o ventilare locală (de exemplu prin aspiraţie locală) sau generală. Prin folosirea ventilării locale împreună cu ventilarea generală, se obţine ventilarea combinată. In fig. 2.1 este redată schema de clasificare a instalaţiilor de ventilare. Climatizarea este procesul prin care se asigură în încăperi, o temperatură interioară prescrisă, inclusiv în perioada caldă când este necesară răcirea. Climatizarea este de cele mai multe ori cuplată cu ventilarea; astfel, instalaţiile de climatizare sunt în acelaşi timp şi instalaţii de ventilare. Climatizarea se poate realiza cu controlul umidităţii interioare pe toată perioada de utilizare a instalaţiei sau numai iarna (control parţial al umidităţii) sau fără controlul umidităţii. Climatizarea se poate realiza cu aparate de climatizare sau prin sisteme numai aer sau prin sisteme aer-apă (cu ventiloconvectoare, ejectoconvectoare, grinzi de răcire). Debitul de aer al instalaţiilor de climatizare poate fi constant sau variabil. Un caz particular îl constituie climatizarea numai aer, de înaltă presiune, cu debit de aer variabil (VRV). In fig. 2.2 este prezentată schema de clasificare a instalaţiilor de climatizare. Instalaţiile de aer condiţionat sunt un caz particular al instalaţiilor de climatizare care asigură în interiorul încăperilor temperatura şi umiditatea aerului, cu limite mici de variaţie; de multe ori, se controlează strict şi viteza curenţilor de aer şi concentraţia prafului. Din cauza consumurilor mari de energie, astfel de instalaţii sunt justificate în sălile de operaţii, în laboratoare şi în industrie, în cazul unor procese tehnologice cu cerinţe speciale pentru condiţiile interioare. In funcţie de mişcarea aerului din încăperile ventilate/climatizate/condiţionate care determină modul în care sunt preluaţi poluanţii interiori şi eficienţa proceselor de transfer în interior, ventilarea se face prin amestec turbulent, prin mişcare de tip piston sau prin deplasare. 11

13 Fluxul luminos, Φ v Mărime derivată din fluxul energetic prin evaluarea radiaţiei după acţiunea sa asupra observatorului fotometric de referinţă CIE. lm Unitate de măsură: lumenul, [ ] Iluminarea, E - Raportul dintre fluxul luminos dφ incident pe un element de suprafaţă care conţine punctul considerat şi aria da a acestui element de suprafaţă. Unitate de măsură: luxul, [ lx] Intensitatea luminoasă (a unei surse, într-o direcţie dată), luminos dφ v emis de sursă în unghiul solid elementar; Unitate de măsură: candela, cd I v Raportul dintre fluxul d Ω pe direcţia dată şi acest unghi solid diθ Luminanţa, L Mărime definită de relaţia L = în care di θ este intensitatea da cosθ luminoasă emisă de suprafaţa elementară da către ochiul observatorului sau către un alt punct de interes. cd Unitate de măsură: 2. m Puterea nominală a unei surse de lumină, - Reprezintă valoarea puterii declarate de fabricant pentru o sursă de lumină care funcţionează în condiţiile specificate. Puterea nominală este uzual marcată pe sursa de lumină; Unitate de măsură: wattul, [ W ]. Puterea electrică a corpului de iluminat P c - este reprezentată de puterea consumată de sursele de lumină care echipează corpul de iluminat, balast (balasturi) şi alte aparate electrice necesare funcţionării acestora, măsurată în situaţia funcţionării normale sau în cazul emisiei unui flux luminos maxim, atunci când corpurile de iluminat pot fi acţionate prin intermediul unui variator de tensiune. [ ] Unitatea de măsură W. Puterea parazitară P pi P i este puterea nominală a corpului de iluminat măsurată când acesta este în stand-by. Pentru corpurile de iluminat cu detector de prezenţă, puterea parazitară este puterea absorbită de detector, iar pentru cele din iluminatul de siguranţă puterea parazitară este puterea necesară pentru a încărca bateriile. Unitatea de măsură [ W ]. Puterea instalată a unui sistem de iluminat dintr-o zonă delimitată sau încăpere, - care deserveşte o încăpere reprezintă suma puterilor nominale ale tuturor surselor de P n lumină montate în corpurile de iluminat aferente sistemului de iluminat la care se cumulează puterea totală a aparatajului auxiliar. Relaţia de calcul este: P = N[ n( P + P )] n unde: N - numărul de corpuri de iluminat; n - numărul de surse de lumină montate în corpul de iluminat; c a 12

14 P c - puterea nominală a unei surse de lumină; Pa - putere aparataj auxiliar; Unitate de măsură: wattul, [ W ]. Puterea specifică a unui sistem de iluminat, instalată a acestuia şi suprafaţă totală a încăperii iluminate; p s - reprezintă raportul dintre puterea Relaţia de calcul este: p s = P n A Unitate de măsură: W 2. m Timp de funcţionare t o - numărul. de ore de funcţionare a corpului de iluminat. Acest număr depinde de destinaţia clădirii şi de programul de lucru. Unitate de măsură: h. [] Timp standard anual t y - durata unui an standard h Timp efectiv de utilizare - t n Timpul de utilizare a sistemului de iluminat Unitate de măsură: [] h. Timpul operaţional al puterii parazitare, parazitare Unitate de măsură: h. [] t p este timpul de utilizare efectivă a puterii Aria totală a pardoselii folosite a clădirii, A - cuprinsă între pereţii exteriori excluzând spaţiile nefolosite şi spaţiile neiluminate Unitate de măsură: 2 m Factor de dependenţă de lumina de zi, F D - exprimă gradul de utilizare a puterii sistemului de iluminat dintr-o încăpere în funcţie de cantitatea de lumină naturală admisă în încăpere. Factor de dependenţă de durata de utilizare Exprimă gradul de utilizare al puterii instalate a sistemului de iluminat luând în considerare durata de utilizare a sistemului de iluminat aferent unei încăperi sau unei zone. Indicatorul numeric al iluminatului, LENI - reprezintă raportul dintre energia electrică consumată de sistemele de iluminat aferente unei clădiri în scopul creării mediului luminos confortabil necesar desfăşurării activităţii în clădire şi aria totală a pardoselii folosite a clădirii, A. Indicatorul LENI poate fi utilizat pentru a compara consumul de energie electrică pentru două sau mai multe clădiri cu aceeaşi destinaţie, de dimensiuni şi configuraţii diferite. Fo 13

15 Indicatorul LENI se stabileşte din relaţia: W LENI = ilum 2 kwh / m / an A [ ] unde: W reprezintă energia electrică consumată de sistemele de iluminat din clădire. ilum Flux luminos nominal (al unui tip de sursă de lumină) reprezintă fluxul luminos iniţial declarat de fabricant, lampa funcţionând în condiţiile specificate de fabricant. Fluxul luminos nominal este uneori marcat pe lampă. Unitate de măsură: lumenul, [ lm]. Eficacitatea luminoasă a unei surse de lumină, e Raportul dintre fluxul luminos nominal Φ emis de o sursă de lumină şi puterea nominală P - consumată de aceasta, fără v să se ia în consideraţie puterea consumată de aparatajul auxiliar. Φ v e = P c c Unitate de măsură: lm W Eficacitatea luminoasă globală a unei surse de lumină, Raportul dintre fluxul luminos nominal Φ emis de o sursă de lumină şi puterea nominală P - consumată de v aceasta la care se cumulează puterea consumată de aparatajul auxiliar (balast) e g c e v = ; P + P c Φ Unitate de măsură: a lm W Randament optic al unui corp de iluminat, η Raportul dintre fluxul total emis de corpul de iluminat, măsurat în condiţiile specificate de fabricant şi suma fluxurilor individuale ale surselor de lumină, componente considerate în funcţiune în interiorul acestuia. Unghi de ecranare, γ - unghiul dintre axa de referinţă a corpului de iluminat şi linia vederii (cea mai dezavantajoasă) de la care sursele de lumină şi suprafeţele luminoase ale corpului de luminat nu mai sunt vizibile; Simboluri şi unităţi de măsură În acest document sunt utilizate următoarele simboluri, unităţi şi indici: Simbol Denumirea mărimii UM c Căldură specifică J/(kg K) e Coeficient de performanţă a sistemului (factor de extrapolare) - E Energie primară J f Factor de conversie - m Masă kg 14

16 M & Debit masic Kg/s t Timp, perioada de timp s T Temperatură absoluta (termodinamică) K Q Cantitate de căldură; energie J Φ fluxul de căldură, puterea termică W V Volum m 3 V & Debit volumic m 3 /s W Energie electrică auxiliară J η Eficienţă, randament - θ Temperatură C A F aria totală a elementului vitrat, inclusiv rama m 2 (tâmplaria) A s aria de captare efectivă a radiaţiei solare, pentru o suprafaţă cu o orientare şi un unghi de inclinare date, în zona considerată m 2 b l factor de reducere a aporturilor de căldură - c Caldura specifica coeficient de corecţie cu indici specifici pentru diferite situaţii J/(kg K) C m capacitatea termică internă a clădirii kj/k F cer F f factor de corecţie ce tine cont de schimbul de căldură prin radiaţie al peretelui către bolta cereasca factor de formă dintre elementul opac şi bolta cereasca - m 2 K/W - f p F s,u F t factor adimensional funcţie de căldura acumulată în fereastră, ce depinde de modul de operare orar al dispozitivelor de protecţie - factor de reducere a aporturilor solare datorată - efectelor de umbrire pentru o aria de captare efectivă factor de tâmplărie (de reducere a suprafetei - ferestrei), egal cu raportul dintre aria tamplariei (ramei) şi aria totala a geamului F u factor de umbrire al fereastrei datorat elementelor exterioare de umbrire cu care aceasta este prevazută g factor de transmisie a energiei solare totale al unui element de construcţie H coeficient de transfer de căldură (termic); conductanţă - - W/K h coeficient de transfer de căldură superficial W/(m². K) 15

17 V BREVIAR DE CALCUL AL PERFORMANŢEI ENERGETICE A CLĂDIRILOR H T coeficientul de transfer de căldură prin transmisie W/K H V coeficientul de transfer de căldură prin ventilare W/K I Intensitate a radiaţiei solare W/m 2 I s radiaţiae totală primită de 1 m 2 de suprafaţă receptoare, în condiţiiile lipsei oricărui element de umbrire exterior, integrată pe perioada de calcul MJ/m 2 k coeficient de conductivitate termică W/(m. K) L lungime m număr de schimburi orare de aer dintre interior şi n a exterior h -1 NGZ număr de grade-zile C. zi p presiune Pa P putere electrică W q flux termic unitar W/m 2 q V debit de aer de ventilare l/s R rezistenţă termică m². K/W U coeficient global de transfer de căldură (coeficient de transfer termic) v viteză m/s V V, extra debitul suplimentar pentru ventilarea nocturnă suplimentară W/(m². K) m 3 /s x umiditate absolută g/kg X capacitatea termică internă a unui element de kj/(m 2 K) construcţie α ε ϕ ϕ Φ τ τ I, R, V coeficient de absorbţie a radiaţiei solare, al unei suprafeţe emisivitatea unei suprafeţe eficienţă umiditate relativă % flux de căldură unitar W/m 2 fluxul de căldura cedat (disipat) de instalaţiile de W încălzire, răcire şi ventilare - constanta de timp a clădirii s - factorul de transmisie (sau transmitanţa) a energiei solare prin elementul vitrat ρ densitate / masă volumică kg/m 3 σ constanta Stefan-Bolzman (σ = 5,67*10-8 ) W/(m 2.K 4 ) χ capacitate termică raportată la suprafaţă J/(m². K)

18 V M BREVIAR DE CALCUL AL PERFORMANŢEI ENERGETICE A CLĂDIRILOR η Ρ λ R factorul de utilizare a pierderilor de căldură, în situaţia răcirii raportul dintre aporturile şi pierderile de căldură ale clădirii (zonei) în modul de răcire A suprafaţă m a λ necesar specific de apă caldă de consum conductivitate termică W/(m. K) L conductanţă termică W/(m 2 *K) K Coeficient global de transfer de căldură W/(m 2 *K) 17

19 Schema logica generala de aplicare a Metodologiei de calcul a performantei energetice a cladirilor pentru cladiri existente Inspectia cladirii Intocmirea fisei de analiza energetica a cladirii Stabilirea zonei geografice, cimatice, orientare si imprejurimi: θ e, θ em, I D, I d,v Stabilirea caracteristicilor constructive si de alcatuire a anvelopei cladirii Stabilirea tipurilor de instalatii interioare si calitatea acestora Stabilirea sursei de energie Calculul coeficientiilor de pierderi termice : H T, H V, H Stabilirea marimilor caracteristice pentru performanta energetica a cladirilor: R, R, G,n,θ i, θ ech, θ v Stabilirea regimului de functionare a cladirii si a instalatiilor Stabilirea duratei de exploatare a iluminatului interior Stabilirea perioadei de incalzire Calculul aporturilor solare Q S Calculul degajarilor de caldura interne Q i Calculul consumului de energie pentru iluminat conform : Mc 001/PII/4 Stabilirea perioadei de racire Incadrarea in clasa de consum energetic pentru iluminat Calculul consumului de energie pentru incalzire conform : Mc 001/PII/1 Incadrarea in clasa de consum energetic pentru incalzire Calculul consumului de energie pentru prepararea apei calde de consum conform : Mc 001/PII/4 Calculul consumului de energie pentru ventilare si climatizare conform : Mc 001/PII/2 Incadrarea in clasa de consum energetic pentru apa calda de consum Incadrarea in clasa de consum energetic pentru incalzire Calculul consumului specific total Calculul notei energetice Stabilirea cladirii de referinta Calculul emisiilor de CO 2 Intocmirea certificatului energetic Solutii de reabilitare si modernizare energetica pentru: - Anvelopa cladirii - Instalatii Calculul economiei de energie dupa aplicarea solutiilor si pachetelor de solutii de reabilitare Studiul economic de prefezabilitate pentru solutii si pachete de solutii de reabilitare 18

20 A. Schema logica generala de aplicare a Metodologiei de calcul a performantei energetice a cladirilor pentru cladiri noi Intocmirea fisei de analiza energetica pe baza datelor de proiectare si a cartii tehnice acladirii Stabilirea zonei geografice, cimatice, orientare si imprejurimi: θ e, θ em, I D, I d,v Stabilirea caracteristicilor constructive si de alcatuire a anvelopei cladirii Stabilirea tipurilor de instalatii interioare si calitatea acestora Stabilirea sursei de energie Reproiectare Stabilirea regimului de functionare a cladirii si a instalatiilor Stabilirea duratei de exploatare a iluminatului interior Stabilirea marimilor caracteristice pentru performanta energetica a cladirilor: R, R, G,n,θ i, θ ech, θ v Nu Calculul consumului de energie pentru iluminat conform : Mc 001/PII/4 Calculul coeficientiilor de pierderi termice : H T, H V, H Da Verificare in raport cu cecerintele de performanta ale Mc Incadrarea in clasa de consum energetic pentru iluminat Calculul aporturilor solare Q S Calculul degajarilor de caldura interne Q i Stabilirea perioadei de incalzire Stabilirea perioadei de racire Calculul consumului de energie pentru prepararea apei calde de consum conform : Mc 001/PII/4 Calculul consumului de energie pentru incalzire conform : Mc 001/PII/1 Incadrarea in clasa de consum energetic pentru apa calda de consum Incadrarea in clasa de consum energetic pentru incalzire Calculul consumului de energie pentru ventilare si climatizare conform : Mc 001/PII/2 Incadrarea in clasa de consum energetic pentru incalzire Calculul consumului specific total Calculul notei energetice Stabilirea cladirii de referinta Calculul emisiilor de CO 2 Intocmirea certificatului energetic 19

21 Capitolul III Scheme logice pentru determinarea performanţei energetice a clădirilor în funcţie de utilităţile aplicabile: încălzire, apă caldă de consum, ventilare/climatizare, iluminat III.1. Instalaţii de încălzire III.1.1. Calculul consumului de energie şi al eficienţei energetice a instalaţiilor de încălzire Metodologia de calcul are la bază pachetul de standarde europene privind performanţa energetică a clădirilor elaborat ca suport pentru aplicarea Directivei 2002/91/CE privind performanţa energetică a clădirilor şi răspunde cerinţelor din Legea 372/2005 privind performanţa energetică a clădirilor. Partea III.1.1 descrie structura metodei de calcul a consumului de energie termică pentru încălzirea unei clădiri şi a eficienţei energetice a sistemului de încălzire până la branşamentul clădirii. Se va lua în calcul performanţa energetică a sursei de căldură numai în cazul clădirilor cu sursă termică individuală. Aplicarea metodei de calcul depinde de tipul instalaţiilor de încălzire. O clasificare a instalaţiilor de încălzire este prezentată în tabelul III.1.1. Conform MC001/2006 calculul consumului de energie pentru încălzire se face cu o metodă lunară sau cu o metodă simplificată pe sezonul de încălzire. Metoda de calcul poate fi utilizată pentru următoarele aplicaţii: - evaluarea conformităţii cu normele care prevăd limite de consum energetic; - optimizarea performanţei energetice a unei clădiri în proiectare prin aplicarea metodei pentru mai multe variante posibile de realizare; - stabilirea unui nivel convenţional de performanţă energetică pentru clădirile existente; - certificarea performanţei energetice a clădirilor; - evaluarea efectului asupra unei clădiri existente al măsurilor posibile de conservare a energiei, prin calcularea necesarului energetic cu sau fără implementarea măsurilor de reabilitare; - predicţia resurselor energetice necesare în viitor la scară naţională sau internaţională prin calcularea necesarului energetic al unor clădiri reprezentative pentru întregul segment de clădiri. 20

22 Tabelul III.1.1. NR. CRT. CRITERIUL DE CLASIFICARE TIPUL INSTALAŢIEI DE ÎNCĂLZIRE SUBTIPUL INSTALAŢIEI DE ÎNCĂLZIRE OBSERVATII/EXEMPLE maxim 65 C - inst. prin radiatie de joasa temp. apa calda, maxim 95 C maxim 95 C - cu circulatie fortata - cu circulatie naturala apa fierbinte, maxim 150 C maxim 115 C maxim 150 C - retele urbane - retele de termoficare 1. natura agentului termic utilizat abur saturat, maxim 6 bar şi maxim 159 C de joasa presiune, maxim 1,7ata şi maxim 115,2 C de medie presiune, maxim 6 ata şi maxim 159 C - inst. de inc. industriale, organizare santier - inst. de inc. industriale gaze de ardere - tuburi radiante - inst. de inc. industriale aer cald - cu preparare locala - cu agregate cu focar propriu, aeroterme sau dispozitive multifunctionale - cu preparare centralizata - cu centrale de tratare a aerului alti agenti termici - încălzirea utilizand corpuri de încălzire electrice - încălzirea utilizand corpuri de încălzire cu ulei 21

23 NR. CRT. CRITERIUL DE CLASIFICARE TIPUL INSTALAŢIEI DE ÎNCĂLZIRE SUBTIPUL INSTALAŢIEI DE ÎNCĂLZIRE OBSERVATII/EXEMPLE - clasa I pentru cladiri de importanta vitala pentru societate clasa de importanta a cladirii - clasa a II-a pentru cladiri de importanta deosebita - clasa a III-a pentru cladiri de importanta normala 2. clasa, destinatia şi tipul cladirii incalzite - clasa a IV-a pentru cladiri de importanta redusa - cladiri rezidentiale destinatia cladirii - cladiri tertiare - cladiri industriale - cladiri agro-zootehnice - unifamiliala tipul constructiv al cladirii rezidentiale - multifamiliala de tip bloc - multifamiliala de tip cladiri insiruite 3. proportia între transferul termic prin radiatie şi transferul termic prin convectie încălzire preponderent convectiva (>50%) încălzire preponderent radiativa (>50%) - convectoare - de temperatura joasa, cu temperatura elementului radiant de maxim 50 C - cu apa calda (încălzire prin pardoseala, plafon sau panouri montate în pereti) 22

24 NR. CRT. CRITERIUL DE CLASIFICARE TIPUL INSTALAŢIEI DE ÎNCĂLZIRE SUBTIPUL INSTALAŢIEI DE ÎNCĂLZIRE OBSERVATII/EXEMPLE - de temperatura medie, cu temperatura elementului radiant de maxim 100 C - cu abur, apa fierbinte, gaze de ardere - de temperatura inalta, cu temperatura elementului radiant de maxim 3000 C - cu gaze de ardere sau radianti electrici încălzire convectoradiativa (~50-50%) - sisteme de încălzire cu corpuri statice - cu apa calda sau abur de joasa presiune cu vas de expansiune deschis 4. tipul sistemului de asigurare a instalaţiei de încălzire contra suprapresiunilor cu vas de expansiune inchis doar cu supape de siguranta sistem mixt sistem monotubular 5. numarul de conducte utilizate la transportul agentului termic sistem bitubular sistem multitubular - cazul instalatiilor de încălzire cu agent termic cu parametrii diferiti 23

25 NR. CRT. CRITERIUL DE CLASIFICARE TIPUL INSTALAŢIEI DE ÎNCĂLZIRE SUBTIPUL INSTALAŢIEI DE ÎNCĂLZIRE OBSERVATII/EXEMPLE in exteriorul cladirii incalzite - la distanta mica de cladire - CT, PT de cvartal - la distanta mare de cladire - retele de termoficare, retele urbane - la subsolul cladirii incalzite 6. pozitia de amplasare a sursei de energie in interiorul cladirii incalzite - la un etaj tehnic (intermediar) - pe terasa/ultimul nivel al cladirii incalzite - în interiorul incaperilor incalzite - încălzire locala (cu sobe, semineuri, convectoare pe gaze naturale etc.) 7. nivelul la care se realizeaza gestionarea energiei termice şi reglarea parametrilor agentului termic gestionare şi reglare centrala reglare centrala şi gestionare locala reglare şi gestionare locala - contorizare şi reglare la nivelul sursei - reglare la nivelul sursei şi contorizare la bransament(consumator) - reglare şi gestionare la nivel de bransament(consumator) 8. tipul reglajului parametrilor agentului termic reglaj calitativ - variatia temperaturii reglaj cantitativ - variatia debitului reglaj mixt - variatia temperaturii şi a debitului 9. vechimea instalaţiei instalatie veche - mai putin de 3 ani 24

26 NR. CRT. CRITERIUL DE CLASIFICARE TIPUL INSTALAŢIEI DE ÎNCĂLZIRE SUBTIPUL INSTALAŢIEI DE ÎNCĂLZIRE OBSERVATII/EXEMPLE (garantie expirata) - mai putin de 10 ani, mai mult de 3 ani - mai putin de 20 ani, mai mult de 10 ani - peste 20 ani instalatie noua (in garantie) instalatie inexistenta fizic (proiectata) - radiala configuraţie - arborescenta - inelara 10. tipul retelei de distribuţie - perimetrala - inferioară amplasare fata de pozitia consumatorilor - superioară - mixta 11. natura energiei utilizate energie conventionala; încălzire cu combustibili fosili - combustibili solizi (carbuni sau masa lemnoasa) - gaze naturale - combustibili lichizi (pacura, CLU, GPL) 25

27 NR. CRT. CRITERIUL DE CLASIFICARE TIPUL INSTALAŢIEI DE ÎNCĂLZIRE SUBTIPUL INSTALAŢIEI DE ÎNCĂLZIRE OBSERVATII/EXEMPLE energie electrica - încălzire locala cogenerare - furnizare en. electrica şi en. termica - CET, statii locale energie regenerabila energie recuperabila - energie solara - energie geotermala energie din biomasa - energie recuperata din căldură reziduala (gaze de ardere, apa, aer la potential termic mai mare decat cel al agentului termic utilizat) - energie recuperata prin utilizarea pompelor de (apa, aer, sol la potential termic mai scazut decat cel al agentului termic utilizat) - sisteme de încălzire solara pasive sau active - cu recuperare interna, externa sau sisteme mixte 12. modul de asigurare a microclimatului - de confort încălzire continua - tehnologica încălzire discontinua - conform unui program încălzire de garda - pe perioada de inocupare a spatiilor interioare 26

28 III.1.2.Consumul de energie pentru încălzirea clădirilor Pentru o perioadă determinată (an, lună, săptămână) consumul de energie pentru încălzirea clădirilor, Q f,h, se calculează cu relaţia următoare: Q = + [J] (III.1.1) f, h (Qh - Qrhh - Qrwh ) Qth în care: Q h - necesarul de energie pentru încălzirea clădirii, în Joule (J) sau (kwh); Q rhh - căldura recuperată de la subsistemul de încălzire (componente termice sau electrice), în Joule (J) ; această componentă reprezintă o parte a lui Q th ; Q rwh - căldura recuperată de la subsistemul de preparare a a.c.c. (componente termice sau electrice) şi utilizată pentru încălzirea clădirii, în Joule (J) sau (kwh); Q th - pierderile totale de căldură ale subsistemului de încălzire, în Joule (J) ; aceste pierderi includ componenta Q rhh (figura III.1.1) sau (kwh). Energie primară Figura III.1.1: Consumul de energie pentru încălzirea clădirilor Consum de energie pentru încălzirea clădirii Căldură necesară pentru încălzirea clădirii Pentru funcţionarea instalaţiei se înregistrează si un consum de energie auxiliară, de obicei sub forma energiei electrice, aceasta fiind utilizată pentru acţionarea pompelor de circulaţie, ventilatoarelor, vanelor şi dispozitivelor automate de reglare, măsurare şi control. Consumul auxiliar de energie poate fi disponibil ca valoare pentru fiecare subsistem (încălzire W h, respectiv a.c.c. W w ) sau ca valoare globală (W). O parte din energia auxiliară poate fi recuperată sub formă de căldură, Q rx. Pentru fiecare subsistem al sistemului de încălzire o parte din căldura pierduta dar si din energia auxiliara sunt recuperate si utilizate la încălzirea clădirii constituind împreuna căldura recuperata din fiecare subsistem (figura III.1.2). 27

29 Pierderi recuperabile Pierderi nerecuperabil Pierderi nerecuperabil Pierderi nerecuperabil Pierderi nerecuperabil Caldura Caldura+ Caldura+ Caldura+ d Gaze nat. l i i Energie primara Consumator Distributie Stocare Sursa Energie auxiliara Electricitate Directia de calcul Pierderi la conversie Figura III.1.2. Direcţia de calcul şi structura sistemului de alimentare cu căldură III.1.3. Zonarea sistemului de încălzire şi etape de calcul Structura unui sistem de încălzire poate fi complexă, incluzând: o mai multe tipuri de corpuri de încălzire montate în mai multe zone ale clădirii; o o singură sursă de căldură utilizată pentru diferite sisteme de încălzire şi pentru prepararea a.c.c.; o mai multe surse de căldură; o mai multe sisteme de stocare a energiei(dacă este cazul); o diferite tipuri de energie, inclusiv energii regenerabile, utilizate în clădire. Metoda de calcul pentru stabilirea necesarului de căldură anual al unei clădiri are la bază întocmirea unui bilanţ energetic aşa cum indică figura III.1.3. Bilanţul energetic include următorii termeni (se ia în considerare numai căldura sensibilă): pierderile de căldură prin transmisie şi ventilare de la spaţiul încălzit către mediul exterior ; pierderile de căldură prin transmisie şi ventilare între zonele învecinate; degajările interne utile de căldură; aporturile solare; 28

30 pierderile de căldură aferente producerii, distribuţiei, cedării de căldură şi aferente reglajului instalaţiei de încălzire; energia introdusă în instalaţia de încălzire. În funcţie de structura instalaţiei de încălzire, în bilanţ se va introduce aportul surselor alternative şi va fi inclusă energia recuperată din diverse surse. Figura III.1.3. Bilanţul energetic privind încălzirea unei clădiri unde: Q - necesar de energie pentru încălzire şi preparare apă caldă de consum Qh - necesar de energie pentru încălzire (vezi Figura III.1.1.) Qoa - degajări de căldură de la oameni QV - pierderi termice prin ventilare Qr - energie recuperată QVr - căldură recuperată din ventilare Qhs - pierderi din instalaţia de încălzire QT - pierderi termice prin transmisie Qm - căldura metabolică Qhw - căldura pentru preparare apă caldă Qs - aporturi solare pasive QL - pierderi termice totale Qi - degajări de căldură interne 1 - conturul zonei încălzite Qg - aporturi totale 2 - conturul instalaţiei de apă caldă çqg - aporturi utile 3 - conturul centralei termice 4 - conturul clădirii Procedura generala de calcul este sintetizată după cum urmează. 29

31 1) se definesc limitele spaţiului încălzit şi dacă este cazul ale zonelor diferite şi ale spaţiilor neîncălzite; 2) în cazul încălzirii sau ventilării cu intermitenţă, se definesc pentru perioada de calcul, intervalele de timp care sunt caracterizate de programul de încălzire sau ventilare diferit (de exemplu zi, noapte, sfârşit de săptămâna); 3) în cazul calculului pentru o singura zonă: se calculează coeficientul de pierderi al spaţiului încălzit; pentru calcul multi-zonal documentul recomandat este SR EN ISO anexa B; 4) pentru calculele pe sezonul de încălzire se defineşte sau se calculează durata şi datele climatice ale sezonului de încălzire; Apoi, pentru fiecare perioadă de calcul (lună sau sezon de încălzire) se calculează: 5) temperatura interioară pentru fiecare perioadă; 6) pierderile termice totale, QL; 7) degajările interne de căldură, Qi; 8) aporturile solare, Qs; 9) factorul de utilizare al aporturilor de căldură, ç; 10) necesarul de energie pentru icalzire, Qhp, pentru perioadele de calcul; 11) necesarul anual de energie pentru incalzire, Qh; 12) necesarul total de energie pentru încălzire, Qth, ţinând seama de pierderile sau de randamentul instalaţiei de încălzire. In cele ce urmează sunt prezentate schemele logice- figura III.1.4(a,b,c,d) si relaţiile de calcul privind consumul de energie pentru incalzire, pentru clădiri rezidenţiale racordate la surse de căldură urbane (paragraf III.1.4), clădiri rezidenţiale cu sursă de căldură proprie (paragraf III.1.5), clădiri terţiare racordate la surse de căldură urbane (paragraf III.1.6) şi clădiri terţiare cu sursă de căldură proprie (paragraf III.1.7). În funcţie de regimul de ocupare, clădirile se împart în două categorii: clădiri cu ocupare continuă în care intră clădirile a căror funcţionalitate impune ca temperatura mediului interior să nu scadă, în intervalul ora 0 ora 7 cu mai mult de 7 0 C sub valoarea normală de exploatare; clădiri cu ocupare discontinuă în care intră clădirile a căror funcţionalitate permite ca abaterea de la temperatura normală de exploatare să fie mai mare de 7 0 C pe o perioadă de 10 ore pe zi, din care 5 ore în intervalul ora 0 ora 7. 30

32 CARACTERISTICI GEOMETRICE (Sanv, Sînc, Vînc) III CARACTERISTICI TERMOTEHNICE (R) III PARAMETRII CLIMATICI, PERIOADA DE INCALZIRE (SR 4839) (t, θ e, I j ) III TEMPERATURI DE CALCUL (θ i, θ u ) III FACTOR DE UTILIZARE (η) III PIERDERI DE ENERGIE ALE CLADIRII (Q L ) III APORTURI DE CALDURA (Qg) III CARACTERISTICI AUTOMATIZARE INSTALATIE DE INCALZIRE NECESAR DE ENERGIE PENTRU INCALZIRE (Qh) III CARACTERISTICI GEOMETRICE ALE INSTALATIE DE INCALZIRE (L,d) CONSUM DE ENERGIE AUXILIARA (Wde) III PIERDERI DE ENERGIE PRIN SISTEMUL DE TRANSMISIE (Qem) III PIERDERI DE ENERGIE PRIN SISTEMUL DE DISTRIBUTIE (Qd) III CONSUM DE ENERGIE PENTRU INSTALATIA DE INCALZIRE,(Qfh) III Figura III.1.4.a Schema bloc de calcul a consumului de energie pentru încălzire pentru clădiri rezidenţiale alimentate de la surse urbane 31

33 CARACTERISTICI GEOMETRICE (Sanv, Sînc, Vînc) III CARACTERISTICI TERMOTEHNICE (R) III PARAMETRII CLIMATICI (SR 4839) (t, θ e, I j ) III TEMPERATURI DE CALCUL (θ i, θ u ) III FACTOR DE UTILIZARE (η) III COEFICIENT DE PIERDERI TERMICE AL CLADIRII (H) III APORTURI DE CALDURA (Φg) III PERIOADA DE INCALZIRE (t, θech, θe, Ij) III PIERDERI DE CALDURA ALE CLADIRII (Q L ) III APORTURI DE CALDURA (Qg) III CARACTERISTICI ALE SURSEI TERMICE (η g,net ) CARACTERISTICI AUTOMATIZARE INSTALATIE DE INCALZIRE NECESAR DE ENERGIE PENTRU INCALZIRE (Qh) III CARACTERISTICI GEOMETRICE ALE INSTALATIE DE INCALZIRE (L,d) PIERDERI DE ENERGIE LA SURSA (Qg) III CONSUM DE ENERGIE AUXILIARA (Wde) III PIERDERI DE ENERGIE PRIN SISTEMUL DE TRANSMISIE (Qem) III PIERDERI DE ENERGIE PRIN SISTEMUL DE DISTRIBUTIE (Qd) III CONSUM DE ENERGIE PENTRU INSTALATIA DE INCALZIRE, (Qfh) III Figura III.1.4.b Schema bloc de calcul a consumului de energie pentru încălzire pentru clădiri rezidenţiale alimentate de la surse proprii 32

34 CARACTERISTICI GEOMETRICE (Sanv, Sînc, Vînc) III CARACTERISTICI TERMOTEHNICE (R) III PARAMETRII CLIMATICI, PERIOADA DE INCALZIRE (SR 4839) (t, θ e, I j ) III TEMPERATURI DE CALCUL (θ i, θ u, θ iad ) III PROGRAM DE FUNCTIONARE (t) III FACTOR DE UTILIZARE (η) III PIERDERI DE CALDURA ALE CLADIRII (Q L ) III APORTURI DE CALDURA (Qg) III CARACTERISTICI AUTOMATIZARE INSTALATIE DE INCALZIRE NECESAR DE ENERGIE PENTRU INCALZIRE (Qh) III CARACTERISTICI GEOMETRICE ALE INSTALATIE DE INCALZIRE (L,d) CONSUM DE ENERGIE AUXILIARA (Wde) III PIERDERI DE ENERGIE PRIN SISTEMUL DE TRANSMISIE (Qem) III PIERDERI DE ENERGIE PRIN SISTEMUL DE DISTRIBUTIE (Qd) III CONSUM DE ENERGIE PENTRU INSTALATIA DE INCALZIRE,(Qfh) III Figura III.1.4.c Schema bloc de calcul a consumului de energie pentru încălzire pentru clădiri terţiare alimentate de la surse urbane 33

35 CARACTERISTICI GEOMETRICE (Sanv, Sînc, Vînc) III CARACTERISTICI TERMOTEHNICE (R) III PARAMETRII CLIMATICI (SR 4839), (t, θ e, I j ) III TEMPERATURI DE CALCUL (θ i, θ u, θ iad ) III PROGRAM DE FUNCTIONARE (t) III FACTOR DE UTILIZARE (η) III PIERDERI DE CALDURA ALE CLADIRII (Q L ) III APORTURI DE CALDURA (Qg) III CARACTERISTICI CENTRALA TERMICA (η g,net ) CARACTERISTICI AUTOMATIZARE INSTALATIE DE INCALZIRE NECESAR DE ENERGIE PENTRU INCALZIRE (Qh) III CARACTERISTICI GEOMETRICE ALE INSTALATIE DE INCALZIRE (L,d) PIERDERI DE ENERGIE LA SURSA (Qg) III CONSUM DE ENERGIE AUXILIARA (Wde) III PIERDERI DE ENERGIE PRIN SISTEMUL DE TRANSMISIE (Qem) III PIERDERI DE ENERGIE PRIN SISTEMUL DE DISTRIBUTIE (Qd) III CONSUM DE ENERGIE PENTRU INSTALATIA DE INCALZIRE, (Qfh) III Figura III.1.4.d Schema bloc de calcul a consumului de energie pentru încălzire pentru clădiri terţiare alimentate de la surse proprii 34

36 III.1.4. Schema de calcul pentru clădiri rezidenţiale alimentate de la surse urbane Regimul de ocupare pentru astfel de clădiri este considerat continuu, cu furnizare continuă, iar modelul de calcul este simplificat şi permanent. Metoda de calcul se aplică pe perioada de încălzire. III Caracteristici geometrice In cadrul caracteristicilor geometrice se disting lungimi si inălţimi ale elementelor ce compun anvelopa, inălţimi de nivel, volumul clădirii conform STAS si C Elemente componente ale anvelopei clădirii se clasifica în raport cu poziţia în cadrul sistemului clădire: elemente exterioare în contact direct cu aerul exterior (ex: pereţilor exteriori, inclusiv suprafaţa adiacentă rosturilor deschise); elemente interioare care delimitează spaţiile încălzite de spaţii adiacente neîncǎlzite sau mai puţin încǎlzite (ex: pereţii şi planşeele care separă volumul clădirii de spaţii adiacente neîncălzite sau mult mai puţin încălzite poduri, subsoluri tehnice, precum şi de spaţiul rosturilor închise); elemente în contact cu solul; In cele ce urmează se definesc arii utilizate în calculul astfel: o o o o o o o arie ȋncălzită : suma ariilor tuturor spatiilor incalzite direct si indirect sau in contact cu spatii incalzite (holuri, camere de depozitare, spatii de circulaţie comună); arie neincalzita: suma ariilor tuturor spatiilor reprezentând pivniţe, garaje, subsoluri tehnice, ganguri, poduri, etc; aria utila: suma ariilor utile ale tuturor spatiilor inclusiv aria spatiilor de circulaţie comuna (casa scării, holuri de intrare, spălătorii, uscătorii, etc) aria locuita: suma ariilor tuturor spatiilor destinate pentru locuit (dormitoare, camere de zi), nu se includ bucătarii, holuri sau grupuri sanitare; arie desfăşurată: suma ariilor tuturor nivelurilor; aria anvelopei: suma tuturor ariilor elementelor de construcţie perimetrale ale clădirii, prin care are loc transfer termic; volumul clădirii: volumul delimitat de suprafeţele perimetrale care alcătuiesc anvelopa clădirii, reprezintă volumul încălzit al clădirii, cuprinzând atât încăperile încălzite direct (cu elemente de încălzire), cât şi încăperile încălzite indirect (fără elemente de încălzire), dar la care căldura pătrunde prin pereţii adiacenţi, lipsiţi de o termoizolaţie semificativă. Se consideră ca făcând parte din volumul clădirii: cămări, debarale, vestibuluri, holuri de intrare, casa scării, puţul liftului şi alte spaţii comune; Mansardele, 35

37 precum şi încăperile de la subsol, încălzite la temperaturi apropiate de temperatura predominantă a clădirii, se includ în volumul clădirii Toate aceste arii si volume se determina fie din planurile de arhitectura (daca acestea exista) fie din măsurători efectuate in situ. Dimensiunile de calcul pentru arii şi volume, conform MC001/2006- PI, se consideră măsurate la interior între suprafeţele finite. III Caracteristici termotehnice Parametrii de performanţă caracteristici elementelor de anvelopă, necesari pentru evaluarea performanţei energetice a clădirilor sunt : - rezistenţe termice unidirecţionale (R), respectiv transmitanţe termice unidirecţionale (U), - rezistenţe termice (R ), respectiv transmitanţe termice (U ) corectate cu efectul punţilor termice; raportul dintre rezistenţa termică corectată şi rezistenţa termică unidirecţională (r), - rezistenţe termice corectate, medii, pentru fiecare tip de element de construcţie perimetral, pe ansamblul clădirii (R m ); - rezistenţă termică corectată, medie, a anvelopei clădirii (R M ); respectiv transmitanţă termică corectată, medie, a anvelopei clădirii (U clădire ); Rezistenţa termică totală, unidirecţională a unui element de construcţie alcătuit din unul sau mai multe straturi din materiale omogene, fără punţi termice, inclusiv din eventuale straturi de aer neventilat, dispuse perpendicular pe direcţia fluxului termic, se calculează cu relaţia : n = R si + j + j=1 R R Ra + R [m2 K/W] se (III.1.2) Valorile rezistenţelor termice superficiale interioare (R si si R se ) din tabelul III.1.1 sunt valabile pentru suprafeţele interioare obişnuite, netratate (cu un coeficient de emisie ε = 0,9); valorile din tabel au fost determinate pentru o temperatură interioară evaluată la + 20 o C. 36

38 Tabelul III.1.2. DIRECŢIA ŞI SENSUL FLUXULUI TERMIC Elemente de construcţie în contact cu: exteriorul pasaje deschise (ganguri) Elemente de construcţie în contact cu spaţii ventilate neîncălzite: subsoluri şi pivniţe poduri balcoane şi logii închise rosturi închise alte încăperi neîncălzite h i /R si h e /R se h i /R si h e /R se i e, u 8 0, ,042 *) 8 0, ,084 e, u 8 0, ,042 *) 8 0, ,084 i i e, u 6 0, ,042 *) 6 0, ,084 *) Pentru condiţii de vară : h e = 12 W/(m 2 K), R se = 0,084 m 2 K/W Valoarea rezistenţei termice superficiale exterioare din tabelul III.1.2 corespunde următoarelor condiţii: - suprafaţa exterioară netratată, cu un coeficient de emisie ε = 0,9 ; - temperatura exterioară θ e = 0 o C 37

39 - viteza vântului adiacent suprafeţei exterioare v = 4 m/s Pentru alte viteze ale vântului rezistenţa termică superficială exterioară se poate considera orientativ astfel: Tabel III.1.3 v R se [m/s] [m 2 K/W] 1 0,08 2 0,06 3 0,05 4 0,04 5 0,04 7 0, ,02 Rezistenţele termice ale straturilor de aer neventilat (R a ) se consideră, în funcţie de direcţia şi sensul fluxului termic şi de grosimea stratului de aer (document recomandat SR EN ISO 6946), pentru toate elementele de construcţie, cu excepţia elementelor de construcţie vitrate. Pentru modul în care se pot considera în calculele termotehnice straturile de aer în care există un oarecare grad de ventilare al spaţiului de aer, deci o comunicare cu mediul exterior, se poate consulta documentul recomandat este SR EN ISO Rezistenta termica unidirecţională pentru straturi omogene se determina cu relaţia următoare: n n j R j = j= 1 j= 1 λ j δ [W/(m 2 K)] (III.1.3) La evaluarea performanţelor termice ale clădirilor, caracteristicile termotehnice de calcul ale materialelor de construcţie se vor considera astfel: pentru materialele tradiţionale aflate în regim normal de exploatare şi la care, în urma analizei termice, nu s-au constatat degradări: conform datelor din Anexa III.1.1. pentru materialele la care în urma analizei termice, s-a constatat creşterea umidităţii peste umiditatea de echilibru, conductivitatea termică de calcul se va stabili prin utilizarea coeficienţilor de majorare a conductivităţii termice prezentaţi în tabelul III.1.4, atunci când nu se dispune de date privind umiditatea reală a materialului; pentru alte materiale, care nu sunt cuprinse în anexa III.1.1, conductivitatea termică de calcul se va stabili pe baza conductivităţii termice declarate de producător (document recomandat SR EN ISO 10456), luându-se în considerare condiţiile reale de exploatare. Totodată, pentru a ţine seamă de influenţa asupra valorilor declarate a incertitudinii de măsurare, a reprezentativităţii eşantioanelor pe care se fac măsurările, a modificării în timp a grosimii şi a compoziţiei materialelor, pentru materialele termoizolante se recomandă majorarea cu 20% a conductivităţilor termice declarate. 38

40 Material Zidărie din cărămidă sau blocuri ceramice Starea materialului Tabel III.1.4 Coeficient de majorare vechime 30 ani în stare uscată 1,03 afectată de condens 1,15 Zidărie din blocuri de b.c.a. sau betoane uşoare Zidărie din piatră Beton armat Beton cu agregate uşoare Tencuială Pereţi din paiantă sau chirpici Vată minerală în vrac, saltele, pâsle Plăci rigide din vată minerală Polistiren expandat Polistiren extrudat afectată de igrasie 1,30 vechime 20 ani în stare uscată 1,05 afectată de condens 1,15 afectată de igrasie 1,30 vechime 20 ani în stare uscată 1,03 afectată de condens 1,10 afectată de igrasie 1,20 afectat de condens 1,10 afectat de igrasie 1,10 vechime 30 ani în stare uscată 1,03 afectat de condens 1,10 afectat de igrasie 1,20 vechime 20 ani în stare uscată 1,03 afectată de condens 1,10 afectată de igrasie 1,30 vechime 10 ani în stare uscată, fără degradări vizibile 1,10 în stare uscată, cu degradări vizibile 1,15 (fisuri, exfolieri) afectaţi de igrasie, condens 1,30 vechime 10 ani în stare uscată 1,15 afectată de condens 1,30 în stare umedă datorită infiltraţiilor de 1,60 apă (în special la acoperişuri) vechime 10 ani în stare uscată 1,10 afectată de condens 1,20 în stare umedă datorită infiltraţiilor de 1,30 apă (în special la acoperişuri) vechime 10 ani în stare uscată 1,05 afectat de condens 1,10 în stare umedă datorită infiltraţiilor de 1,15 apă (în special la acoperişuri) vechime 10 ani în stare uscată 1,02 afectat de condens 1,05 în stare umedă datorită infiltraţiilor de apă (în special la acoperişuri) 1,10 39

41 Relaţia (III.1.2) se utilizează şi pentru determinarea rezistenţei termice în câmp curent, a elementelor de construcţie neomogene (cu punţi termice). În calculul unidirecţional, suprafeţele izoterme se consideră că sunt paralele cu suprafaţa elementului de construcţie. La elementele de construcţie cu straturi de grosime variabilă (de exemplu la planşeele de la terase), rezistenţele termice se pot determina pe baza grosimilor medii ale acestor straturi, aferente suprafeţelor care se calculează. La elementele de construcţie în contact cu solul se utilizează relaţiile de calcul prezentate în capitolul I.10 din Metodologie PI. Transmitanţa termică/coeficientul unidirecţional de transmisie termică prin suprafaţă se determină cu relaţia : U = 1 [W/(m 2 K)] (III.1.4) R Dacă valorile R şi U reprezintă rezultate finale ale calculelor termotehnice, ele pot fi rotunjite la 3 cifre semnificative (2 zecimale). Punţile termice la clădiri determină o creştere a fluxurilor termice şi o scădere a temperaturilor superficiale în comparaţie cu cele corespunzătoare unei structuri fără punţi termice. Aceste fluxuri termice şi temperaturi pot fi determinate cu un grad suficient de exactitate prin calcule numerice (documente recomandate: EN ISO pentru flux termic tridimensional, EN ISO pentru flux termic bidimensional). Pentru punţile termice liniare este mai operativ să se utilizeze metode simplificate pentru estimarea transmitanţelor termice liniare/coeficienţilor de transmisie termică liniară (document recomandat: SR EN ISO 14683). În cazul elementelor de constructie cu punti termice, pentru a se obţine un coeficient de cuplaj termic corect, este necesară adăugarea unor termeni de corecţie prin transmitanţele termice liniare şi punctuale, după cum urmează: L= ΣU j A j + Σψ k l k + Σχ j [W/K] (III.1.5) unde: L este coeficientul de cuplaj termic, în [W/K]; ; U j este transmitanţa termică a părţii j de anvelopă a clădirii, în [W/(m 2 K)]; A j este aria pentru care se calculează U, j în [m 2 ]; ψ k este transmitanţa termică liniară a punţii termice liniare k, în [W/(mK)]; l k este lungimea pe care se aplică ψ k, în m; χ j este transmitanţa termică punctuală a punţii termice punctuale j, în [W/K]. Valorile transmitanţelor termice liniare depind de sistemul de dimensiuni ale clădirii utilizat în calculul ariilor, efectuat pentru fluxurile unidimensionale. Rezistenţa termică corectată R şi respectiv transmitanţa termică corectată/coeficientul corectat de transmisie termică prin suprafaţă U' se calculează cu relaţia generală : ( Ψ l) χ ' 1 1 U = = + + ' R R A A [W/(m 2 K)] (III.1.6) în care : R rezistenţa termică totală, unidirecţională, aferentă ariei A; 40

42 l lungimea punţilor liniare de acelaşi fel, din cadrul suprafeţei A. Rezistenţa termică corectată se mai poate exprima prin relaţia : R'= rxr [m 2 K/W] (III.1.7) în care reprezintă coeficientul de reducere a rezistenţei termice totale, unidirecţionale : 1 r = [ - ] (III.1.8) R [ ( Ψ l) + χ] 1+ A In anexa III.1.2 sunt prezentate valori pentru coeficientul r. Transmitanţele termice liniare ψ şi punctuale χ aduc o corecţie a calcului unidirecţional, ţinând seama atât de prezenţa punţilor termice constructive, cât şi de comportarea reală, bidimensională, respectiv tridimensională, a fluxului termic, în zonele de neomogenitate a elementelor de construcţie. Punţile termice punctuale rezultate la intersecţia unor punţi termice liniare, de regulă, se neglijează în calcule. Transmitanţele termice liniare ψ şi punctuale χ nu diferă în funcţie de zonele climatice; ele se determină pe baza calculului numeric automat al câmpurilor de temperaturi, pe baza indicaţiilor din MC001-PI. Pentru detalii uzuale se pot folosi valorile precalculate din tabelele cuprinse în cataloage cu valori precalculate ale transmitanţelor termice liniare şi punctuale precum si în normativul C107-3/2005. III Parametrii climatici (t, θ e, I j ), perioada de încălzire (SR 4839) Pentru clădiri rezidenţiale şi construcţii asimilate acestora (cămine, grădiniţe, etc) durata perioadei de încălzire se determină în conformitate cu SR4839/1997, ținându-se cont de altitudinea localității în care este amplasată clădirea studiată, de temperatura interioară, de temperatura exterioară medie anuală. Valorile de calcul ale temperaturii exterioare și intensității radiației solare se obţin prin medierea valorilor lunare pentru întreaga perioadă de încălzire. III Temperaturi de calcul, (θ i, θ u ) Temperaturile interioare ale încăperilor încălzite (θ i ) Temperaturile interioare convenţionale de calcul ale încăperilor încălzite, se consideră conform reglementărilor tehnice în vigoare (document recomandate SR /97). Dacă într-o clădire încăperile au temperaturi de calcul diferite, dar există o temperatură predominantă, în calcule se consideră această temperatură; de exemplu, la clădirile de locuit se consideră θ i = +20 o C. Dacă nu există o temperatură predominantă, temperatura interioară convenţională de calcul se poate considera temperatura medie ponderată a tuturor încăperilor încălzite: θij Aj θ i = [ o C] (III.1.9) A în care: j 41

43 A j aria încăperii j având temperatura interioară θ ij. Temperaturile interioare ale spaţiilor neîncălzite (θ u ) Temperaturile interioare ale spaţiilor şi încăperilor neîncălzite se determină exclusiv pe bază de bilanţ termic, în funcţie de temperaturile de calcul ale încăperilor adiacente, de ariile elementelor de construcţie care delimitează spaţiul neîncălzit, precum şi de rezistenţele termice ale acestor elemente. În calcule se va ţine seama în mod obligatoriu şi de numărul de schimburi de aer în spaţiului neîncălzit. Tot pe bază de bilanţ termic se vor determina temperaturile θ u din rosturile închise, podurile şi etajele tehnice, precum şi cele din balcoanele şi logiile închise cu tâmplărie exterioară. Pentru determinarea temperaturii convenţionale de calcul dintr-un spaţiu neîncălzit de tip cămară sau debara, se face un calcul de bilanţ termic, utilizându-se relaţia generală : u ( θ j L j ) + 0,34 V ( n j θ j ) L j + 0,34 V n θ = [ o C] (III.1.10) în care : j L j coeficienţii de cuplaj termic aferenţi tuturor elementelor de construcţie orizontale şi verticale care delimiteza spaţiul neîncălzit de mediile adiacente: aer exterior sau încăperi încălzite, în [W/K]; θ j temperaturile mediilor adiacente: aer exterior (θ e ) sau încăpere încălzită (θ i ), în [ o C]; V volumul interior al spaţiului neîncălzit [m 3 ]; n j numărul de schimburi de aer datorită permeabilităţii la aer a elementului j, în [h -1 ]. Pentru determinarea temperaturilor din spaţii neîncalzite de tip subsol ocupat sau neocupat, casa scării se folosesc urmatoarele relaţii de calcul: θ = E θ + E θ [ o C] (III.1.11) 1 1 i 2 s + E3 k o 2 = B2θ i + B3θ s + B4 k o k θ [ o C] (III.1.12) k unde coeficienţii B şi E sunt conţinuţi în Anexa A din Metodologie PI. III Calculul pierderilor de energie ale clădirii, Q L Pierderile de căldură, Q L, ale unei clădiri mono-zonă, încălzită la o temperatură interioară uniformă, pentru o perioadă de calcul dată, sunt : QL = H ( θ θ t [J] sau [kwh] (III.1.13) în care i e ) θ i este temperatura interioară de calcul, conform ecuaţiei III.1.9; θ e este temperatura exterioară medie pe perioada de calcul; 42

44 t este durata perioadei de calcul; H este coeficientul de pierderi termice al cladirii. Coeficientul de pierderi termice H, se calculează cu relaţia: H = H T + H V [W/K] (III.1.14) Coeficientul de pierderi termice prin transmisie H T, se determină astfel: H = L + L + H [W/K] (III.1.15) T unde: s u L L s H u este coeficientul de cuplaj termic prin anvelopa clădirii, definit prin relaţia (III.1.5), în [W/K]; este coeficientul de cuplaj termic prin sol, (document recomandat: SR EN ISO 13370) şi care se admite a fi calculat în regim staţionar (document recomandat: SR EN ISO 13789), în [W/K]; coeficientul de pierderi termice prin spaţii neîncălzite (document recomandat: SR EN ISO 13789), în [W/K]. Pierderile termice cauzate de permeabilitatea la aer a anvelopei clădirii (document recomandat SR EN ISO 13790:2004) sunt exprimate prin coeficientul de pierderi termice datorate împrospătării aerului prin ventilare, Hv, calculat cu relaţia: H V = ρ c V& [W/K] (III.1.16) în care: a a H v este coeficientul de pierderi termice datorate împrospătării aerului/prin ventilare, în W/K; ρ a c a este capacitatea termică volumică; ρ a c a = 1200 J/(m 3 K) sau ρ a c a = 0,34 Wh/(m 3 K); V & este debitul mediu volumic de aer proaspăt, în m 3 /s sau m 3 /h. sau cu relaţia: Hv = ρ c n V [W/K] (III.1.17) în care: a a a n a este numărul mediu de schimburi de aer pe oră, în h -1 ; V este volumul încălzit, în m 3. Pentru clădirile de locuit şi asimitate acestora, numărul mediu de schimburi de aer pe oră datorate permeabilitatii la aer a cladirii, poate fi evaluat în funcţie de: categoria de clădire; clasa de adăpostire a clădirii; 43

45 clasa de permeabilitate la aer a clădirii, utilizând datele din tabelul III.1.5. Categoria clădirii Clasa de adăpostire Tabel III.1.5 Clasa de permeabilitate la aer ridicată medie scăzută Clădiri individuale (case unifamiliale, cuplate sau însiruite ş.a.) neadăpostite 1,5 0,8 0,5 moderat adăpostite 1,1 0,6 0,5 Clădiri cu mai multe apartamente, cămine, internate, ş.a. dublă expunere simplă expunere adăpostite 0,7 0,5 0,5 neadăpostite 1,2 0,7 0,5 moderat adăpostite 0,9 0,6 0,5 adăpostite 0,6 0,5 0,5 neadăpostite 1,0 0,6 0,5 moderat adăpostite 0,7 0,5 0,5 adăpostite 0,5 0,5 0,5 Încadrarea clădirilor în clasele de adăpostire se face conform tabelului III.1.6. Clasa de adăpostire neadăpostite moderat adăpostite adăpostite Tabel III.1.6 Încadrarea clădirilor în clasa de adăpostire Tip de clădire clădiri foarte înalte, clădiri la periferia oraşelor şi în pieţe, clădiri la şes clădiri în interiorul oraşelor, cu minim 3 clădiri în apropiere, clădiri la şes protejate de arbori clădiri din centrul oraşelor, clădiri în păduri Încadrarea clădirilor în clasele de permeabilitate la aer se face conform tabelului III.1.7. Tabel III.1.7- Încadrarea clădirilor în clasele de permeabilitate la aer Clasa de permeabilitate la aer ridicată medie scăzută Tip de clădire clădiri cu tâmplărie exterioară fără măsuri de etanşare clădiri cu tâmplărie exterioară cu garnituri de etanşare clădiri cu ventilare controlată şi cu tâmplărie exterioară cu măsuri speciale de etanşare 44

46 Mai multe informaţii pentru un calcul detaliat al debitului de aer proaspat sunt prezentate în capitolul III.2. III Calculul aporturilor de căldură, Q g Aporturile totale de căldură la interiorul unei clădiri sau încăperi, Q g, reprezintă suma dintre degajările interioare şi aportul radiaţiei solare: Qg = Qi + Qs [J] sau [kwh] (III.1.18) Degajarile de căldură interne, Q i, cuprind toata cantitatea de căldură generata în spatiul încalzit de sursele interne, altele decât instalatia de încalzire, ca de exemplu : 1. degajari metabolice care provin de la ocupanti; 2. degajari de căldură de la aparate şi instalaţia de iluminat; Pentru calculul degajărilor de căldură se utilizează fluxurile termice medii lunare sau pe sezonul de încalzire, în funcţie de perioada de calcul stabilită. În acest caz, degajarile de căldură interne se consideră 4W/m 2 se calculează cu relaţia următoare conform EN ISO anexa K.: Q = S t [J] sau [kwh] (III.1.19) i 4 INC Pentru calculul aporturilor de căldură datorate radiaţiei solare, suprafeţele care se iau în considerare pentru iarnă, sunt vitrajele, pereţii şi planşeele interioare ale serelor şi verandelor, pereţii situaţi în spatele unei placări transparente sau a izolaţiei transparente Aporturile solare depind de radiaţia solară normală corespunzătoare localităţii, de orientarea suprafeţelor receptoare, de umbrirea permanentă şi caracteristicile de transmisie şi absorbţie solară ale suprafeţelor receptoare. Pentru calculul aporturilor prin suprafeţele opace expuse radiaţiei solare, se poate consulta standardul SR EN ISO anexa F. Pentru o perioadă de calcul dată, aporturile solare prin suprafeţe vitrate se calculează cu relaţia următoare : Q = S I sj Asnj b I sj A u t snj [ ] + (1 ) [. ] [J] sau [kwh] (III.1.20) j n j j unde: - I sj este radiatia solară totală pe perioada de calcul pe o suprafata de 1 m² având orientarea j, în J/ m²; -b este coeficient de reducere ce ţine seama că spaţiul neîncălzit este la o temperatură diferită de cea exterioară, se poate consulta standardul SR EN ISO A snj este aria receptoare echivalenta a suprafetei n având orientarea j, adica aria unui corp negru care conduce la acelaşi aport solar ca suprafata considerata. Primul termen corespunde spaţiului încalzit şi cel de-al doilea este pentru spaţiul neîncălzit. Aporturile solare din spaţiile neîncălzite sunt înmulţite cu (1 - b), unde b reprezintă factorul de diminuare. În fiecare termen, prima sumă se efectuează pentru toate orientarile j, iar a doua pentru toate suprafeţele n care captează radiaţia solară. NOTA I sj poate fi înlocuit printr-un factor de orientare care se înmulţeşte cu radiaţia solară totală pe unitatea de suprafaţă pentru o orientare (de exemplu, vertical sud). 45

47 Aria receptoare echivalentă A s a unui element de anvelopă vitrat (de exemplu o fereastră) este: AS = AxFS xff xg [m 2 ] (III.1.21) unde : A este aria totala a elementului vitrat n (de exemplu, aria ferestrei)(m 2 ); F S este factorul de umbrire al suprafetei n; F F este factorul de reducere pentru ramele vitrajelor, egal cu raportul dintre aria suprafetei transparente şi aria totala a elementului vitrat; g este transmitanta totala la energia solara a suprafetei n. NOTA - Pentru definirea factorului de umbrire şi a transmitantei la energia solara a vitrajului, se iau în considerare numai elementele de umbrire şi de protecţie solară permanente. În principiu, transmitanţa totală la energia solară g utilizată trebuie să fie media în timp a raportului dintre energia care traversează elementul expus şi energia incidentă pe acesta, în absenţa umbririi. Pentru ferestre sau alţi pereţi exteriori vitraţi, ISO 9050 prezintă o metodă de determinare a transmitanţei totale la energia solară pentru radiaţiile perpendiculare pe vitraj. Transmitanţa g se calculează în funcţie de g aplicând un factor de corecţie astfel: g = Fw xg (III.1.22) NOTA Documentul recomandat pentru calculul valorilor g şi a unor valori tipice pentru factorii de transmisie solară este standardul SR EN ISO anexa H.. Factorul de umbrire, F S, care poate varia între 0 şi 1, reprezintă reducerea radiaţiei solare incidente cauzată de umbriri permanente ale suprafeţei considerate datorită unuia din următorii factori: 1. alte clădiri; 2. elemente topografice (coline, arbori etc.); 3. proeminenţe; 4. alte elemente ale aceleiaşi clădiri ; 5. poziţia elementului vitrat faţă de suprafaţa exterioară a peretelui exterior. Factorul de umbrire este definit astfel : F S I s, ps = I (III.1.23) s unde : I s,ps este radiatia solara totală primită de suprafaţa receptoare cu umbriri permanente pe durata sezonului de încalzire; I s este radiatia solară totală pe care ar primi-o suprafaţa receptoare în absenţa umbririi. NOTA SR EN ISO anexa H prezintă informaţii despre factorii de umbrire. 46

48 III Determinarea factorului de utilizare,η Pentru a calcula factorul de utilizare al aporturilor de căldură trebuie stabilit un coeficient adimensional care reprezintă raportul dintre aporturi şi pierderi, γ, astfel: γ = Q Q g L (III.1.24) Factorul de utilizare al aporturilor de căldură se calculeaza astfel: a 1 γ daca γ 1 η = (III.1.25) a+ 1 1 γ daca γ = 1 a η = (III.1.26) a + 1 unde a este un parametru numeric care depinde de constanta de timp τ, definit prin relatia: τ a = a0 + (III.1.27) τ 0 Valorile pentru a 0 şi τ 0 sunt indicate în tabelul III.1.8. Tabelul III.1.8. Valori ale parametrului numeric a 0 şi ale constantei de timp de referinta τ 0 Tipul cladirii a 0 τ 0 [h] Cladiri încalzite continuu (mai mult de 12 h pe zi), precum cladirile de locuit, hoteluri, spitale, camine şi penitenciare: I Metoda de calcul lunar 1 15 Metoda de calcul sezonier 0,8 30 Constanta de timp, τ, caracterizează inerţia termică interioară a spaţiului încălzit. Aceasta se determină cu relaţia următoare: C τ = (III.1.28) H C este capacitatea termica interioară a cladirii; H este coeficientul de pierderi termice al cladirii. Nota: Daca exista valori conventionale ale constantei de timp pentru clădiri tipice acestea pot fi luate în calcul direct. 47

49 Figura III.1.5 prezintă factorii de utilizare pentru perioadele de calcul lunar şi pentru diverse constante de timp, pentru clădiri din categoria I (încălzite continuu) şi II (încălzite discontinuu). Figura III.1.5. Factor de utilizare pentru constantele de timp de 8h, o zi, doua zile, o saptamana şi infinit, valabil pentru o perioada de calcul lunar, pentru cladiri incalzite continuu(cladiri din categoria I, sus) şi pentru cladiri incalzite numai pe timpul zilei(cladiri din categoria II, jos) Capacitatea termică interioară a clădirii, C, se calculează prin însumarea capacitaţilor termice ale tuturor elementelor de construcţie în contact termic direct cu aerul interior al zonei considerate: C = Σχ j A j = Σ j Σ i ρ ij c ij d ij A j (III.1.29) unde: χ j - capacitatea termica interioară raportata la arie a elementului de constructie j; A j - aria elementului j; ρ ij - densitatea materialului stratului i din elementul j 48

50 c ij - căldura specifică masica a materialului stratului i, din elementul j d ij - grosimea stratului i din elementul j Suma se efectueaza pentru toate straturile fiecărui element de construcţie, pornind de la suprafata interioară pâna fie la primul strat termoizolant, grosimea maximă fiind indicată în tabelul III.1.9, fie în mijlocul elementului de constructie, la distanţa cea mai mică. Tabelul III.1.9. Grosimea maxima considerata la calculul capacitatii termice Aplicare Grosime maxima cm Determinarea factorului de utilizare 10 Capacitatea termica internă a unei clădiri poate fi calculată de asemenea ca suma a capacităţilor interne ale tuturor elementelor de constructie, furnizata la nivel national, pe baza tipului constructiei. Aceasta valoare poate fi aproximată şi se acceptă o incertitudine relativă de zece ori mai mare decât cea corespunzatoare pierderilor termice. NOTA 1 Factorul de utilizare se definește independent de caracteristicile instalaţiei de încalzire, presupunând reglarea perfecta a temperaturii şi flexibilitate infinită. NOTA 2 O instalatie de încălzire cu un raspuns lent şi un sistem de reglare imperfect pot afecta în mod semnificativ utilizarea aporturilor. III Necesar de energie pentru încălzire, Qh Pierderile termice, Q L, şi aporturile de căldură, Q g, se calculează pentru fiecare perioadă de calcul. Necesarul de energie pentru încălzirea spaţiilor se obţine pentru fiecare perioadă de calcul cu relaţia: Q h =Q L - ηq g [J] sau [kwh] (III.1.30) Factorul de utilizare, η, este un factor de diminuare al aporturilor de căldură, prevăzut pentru a compensa pierderile termice suplimentare care apar atunci când aporturile de căldură depăşesc pierderile termice calculate. III Pierderi de energie prin sistemul de transmisie, Qem Pierderile sistemului de transmisie a căldurii se calculează astfel: Q em = Q em,str + Q em,emb + Q em,c [J] sau [kwh] (III.1.31) în care: Q em,str = pierderi de căldură cauzate de distribuţia neuniformă a temperaturii, în J sau kwh; Q em,emb = pierderi de căldură cauzate de poziţia corpurilor de încălzire, în J kwh; Q em,c = pierderi de căldură cauzate de dispozitivele de reglare a temperaturii interioare, în J kwh. Pentru a calcula pierderile de căldură datorate distribuţiei neuniforme a temperaturii interioare se folosesc valori experimentale stabilite pentru eficienţa sistemelor de transmisie a căldurii. 49

51 Dacă se cunoaşte eficienţa sistemului de transmisie a căldurii η em atunci pierderile de căldură datorate stratificării termice, Q em,str, se pot calcula astfel: 1 ηem Qem, str = Qh [J] (III.1.32) η em Anexa III.1.3 conţine exemple de valori pentru eficienţa sistemelor de transmisie a căldurii datorate distribuţiei neuniforme a temperaturii interioare. Pierderile de căldură ale sistemelor de încălzire prin radiaţie cauzate de disiparea căldurii către exterior Q em,emb apar la sistemele de încălzire prin radiaţie de pardoseală, plafon sau pereţi şi se calculează doar atunci când elementul de construcţie încălzitor conţine o suprafaţă orientată către exteriorul spaţiului încălzit, către sol, către alte clădiri sau către alte spaţii neîncălzite. Dacă caracteristicile suprafeţelor emisive (exemplu: grosimea sau tipul izolaţiei termice) sunt diferite în cadrul aceleiaşi clădiri, atunci este necesară separarea calculelor pentru fiecare zonă omogenă din punct de vedere al sistemului de încălzire prin radiaţie. Relaţiile de calcul pentru aceste pierderi se regăsesc în Metodologie PII. Pierderile de căldură ale sistemelor de încălzire cauzate de reglarea temperaturii interioare, Q em,c se referă doar la sistemul de reglare al consumatorului (sistemul de emisie), neluând în calcul influenţele pe care reglarea centrală sau locală le poate avea asupra eficienţei sursei de căldură sau asupra pierderilor de căldură din reţeaua de distribuţie. Dacă se cunoaşte eficienţa sistemului de reglare, pierderile de căldură pe care le implică utilizarea unui sistem real de reglare sunt date de: 1 ηc Q = Q [J] sau [kwh] (III.1.33) η em,c c h în care: η c = eficienţa sistemului de reglare (Anexa III.1.3 conţine exemple de valori ale mărimii η c ) III Pierderi de energie prin sistemul de distribuţie, Qd Energia termica pierdută pe reţeaua de distribuţie în pasul de timp(perioada) t este: ' Q = U θ θ ) L t [J] sau [kwh] (III.1.34) d i i ( m a, i i H cu U valoarea coeficientului de transfer de căldură în W/mK θ m θ a temperatura medie a agentului termic în 0 C temperatura aerului exterior(ambianţă) în 0 C L lungimea conductei i indicele corespunzator conductelor cu aceleaşi conditii la limita t H numarul de ore în pasul de timp (h/pasul de timp) Valoarea coeficientului U de transfer de căldură pentru conductele izolate, care ia în considerare atat transferul de căldură prin radiatie cat şi prin convectie este dat de relatia: π U ' = (III.1.35) 1 da 1 ( ln + ) 2 λ d α d D i a a in care: d i, d a diametrele conductei fara izolatie, respectiv diametrul exterior al conductei (m) α a - coeficientul global de transfer termic la exteriorul conductei (W/m²K) (α a =1/0,33) λ D coeficientul de conductie a izolatiei (W/mK) Pentru conductele pozate subteran coeficientul de transfer U se calculeaza cu relatia: 50

52 U em ' = π 1 1 D 1 4 z ( ln + ln ) 2 λ d λ D D E (III.1.36) unde z adancimea de pozare λ E coeficientul de conductie al solului (W/mK) Pierderile de căldură ale unui sistem de conducte trebuie să ia în considerare nu numai pierderile aferente conductelor dar şi pe cele ale elementelor conexe (robinete, armaturi, suporturi neizolate, etc.). Pentru a lua în considerare pierderile în elementele conexe se consideră o lungime echivalentă. Pentru pierderile prin corpul robinetelor inclusiv flansele de imbinare, lungimea echivalentă considerată depinde de gradul de izolare asa cum arata tabelul III.1.10: Robinete incluzand şi flanşele de prindere Tabel III.1.10 Lungimea echivalentă pentru armături Lungimea echivalenta [m] Lungimea echivalenta D<=100mm [m] D>=100mm neizolate 4,0 6,0 izolate 1,5 2,5 Aceasta valoare se va insuma cu lungimea conductelor. In mod similar luând în considerare lungimea conductelor din spatiile neîncălzite se pot calcula pierderile de căldură nerecuperabile prin conductele verticale (coloane) dacă acestea sunt pozate în spaţii neîncălzite. In cazul în care coloanele se află în spaţii încălzite, aceste pierderi se consideră recuperabile intrând în calcul la ajustarea necesarului de căldură. III Consum auxiliar de energie W de Consumul de energie electrică, Wde, pentru pompele din sistemele de încălzire se stabileşte simplificat pe baza unei metode tabelare în funcţie de aria pardoselilor incalzite din zona de calcul, tipul sursei şi modul de reglare al pompei. In anexa III.1.4. se găsesc valori orientative privind consumul auxiliar anual de energie electrică pentru sisteme de încălzire cu circulaţie prin pompare. Consumurile sunt estimate în funcţie de aria suprafeţei încălzite, de tipul cazanului, de tipul de funcţionare a pompei şi de alcătuirea sistemului de încălzire. In timpul functionarii pompelor de circulatie o parte din energia electrica este transformata în energie termica şi transferata apei. O alta parte din energia termica este transferată (transmisa) mediului ambiant. Ambele fracţiuni energetice sunt recuperabile. Energia recuperata din apa este: Q d, r, w = 0, 25 Wd, e [kwh/a] (III.1.37) III Consum total de energie pentru incalzire Qfh Consumul total de energie pentru incalzire se obtine din insumarea termenilor prezentati in paragrafele anterioare, respectiv: 51

53 Q = Q + Q + Q W - Q [J] sau [kwh] (III.1.38) f, h h em d + de drw III.1.5. Schema de calcul pentru clădiri rezidenţiale alimentate de la surse proprii Regimul de ocupare pentru astfel de clădiri este considerat continuu, cu furnizare intermitenta, iar modelul de calcul este simplificat şi permanent. Metoda de calcul se aplică pe perioada de încălzire. III Caracteristici geometrice A se vedea subcapitolul III III Caracteristici termotehnice A se vedea subcapitolul III III Determinarea parametrilor climatici (t, θ e, I j ), (SR 4839), In cadrul studiilor efectuate pentru clădiri individuale echipate cu surse proprii de încălzire (centrale termice) se procedează la o determinare preliminară a unei perioade de încălzire utilizând SR4839 în scopul determinării parametrilor climatici precum temperatura exterioară și intensitatea radiației solare. Calculul se realizează așa cum este menționat în subcapitolul III III Temperaturi de calcul, (θ i, θ u ) A se vedea subcapitolul III III Calculul coeficientului de pierderi al clădirii, H A se vedea subcapitolul III III Calculul aporturilor de căldură, Q g /t A se vedea subcapitolul III III Determinarea factorului de utilizare,η A se vedea paragraful III III Perioada de încălzire, parametrii climatici, (t, θ e, I j ) Metoda de calcul se aplica exclusiv clădirilor din categoria I (încălzite continuu). 52

54 Prima şi ultima zi a sezonului de încălzire, adică durata şi condiţiile climatice medii ale acestuia pot fi stabilite la nivel naţional pentru o zona geografica data şi pentru clădiri tip. Sezonul de încălzire cuprinde toate zilele pentru care aporturile de căldura, calculate cu un factor de utilizare convenţional, η 1, nu compensează pierderile termice, adică atunci când: η Qgd θech θ 1 id [ C] (III.1.39) H * t d unde : θ ech este temperatura exterioară medie zilnica; θ id este temperatura interioară medie zilnica; η 1 este factorul de utilizare convenţional, calculat cu γ = 1; Q gd reprezintă aporturile solare şi interne medii zilnice; H este coeficientul de pierderi termice al clădirii; t d este durata unei zile, adică 24 h sau s. Temperatura θ ed se numeşte temperatură de echilibru şi reprezintă temperatura exterioară pentru care aporturile utilizate egalează pierderile de căldura ale clădirii. Pentru a obţine zilele limită pentru care este îndeplinită condiţia (1.23) este utilizată o interpolare liniară. Pentru calculul simplificat, perioada de încălzire poate fi stabilită grafic prin intersecţia valorii temperaturii de echilibru calculată cu factorul de utilizare al clădirii, η, pentru perioada de încălzire cu curba de variaţie a temperaturilor exterioare medii lunare corespunzătoare localităţii, aşa cum arată figura III temperatura interioară 2. începutul perioadei de încălzire 3. număr zile de încălzire 4. curba de variaţie a temperaturilor medii lunare 5. temperatura de echilibru 6. sfârşitul perioadei de încălzire Figura III.1.6. Stabilirea perioadei de încălzire III Calculul pierderilor de energie termica ale clădirii, Q L Pierderile de căldură, Q L, ale unei clădiri mono-zonă, încălzită la o temperatură interioară uniformă, pentru o perioadă de calcul dată, sunt : QL = H ( θ θ ) xt [J] sau [kwh] (III.1.40) i e III Calculul aporturilor de caldura, Q g Dacă aporturile de căldură sunt exprimate ca fluxuri de căldură, Q g, se determina astfel : Qg = Φt [J] sau [kwh] (III.1.41) 53

55 III Necesar de energie pentru încălzire, Qh A se vedea paragraful III III Pierderi de energie prin sistemul de transmisie, Qem A se vedea paragraful III III Pierderi de energie prin sistemul de distribuţie, Qd A se vedea paragraful III III Consum auxiliar de energie W de A se vedea paragraful III III Pierderi de energie la nivelul sursei de căldură, Qg Pierderea de căldură totala la nivelul generatorului se calculează în funcţie de randamentul sezonier net cu relaţia următoare: 1 ηg, net Q g = Q g, out (III.1.42) η g, net Q g,out se calculează în funcţie de tipul de cazan: o pentru cazane de încălzire: Q g,out = Q h + Q em + Q d - kw d,e (III.1.43) o pentru cazane de încălzire şi preparare apa calda de consum: Q g,out = Q h + Q em + Q d - kw d,e + Q acc (III.1.44) o pentru sistemele de încălzire care utilizează combinat surse clasice şi neconvenţionale sau regenerabile de energie: Q g,out = Q h + Q em + Q d -kw d,e + Q acc - Q rg (III.1.45) Q rg energia furnizata de sursele regenerabile în perioada de calcul Randamentul sezonier se calculează în funcţie de tipul de cazan, de tipul de combustibil şi de modul de funcţionare. Pentru ca rezultatele sa acopere solicitarea cazanului în sarcina variabila se considera randamentul la încărcare maximă şi randamentul la sarcina minima de 30%. In Tabelul III.1.11 indica valoarea maxima acceptata de norme pentru eficienta neta, η g,net, în funcţie de tipul cazanului. Tabel III.1.11 Eficienta maxima neta în procente, η g,net [%] Cazane cu condensare Cazane fara condensare Sarcina maxima Sarcină min 30% Sarcina maxima Sarcină min 30% 101,0 107,0 92,0 91,0 Pentru calculul randamentului brut se utilizează factorii de conversie din tabelul III.1.12 în ecuaţia următoare: 54

56 η g,brut = f η g,net (III.1.46) Tabelul III.1.12: Factori de conversie f Combustibil Factor de conversie f Gaz natural 0,901 Propan sau butan 0,921 Cherosen sau gaz lichefiat 0,937 Randamentul sezonier se calculează în funcţie de randamentul sezonier brut şi net al cazanelor. Pentru a stabili randamentul sezonier brut al cazanelor se aplica relaţiile de calcul indicate în tabelul 1.9, 1.10 şi 1.11, în funcţie de tipul de cazan şi tipul de combustibil utilizat. Ecuaţiile caracteristice din acest tabel depind de randamentul brut la sarcina maxima şi sarcina minima şi de parametrii p, b, V, L stabiliţi după cum urmează: 1. Parametrul p: cazan pe gaz, - cu flacăra de veghe p=1 - fara flacăra de veghe p=0 2. Parametrul b: cazane cu acumulare ( pornit- oprit sau modulare) - cu stocaj funcţional b=1; - fara stocaj funcţional b=0 cazane în condensatie (pornit- oprit sau modulare) şi unitati primare de stocaj - b=1 3. Parametrii V,L: pentru cazane cu acumulare şi unitati primare de stocaj se calculează volumul de acumulare V în litri, din specificaţii şi factorul de pierdere L folosind următoarea ecuaţie: - daca grosimea izolaţiei, d iz < 10mm: L = 0,0945-0,0055d iz - daca grosimea izolaţiei, d iz 10mm: L = 0,394/d iz In funcţie de categoria cazanului în tabelul 1.8 se indica numărul ecuaţiei din tabelul III.1.13 şi III.1.14 care se va aplica pentru calculul randamentului brut sezonier. Gaz Fara condensare Hidrocarburi Tabelul III.1.13:Categorii de cazane Cu condensare Temperaturi scazute Gaz Hidrocarburi On/Off Modular On/Off Modular On/Off Modular On/Off Modular Cazane clasice Cazane instant cobinate (inc+acc) X X X X X X 55

57 Cazane cu acumulare combinate(inc+acc) Unitate primara combinata de stocare X X X X X X X X Tabelul III.1.14: Eficienta sezoniera bruta η pentru cazane pe gaz Cazan pe gaz Nr. ec. Ecuatie Pornit oprit normal 101 η = 0.5(η max + η part) 2.5 4p Normal modular 102 η = 0.5(ηmax + ηpart) 2.0 4p Combinatie pornit/oprit instantaneu 103 η = 0.5(ηmax + ηpart) 2.8 4p Combinatie modular 104 η = 0.5(ηmax + ηpart) 2.1 4p acumulare Combinatie pornit oprit cu acumulare 105 η = 0.5(ηmax + ηpart ) (0.209 b L V) 4p 106 η = 0.5(ηmax + ηpart ) (0.209 b L V) 4p 107 η= 0.5(ηmax + ηpart ) (0.539 L V) 4p Tabel III.1.15: Eficienta bruta sezoniera η pentru cazane utilizand hidrocarburi Normal 201 η = 0.5(ηmax + ηpart) Cazane pe hidrocarburi Nr. ec. Ecuatie Instantaneu 202 η= 0.5(ηmax + ηpart) 2.8 Amestec cu acumulare 203 η = 0.5(ηmax + ηpart ) (0.209 b L V) Pentru a calcula randamentul sezonier net al cazanelor se aplica ecuaţia următoare: η g,net = 1/f η g,brut (III.1.47) Pentru cazane care nu se regăsesc in categoriile de mai sus precum si pentru cazane mai vechi sau aflate intr-o stare avansata de uzura se foloseşte următoarea relaţie. η g, net = ηr xηdxηg (III.1.48) Randamentul de reglare al instalaţiei de încălzire interioară, η r, reprezintă capacitatea instalaţiei de încălzire interioară şi a echipamentelor de reglare din dotarea acesteia de a asigura necesarul de căldură al clădirii, ţinând seama de variaţia în timp a parametrilor climatici şi a aporturilor interne. Valorile medii pentru η r sunt date în tabelul III.1.16 în funcţie de tipul instalaţiei de încălzire şi de dotarea cu echipamente de reglare a clădirii. Tabel III.1.16: Randamentul de reglare η r Situaţia Instalaţia de încălzire centrală datorată cu robinete de reglaj termostatic ç r 0,99 Instalaţia de încălzire centrală fără robinete de reglaj termostatic 0,92 56

58 Instalaţia de încălzire locală cu sobe de teracotă funţionând cu cobustibil lichid sau gazos Instalaţia de încălzire locală cu sobe de teracotă funcţionând cu combustibil solid 0,88 0,85 Instalaţia de încălzire interioară prevăzută cu perdele de aer cald 0,83 Randamentul de distribuţie a căldurii în instalaţia de încălzire interioară, η d, reprezintă raportul dintre necesarul de căldură la nivelul spaţiilor încălzite şi necesarul de căldură pentru încălzire ţinând seama de fluxul termic disipat prin reţeaua de distribuţie a agentului încălzitor şi care nu contribuie la încălzirea directă a spaţiilor. Q L η = (III.1.49) d QL + Qd Randamentul mediu anual al sursei de generare a căldurii pentru încălzirea spaţiilor, η g se determină cu relaţia : η g γ η γ 0 g 0 v = ( ) (III.1.50) În care γ 0 reprezintă un coeficient de reducere a valorii nominale (de catalog) η g0 datorită pierderilor la oprirea cazanului, funcţie de tipul cazanului, de puterea nominală a acestuia şi de gradul mediu de încărcare al cazanului în raport cu puterea termică nominală a acestuia. Randamentul nominal de producere a căldurii η g0 este definit pentru funcţionarea continuă a cazanului la sarcina termică nominală şi în general este dat fie în documentaţia tehnică a cazanului (dacă există), fie pe plăcuţa cu datele tehnice ştanţate pe cazan. În situaţia în care nici una din situaţiile menţionate nu este posibilă cunoaşterea η g0, acesta poate fi măsurat utilizând o procedură normată sau poate fi estimat utilizând valorile orientative din tabelul III Tabel III Randamentul nominal de producere a căldurii η g0 Cazan η g0 Combustibil lichid Cazan classic din fontă cu -arzător separat 0,84 -arzător integrat 0,90 Cazan modern 0,92 Cazan cu preparare a apei calde cu semiacumulare 0,74 Combustibil gazos cu arzător atmosferic (tiraj natural) Cazan clasic cu funcţionare tot sau nimic -înainte de ,79 -după ,86 57

59 Cazan clasic cu funcţionare modulară -înainte de ,76 -după ,83 Combustibil gazos cu arzător cu aer insuflat (tiraj forţat) Cazan classic din fontă sau oţel cu -arzător separat 0,86 -arzător integrat 0,90 Cazan modern 0,92 Cazan cu condensaţie 0,98 Pentru centralele termice valorile γ 0 sunt următoarele: 1 γ = -pentru centrală termică proprie aferentă unei unitaţi funcţionale ,177 * Pn individuală (clădire individuală/apartament sau clădire înşiruită cu mai puţin de trei apartamente ) γ 0 = pentru centrală termică aferentă unei clădiri colective (cu mai mult de 4 apartamente) echipată cu arzător atmosferic funcţionând cu gaze naturale, γ 0 =0,98 - pentru centrală termică aferentă unei clădiri colective (cu mai mult de 4 apartamente ) echipată cu arzător funcţionând cu gaze naturale cu tiraj forţat sau funcţionând cu combustibil lichid sau solid. în care P n - puterea termică utilă a cazanului în condiţii nominale) din documentaţia tehnică a acestuia ), [kw] γ - reprezintă un coeficient de reducere a valorii de catalog v η în funcţiune de g 0 vechime a cazanului : - pentru cazan mai noi de 5 ani: γ v =0,02; - pentru cazan cu vechime cuprinsă între 5 şi 10 ani: γ v =0,04; - pentru cazan mai vechi de 10 ani: γ v =0,05; Pentru cazane prost întreţinute (stare proastă) valorilor de penalizare γ v de mai sus li se adaugă 0,04. 58

60 În tabelul III sunt date valori orientative pentru randamentul mediu anual de generare a căldurii caracteristice altor tipuri de surse de căldură decât cazane /centrale termice, utilizate pentru încălzirea spaţiilor. Tabel III Randamentul mediu anual Sursa de căldură ç g Sobe din teracotă funcţionând cu : combustibil gazos 0,60 combustibil lichid 0,55 combustibil solid 0,45 III Consum total de energie pentru încălzire Qfh Consumul total de energie pentru încălzire se obţine din însumarea termenilor prezentaţi în paragrafele anterioare, respectiv: Q = + [J] sau [kwh] (III.1.48) f, h Qh + Qem + Qd + Wde - Qdrw Qg III.1.6. Schema de calcul pentru clădiri terţiare alimentate de la surse centralizate Regimul de ocupare pentru astfel de clădiri este considerat intermitent, cu furnizare intermitentă, iar modelul de calcul este simplificat şi permanent. Metoda de calcul se aplică pe perioada de încălzire. III Caracteristici geometrice A se vedea subcapitolul III III Caracteristici termotehnice A se vedea subcapitolul III III Determinarea parametrilor climatici (t, θ e, I j ), (SR 4839), A se vedea subcapitolul III

61 III Temperaturi de calcul, (θ i, θ u, θ iad ) A se vedea subcapitolul III Termenul θ iad reprezintă temperatura interioara corectata a perioadei de încălzire. Acest parametru are o valoare constanta care conduce la aceleaşi pierderi termice ca si in cazul încălzirii cu intermitenţă pe perioada considerata. Pentru fiecare perioada de încălzire redusă temperatura interioară corectată se calculează utilizând procedura definită in Anexa C- SR EN Pentru reduceri zilnice sau săptămânale şi în Anexa D- SR EN pentru perioada de vacanţă. III Determinarea programului de funcţionare (t) În cazul în care se aplica încălzirea cu intermitenţă, perioadele (perioada) de calcul se împart(e) în intervale de încălzire normală alternând cu intervale de încălzire redusă (de exemplu nopţi, sfârşituri de săptămână şi vacanţe). Toate intervalele de încălzire normală au aceeaşi temperatură interioară convenţională de calcul. Pot fi mai multe tipuri de perioade de încălzire redusă cu programe de funcţionare diferite. În cadrul fiecărei perioade de calcul, fiecare perioadă de încălzire redusă este caracterizată prin: 1. durata ei; 2. numărul de apariţii ale acestui tip de perioadă într-o perioadă de calcul; 3. modul respectiv de funcţionare cu intermitenţă ; 4. unde este cazul, temperatura interioară convenţională sau puterea termică redusă; 5. modul de restabilire a încălzirii şi puterea termică maximă în perioada de restabilire a încălzirii. În figura 1.4 este prezentat un exemplu în care perioada de calcul include patru tipuri A de perioade de încălzire redusa şi un tip B de perioadă de încălzire redusă (sfârşit de săptămână). Legenda Figura III.1.7. Exemplu de program de funcţionare cu intermitenţă θ temperatura interioară convenţională t timp t c perioadă de calcul N perioadă de încălzire normală A perioada de încălzire redusa tip A 60

62 B perioada de încălzire redusa tip B Împărţirea în perioade distincte nu este necesara în următoarele cazuri: a) variaţia temperaturii interioare convenţionale între perioade de încălzire normala şi perioade de încălzire redusa sunt mai mici decât 3 K; în acest caz se poate utiliza media în timp a temperaturilor interioare convenţionale; b) constanta de timp a clădirii este mai mare de trei ori durata celei mai lungi perioade de încălzire redusa; în acest caz se poate utiliza temperatura interioară convenţională pentru funcţionare normala pentru toate perioadele; c) constanta de timp a clădirii este mai mica decât 0,2 ori durata celei mai scurte perioade de încălzire redusa; în acest caz se poate utiliza media în timp a temperaturilor interioare convenţionale. Se considera ca instalaţia de încălzire are puterea termica suficient de mare pentru a permite încălzirea cu intermitenta. NOTA 1 În clădiri de locuit variaţia temperaturilor interioare convenţionale şi debitele de ventilare sunt adesea legate de ocupare. Împărţirea în perioade diferite usureaza evaluarea debitului mediu de aer pe fiecare dintre acestea. NOTA 2 Având în vedere faptul ca programele de încălzire se definesc în mod uzual pe durata unei săptămâni, definirea acestora este mai uşoara în cazul în care calculele se efectuează pentru o săptămâna din luna. III Calculul pierderilor de energie ale clădirii, Q L În cazul în care se aplica împărţirea în perioade de încălzire diferite, pierderile termice totale, Q L, ale unei clădiri mono-zona încălzita la o temperatura uniforma şi pentru o perioada de calcul data, se calculează cu relaţia: N Q L = N jh j ( θiad, j θe ) * t j= 1 j [J] sau [kwh] (III.1.49) în care N numărul de tipuri de perioade de încălzire (de exemplu 3: pentru normal, noapte şi sfârşit de săptămâna); Nj este numărul de perioade de încălzire de fiecare tip pe durata perioadei de calcul; θ iad,j este temperatura interioară corectata a perioade de încălzire j; t j este durata perioade de încălzire j; H j este coeficientul de pierderi termice al clădirii în perioada j; N NOTA N j t j este egal cu durata perioadei de calcul. j=1 In scopul simplificării notaţiilor indicele j este omis în cele ce urmează. Cu toate acestea, atunci când se aplica împartirea în perioade de încălzire calculul se efectuează pentru fiecare perioada de încălzire. Pentru calculul coeficientului H a se vedea subcapitolul III III Calculul aporturilor de căldură, Q g Aporturile totale de căldură la interiorul unei clădiri sau încăperi, Q g, se determina cu relaţia III

63 Spre deosebire de calculul pentru clădiri rezidenţiale aporturile de la surse interne pentru clădirile terţiare se determina ţinând cont de numărul de surse interioare si puterea lor, de aporturile de la iluminat dar si de aporturile de la ocupanţi in funcţie de numărul de ore de ocupare. III Determinarea factorului de utilizare,η A se vedea paragraful III cu precizarea ca se utilizează tabelul III.1.7. in locul tabelului III.1.9. se foloseşte tabelul III Tabelul III.1.19 Valori ale parametrului numeric a 0 şi ale constantei de timp de referinţa τ 0 Tipul clădirii a 0 τ 0 [h] Clădiri încălzite continuu (mai mult de 12 h pe zi), precum hoteluri, spitale, cămine şi penitenciare: I Metoda de calcul lunar 1 15 Metoda de calcul sezonier 0,8 30 II Clădiri încălzite numai în timpul zilei (mai puţin de 12 h pe zi), precum clădiri destinate educaţiei, birouri, clădiri pentru conferinţe şi comerciale 0,8 70 III Necesar de energie pentru încălzire, Qh A se vedea paragraful III III Pierderi de energie prin sistemul de transmisie, Qem A se vedea paragraful III III Pierderi de energie prin sistemul de distribuţie, Qd A se vedea paragraful III III Consum auxiliar de energie W de A se vedea paragraful III III Consum total de energie pentru încălzire Qfh A se vedea paragraful III

64 III.1.7. Schema de calcul pentru clădiri terţiare alimentate de la surse proprii Regimul de ocupare pentru astfel de clădiri este considerat intermitent, cu furnizare intermitentă, iar modelul de calcul este simplificat şi permanent. Metoda de calcul se aplică pe perioada de încălzire. III Caracteristici geometrice A se vedea subcapitolul III III Caracteristici termotehnice A se vedea subcapitolul III III Determinarea parametrilor climatici (t, θ e, I j ), (SR 4839), A se vedea subcapitolul III III Temperaturi de calcul, (θ i, θ u, θ iad ) A se vedea subcapitolul III III Determinarea programului de funcţionare (t) A se vedea subcapitolul III III Calculul pierderilor de energie ale clădirii, Q L A se vedea subcapitolul III III Calculul aporturilor de căldură, Q g A se vedea subcapitolul III III Determinarea factorului de utilizare,η A se vedea subcapitolul III III Necesar de energie pentru încălzire, Qh A se vedea paragraful III III Pierderi de energie prin sistemul de transmisie, Qem A se vedea paragraful III III Pierderi de energie prin sistemul de distribuţie, Qd A se vedea paragraful III III Consum auxiliar de energie W de 63

65 A se vedea paragraful III III Pierderi de energie la nivelul sursei de căldură, Qg A se vedea paragraful III III Consum total de energie pentru încălzire Qfh A se vedea paragraful III III.1.8. Calculul energiei primare Pentru o perioadă determinată de timp (an, lună, săptămână), energia consumată de o clădire prin utilizarea unei anumite energii de tip Q f, i, este dată de relaţia următoare: Q = + [J] sau [kwh/an] (III.1.50) f, i Qffhi + Qfvi + Qfci + Qfwi QfLi unde termenii reprezintă energia consumată pentru: încălzire, ventilare, răcire, preparare apă caldă de consum şi iluminat, calculată conform prezentei metodologii. Energia primară se calculează, pe acelaşi interval de timp, pornind de la valoarea energiei consumată, astfel: E p = Σ (Q f,i f p,i + ΣW h f p,i ) Σ(Q ex,i f pex,i ) [kwh/a] (III.1.51) în care: Q f,i W h consumul de energie utilizând energia i, în Joule (J; kwh/a); consumul auxiliar de energie pentru încălzirea spaţiilor (J; kwh/a); f p,i factorul de conversie în energie primară, având valori tabelate pentru fiecare tip de energie utilizată (termică, electrică, etc), conform tabel III.1.20; Q ex,i energia produsă la nivelul clădirii şi exportată, (J; kwh/a); f pex,i factorul de conversie în energie primară, care poate avea valori identice cu f p,i Tabel III Factori de conversie în energie primara Combustibil Factor de conversie Lignit 1,3 Huila 1,2 Pacura 1,1 Gaz natural 1,1 Deseuri 1,05 Energie regenerative (lemn) 1,1 Energie electrica, cogen. 2,8 64

66 Notă - Consumul de energie primară poate fi mai mic sau mai mare decât consumul final de energie după cum sunt sau nu utilizate surse de energie regenerabilă. III.1.9. Calculul emisiilor de CO 2 Emisia de CO 2 se calculează similar cu energia primară utilizând un factor de transformare corespunzător: E CO2 = Σ (Q f,i x f CO2,i + ΣW h x f CO2,i ) Σ(Q ex,i x f CO2ex,i ) (III.1.52) unde f CO2, reprezintă factorul de emisie stabilit conform tabelelor III.1.21 şi III Tabel III Emisii de CO 2 la utilizarea combustibililor convenţionali Combustibil Factor emisie CO 2 Factor emisie CO 2 (kg/kwh) 1 (kg/kwh) 2 Carbune 0,342 0,292 Combustibil lichid 0,270 0,270 Gas 0,205 0,194 Lemn 0,036 0,025 Termoficare 0,24-1) Valoare pentru cea mai mica P ci 2) Valoare folosita în UK Tabel III. Emisia de CO 2 la utilizarea electricităţii Electricitate Factor emisie CO 2 (kg/kwh) 1 Medie anuala 0,09 Iarna extreme 0,557 Încălzire 0,224 1) Valoare aplicată în Franţa 65

67 III.2. Sisteme de climatizare Climatizarea este procesul prin care se asigură în încăperi, o temperatură interioară prescrisă, inclusiv în perioada caldă când este necesară răcirea. Climatizarea se poate realiza cu controlul umidităţii interioare pe toată perioada de utilizare a instalaţiei sau numai iarna (control parţial al umidităţii) sau fără controlul umidităţii. Instalaţiile de aer condiţionat sunt un caz particular al instalaţiilor de climatizare care asigură în interiorul încăperilor temperatura şi umiditatea aerului, cu limite mici de variaţie; de multe ori, se controlează strict şi viteza curenţilor de aer şi concentraţia prafului (camere curate). Din cauza consumurilor mari de energie, astfel de instalaţii sunt justificate în sălile de operaţii, în laboratoare şi în industrie, în cazul unor procese tehnologice cu cerinţe speciale pentru condiţiile interioare. Climatizarea este de cele mai multe ori cuplată cu ventilarea; astfel, instalaţiile de climatizare sunt în acelaşi timp şi instalaţii de ventilare. Dacă aerul proaspăt este introdus fără a utiliza echipamentele instalaţiei de climatizare, climatizarea este decuplată de ventilare. De exemplu, o instalaţie cu ventiloconvectoare care introduc numai aer recirculat tratat este o instalaţie de climatizare fără a fi şi o instalaţie de ventilare; în acest caz, aerul proaspăt trebuie introdus printr-un sistem separat de ventilare. Climatizarea se poate realiza cu aparate sau agregate locale de climatizare sau prin sisteme centralizate. După agentul termic utilizat la nivelul încăperilor, sistemele centralizate pot fi: numai aer, aer-apă sau aer-agent frigorific. In funcţie de numărul zonelor termice deservite, sistemele centralizate pot fi monozonale (deservesc o singură zonă termică, de volum mare sau formată din mai multe volume mici) sau multizonale. Sistemul monozonă este reglat în funcţie de parametrii dintr-o încăpere de referinţă. Sistemele multizonale permit adaptarea la cerinţele fiecărei zone, prin reglarea pe circuitul de aer, de apă sau de agent frigorific (sisteme VRV). Sistemele multizonale se clasifică după mai multe criterii. Sistemele de climatizare numai aer pot funcţiona cu debit de aer constant sau variabil (sisteme VAV). In funcţie de presiunea aerului din sistem, instalaţiile numai aer pot fi de joasă presiune sau de înaltă presiune. Presiunea înaltă este rezultată din viteza ridicată adoptată pentru circulaţia aerului în sistem. După numărul de conducte de aer pentru circuitul de introducere, sistemele pot fi cu o conductă sau cu două conducte de aer. Pentru a răspunde cerinţelor diferitelor zone termice, sistemele numai aer multizonale cu o conductă de aer sunt prevăzute cu baterii de încălzire şi/sau baterii de răcire zonale. Sistemele cu două conducte de introducere sunt prevăzute cu aparate de amestec; aceste aparate pot fi locale (pentru fiecare încăpere) sau zonale (să deserveascăo zonă termică). 66

68 Sistemele de climatizare aer apă pot funcţiona numai cu aer recirculat (decuplate de ventilare) sau cu aer proaspăt şi recirculat. După numărul conductelor de apă, sistemele de climatizare aer apă pot fi cu două, trei sau patru conducte. După tipul aparatelor terminale, sistemele pot fi cu ventiloconvectoare sau cu aparate care folosesc principiul ejecţiei (ejectoare sau grinzi de răcire). Reglarea aparatelor terminale se poate face pe partea de aer sau de apă. In fig. III.2.1 este prezentată schema de clasificare a sistemelor centralizate, multizonale de climatizare. In funcţie de mişcarea aerului din încăperile ventilate/climatizate/condiţionate care determină modul în care sunt preluaţi poluanţii interiori şi eficienţa proceselor de transfer în interior, ventilarea/climatizarea se face prin procese de amestec turbulent, prin mişcare de tip piston sau prin deplasare. AER - APA NUMAI AER sisteme cu presiune joasă sau înaltă cu sau fără aer primar (proaspăt) sisteme cu debit de aer constant sau variabil cu 2, 3 sau 4 conducte de apă caldă sau/şi rece) cu 1 canal de aer (cald sau rece) cu 2 canale de introducere : cald+rece cu reglare pe partea de apă sau de aer - cu baterii de încalzire zonale - cu baterii de încalzire şi răcire zonale - cu ventilatoare zonale - cu 1 ventilator de refulare - cu 2 ventilatoare de refulare cu ventilo - convectoare cu ejectoare (inclusiv grinzi de răcire) Fig. III.2.1 Schema de clasificare a sistemelor centralizate, multizonale de climatizare 67

69 III.2.1 Calculul debitelor de aer pentru ventilare naturală şi mecanică Calculul are drept scop determinarea debitelor reale de aer de ventilare din clădiri, necesare la evaluarea consumurilor de energie, a sarcinilor de răcire/încălzire, a confortului termic şi a calităţii aerului interior. Metoda se aplică la: - clădiri ventilate mecanic (sisteme cu un circuit: evacuare sau introducere mecanică sau cu două circuite: evacuare şi introducere mecanică vezi clasificare III.3); - evacuare naturală prin canale/coşuri de ventilare (conducte de aer pasive); - sisteme hibride care comută în funcţionare naturală/mecanică; - aerisire prin deschidere manuală a ferestrelor. Debitele de aer reale, stabilite pentru instalaţiile de ventilare mecanică, pot fi utilizate şi la calculul consumului de energie în instalaţiile de climatizare ( III.3), la nivelul bilanţului centralei de tratare a aerului CTA şi pentru stabilirea consumui de energie a ventilatoarelor. Nu fac obiectul metodelor de calcul expuse în acest paragraf: - debitul de aer necesar, pentru evacuarea fumului în caz de incendiu; - debitele din sistemele de ventilare industrială. Debitele de aer sunt calculate pentru întreaga clădire sau pentru o zonă a clădirii. O clădire poate fi separată în diferite zone în situaţia în care: - părţi ale clădirii (zone) sunt racordate fiecare la un sistem de ventilare propriu; - zonele pot fi considerate ca independente din punct de vedere al transferului de aer (nu există transfer de aer între zone) Calculul corect se bazează pe bilanţul masic de aer uscat din zona sau clădirea considerată. Pentru simplificare, se permite şi bilanţul volumic de aer. Bilanţul masic de aer este obligatoriu pentru sistemele de încălzire cu aer cald şi pentru sistemele de climatizare, datorită diferenţelor mari de densitate dintre aerul introdus de sisteme şi aerul interior. Datele de intrare: - debitele de aer de calcul pentru ventilare - caracteristicile debit-presiune ale orificiilor de ventilare sau ale neetanşeităţlor prin care se infiltrează aer. Debitele de calcul, necesare pentru asigurarea calităţii aerului interior (limitarea concentraţiilor de poluanţi şi a expunerii maxime admise) se stabilesc în conformitate cu normativele naţionale (I5). In lipsa acestora, se pot utiliza valorile din anexa III.2 E??. Datele de ieşire sunt debitele de aer ce intră sau ies din clădire prin : - neetanşeităţi; - orificii de ventilare; - ferestre deschise; - sistemul de ventilare, inclusiv neetanşeităţile conductelor/canalelor de aer. In general, calculul debitelor de aer ce traversează anvelopa clădirii cuprinde următoarele etape: - stabilirea relaţiilor de calcul pentru debitele de aer, pentru o presiune interioară de referinţă, - calculul presiunii interioare de referinţă pe baza bilanţului masic de aer pentru debitele care intră şi ies din clădire, - calculul final al debitelor de aer, corespunzătoare presiunii interioare de referinţă stabilite. Convenţional, se notează cu valori pozitive debitele de aer ce intră în clădire şi negative cele care ies din clădire. 68

70 Divizarea clădirii în zone se bazează pe următoarele considerente: - zonele trebuie să fie independente aeraulic (între care se poate neglija transferul aeraulic); - fiecare zonă independentă este conectată la o zonă comună (hol, casa scării) Figura III.2.1 Schema de calcul pentru debitele de aer în ipoteza divizării clădirii în mai multe zone interioare Schema generală a acestei ipoteze de calcul este reprezentată în figura III.2.1. Zonele haşurate sunt cele comune (hol, casa scării etc); săgeţile indică debitele de aer dinspre/spre exterior sau dintre zonele independente aeraulic şi cele comune. Debitele de aer se calculează pentru următoarele procese: - ventilare mecanică; - ventilare naturală cu un circuit de evacuare (conducte pasive) pentru clădiri rezidenţiale sau nerezidenţiale mici; - infiltraţii/exfiltraţii de aer prin neetanşeităţi (fisuri); - debite de aer pentru combustie în clădiri rezidenţiale şi nerezidenţiale; - debite de aer realizate prin deschiderea ferestrelor; - toate procesele - debitul total de aer de ventilare. - Pentru toate tipurile de aplicaţii s-a ales soluţia de rezolvare implicită. Soluţiile explicite se folosesc numai când valoarile anumitor mărimi sunt cunoscute pentru aplicaţia respectivă. Metoda de calcul iterativă este utilizată pentru a calcula debitul de aer al unei centrale de ventilare sau debitul care trec prin orificiile şi neetanşeităţile din anvelopa clădirii în condiţiile în care sunt cunoscute: - climatul exterior (vânt şi temperatură); - condiţiile interiore (temperatura); - funcţionarea sistemului. III Calculul ventilării mecanice Acest calcul se bazează pe debitul de aer necesar (introdus q v, nec ref sau evacuat q v, nec ev ) în fiecare încăpere, stabilit conform normelor naţionale (Normativ I.5), în ipoteza unui sistem de ventilare de tip amestec complet. Pentru a transforma acest debit în debitul ventilatorului, trebuie luaţi în considerare următorii coeficienţi de corecţie: 69

71 1) C util : coeficient de utilizare corespunzător poziţiei pornit (C util =1) sau oprit (C util =0) a ventilatorului. 2) ε V : eficienţa ventilării 3) C contr : coeficient ce depinde de sistemul local de control al debitului de aer 4) C sist : coeficient ce depinde de imperfecţiunile componentelor sistemului (ajustare, instalare, etc.) 5) C pierd : coeficient ce depinde de pierderile de aer din conductele de transport şi din centrala de ventilare (de tratare a aerului) CTA 6) C rec : coeficient de recirculare, în special pentru sistemele VAV (cu volum de aer variabil) Coeficientul C util descrie starea de funcţionare ( pornit sau oprit ) a ventilatorului. El depinde de scopul instalaţiei de ventilare: consum redus de energie, igienă, asigurarea calităţii aerului şi de obişnuinţele ocupanţilor. Din considerente igienice, instalaţia ar trebui pornită înainte de începerea perioadei de ocupare în scopul curăţirii aerului interior de poluanţii acumulaţi în perioada de neocupare şi oprită la câtva timp după plecarea ocupanţilor, în vederea diluării poluanţilor acumulaţi. Din considerente energetice, se poate utiliza ventilarea pentru răcirea nocturnă. Eficienţa ventilării ε v este mărimea care exprimă relaţia existentă între concentraţia de poluant din aerul introdus, cea din aerul evacuat şi concentraţia interioară din zona ocupată a încăperii. Eficienţa se calculează pe baza relaţiei: C = C ev int r ε v (III.2.1) Ci Cint r unde : C ev concentraţia de poluant în aerul evacuat din încăpere, C intr concentraţia de poluant în aerul introdus în încăpere, C i concentraţia de poluant în interior, în zona ocupată. Această mărime depinde de concentraţia din aerul evacuat şi de cea din zona de ocupare. Pentru sisteme de ventilare eficiente (de exemplu sisteme prin deplasare), eficienţa poate avea valori supraunitare. In lipsa unor date specifice se poate considera ε v =1, valoare care corespunde sistemelor de tip amestec complet. Coeficientul de control local al debitului de aer C cont trebuie calculat în funcţie de eficienţa sistemului de control al instalaţiei. Pentru sistemele de ventilare cu volum de aer variabil, coeficientul C cont (<1) reprezintă raportul dintre debitul de aer introdus sau evacuat la un moment dat de instalaţie q intr (sau q ev ) şi debitul necesar q Vnec intr (sau q Vnec ev ), (valoare considerată în proiectul instalaţiei). Coeficientul de permeabilitate a conductelor (canalelor) de aer se calculează în funcţie de pierderile de aer din conducte/canale: (III.2.2) în care: q V,pierd_cond debitul de aer exfiltrat (pierdut) din conductă în lungul traseului de distribuţie (m 3 /h); A cond aria laterală a conductei de transport (m 2 ); dp cond diferenţa de presiune dintre aerul din conductă şi aerul exterior (Pa) cu următoarele particularizări: 70

72 - pentru conducta de refulare, dp cond se consideră ca media dintre diferenţa de presiune măsurată la ieşirea din centrala de ventilare şi diferenţa de presiune măsurată înainte de ieşirea aerului din gura de refulare; - pentru conducta de aspiraţie, dp cond se ia ca media dintre diferenţa de presiune măsurată după intrarea aerului în gura de aspiraţie şi diferenţa de presiune măsurată la intrarea în centrala de ventilare K etanşeitatea conductei (canalului) de aer (m 3 /s.m 2 ) pentru o diferenţă de presiune de 1 Pa determinată conform EN (pentru conducte circulare) şi SR EN 1507 (conducte rectangulare). (III.2.3) Această ecuaţie poate fi aplicată atât pentru debitul refulat, cât şi pentru cel aspirat sau evacuat. Pentru calculul ariei canalului se recomandă standardul SR EN 14239a. In lipsa unor valori rezultate din teste, etanşeitatea conductei de aer şi debitul exfiltrat se pot stabili conform tabelului III.2.1. Coeficientul de permeabilitate la aer al centralei de ventilare C pierdcta, este exprimat prin: (III.2.4) unde debitul care se pierde în centrală, q V,pierd CTA se determină cf. SR EN Coeficient de permeabilitate la aer al centralei şi a conductelor corespunzătoare, se calculează în funcţie de montajul său la interior sau la exterior. Astfel: Dacă centrala de ventilare este amplasată la interior atunci: C pierd,int = C pierd cond C pierd CTA şi _ C pierd,ext = 1 (III.2.5) Dacă centrala de ventilare CTA este amplasată la exterior atunci: în care: R cond C C pierd, int pierd ext A = 1 1+ Rcond int 1+ (1 Rcond int ( C pierd cond ) )( C pierd cond ) C pierd CTA, = 1 (III.2.6) cond int int = (III.2.7) A cond unde A cond int reprezintă aria laterală a conductelor situate la interior. Pentru un calcul rapid se pot considera valorile din tabelul III.2.2. NOTA: la stabilirea debitelor de aer la ventilatoare, pierderile de aer ale conductelor de transport ale aerului şi CTA-urilor trebuie adăugate la suma debitelor proiectate pentru refulare/aspiraţie din încăperile ventilate. 71

73 Tabelul III.2.1 Pierderi de aer din conductele de ventilare K q V,pierd cond /q V în lipsă = 2,5 x clasa A 6.75 x clasa A 2.7 x clasa B 0.9 x clasa C sau > 0.3 x Tabelul III.2.2 Pierderi de aer în CTA K q V,pierd CTA /q V în lipsă = 2,5 x clasa 6.75 x L3 clasa L3 2.7 x clasa L2 0.9 x clasa L1 sau < 0.3 x Coeficientul de recirculare C rec. Acest coeficient (>1) este utilizat pentru sistemele cu debit de aer variabil, tip VAV cu recirculare. In cazul utilizării unor debite de aer variabile în încăperile climatizate şi a aerului recirculat în CTA, coeficientul de recirculare C rec ţine cont de necesitatea ca în fiecare încăpere să fie asigurat debitul minim de aer proaspăt. Daca q v,nec,i este debitul minim de aer proaspăt necesar pentru încăperea i si q v,ref,i este debitul volumic total refulat în aceeaşi încăpere i, se poate calcula şi impune o valoare C rec dată prin relaţia: q v, nec, i C = rec 1 max (III.2.8) qv, ref, i In scopul de a menţine un nivel de poluare echivalent în toate încăperile climatizate de acelaşi sistem de ventilare, se poate impune o valoare a C rec dată de relaţia : C rec = i 1 q v, nec, i (III.2.9) qv, ref, i i 1+ q v, nec, i 1 max i qv, ref, i Pe baza coeficienţilor enumeraţi, se determină debitele reale de aer de ventilare, după cum urmează: Debitul de aer refulat si evacuat pe cale mecanică din zona ventilată Aceste două debite se calculează cu relaţiile: - debitul de ventilare refulat (introdus) în zona de calcul, q v,ref = ( q v,nec ref C cont C pierd cond ref C rec ) / ɛ v (III.2.10) respectiv: - debitul de ventilare evacuat din zona de calcul q v,ev = ( q v,nec ev C cont C pierd cond ev C rec ) / ɛ v (III.2.11) 72

74 în care: q v,ref reprezintă debitul maxim ce trebuie refulat în zona (valoare de proiect) şi q v,ev reprezintă debitul maxim ce trebuie evacuat din zona (valoare de proiect). C pierd-cond ref şi C pierd-cond ev reprezintă coeficienţii de permeabilitate a conductelor de aer pe circuitul de refulare, respectiv evacuare. Debitul de aer refulat si evacuat pe cale mecanică din centrala de ventilare Aceste două debite se calculează cu relaţii similare cu III.2.10 şi III.2.11, în care coeficienţii de permeabilitate sunt înlocuiţi cu: C pierd = C pierd,int + C pierd,ext care reprezintă pierderile de aer totale din conducte şi din centrala CTA, după cum aceasta este montată la interior sau la exterior. III Ventilarea pasivă si hibrida Scopul calculului este de a determina debitul de aer din sistem, ţinând cont de condiţiile interioare si exterioare. Un sistem de ventilare naturală cu canal (coş) de ventilare este compus din: 1. guri de introducere a aerului exterior în încăperi; 2. dispozitiv de evacuare a aerului în exterior (căciula, deflector); 3. canal de transport al aerului; 4. guri de evacuare a aerului din încăpere sau zonă Pentru determinarea debitului din sistem, se urmăreşte curgerea aerului prin dispozitive de evacuare de tip căciuli de ventilare. Dispozitivul este caracterizat de următoarele mărimi: - coeficientul de pierderi de sarcină ξ; - efectul de sucţiune datorat vitezei vântului în jurul dispozitivului, dependent de viteza vântului de referinţă v v,ref (funcţie de zona eoliană în care se gaseşte clădirea studiată) şi de viteza aerului în conducta de evacuare v cond, caracterizat de un coeficient adimensional C conform relaţiei: C ( v v ) Δp caciula v, cond = (-) (III.2.12) pdin 2 ρ aervv în care pdin = (Pa) este presiunea dinamică datorată vântului, iar v v (m/s) este viteza 2 vântului de calcul; (Pa) reprezintă diferenţa de presiune (pierderea de sarcină) la Δp caciula nivelul căciulii de ventilare, ce se poate determina cu relaţiile: 2 ρ aervcond - pentru cazul absenţei vântului (v v =0): Δ pcaciula = ξ 2 (III.2.13) 2 ρaervv, ref - pentru cazul prezenţei vântului: Δ pcaciula = C( vv, ref vcond ) 2 (III.2.14) Pentru o viteză a vântului v v,real diferită de cea de referinţă v v,ref, coeficienţii C se stabilesc pentru o viteză echivalentă în conductă: v cond x v v,real /v v,ref. Astfel, vv, real C vv, real, vcond C( vv ref v v =,, cond v, ref ) (III.2.15) Relaţiile de mai sus se aplică după cum urmează: 73

75 - se cunoaşte viteza reală a vântului v v ; - se stabileşte o viteză echivalentă în conductă: vv v cond, 1= vcond,max (III.2.16) v v, ref în care v cond,max este viteza maximă a aerului în conductă folosită la testare. Sunt posibile următoarele cazuri: 1) pentru viteze reale ale aerului în conductă mai mici decât v cond,1, se stabileşte Δp caciula cf III.2.15 şi prin interpolare între diferitele puncte obţinute în urma testării experimentale. 2) pentru viteze ale aerului în conductă mai mari ca v cond,1, se recomandă căutarea pe curbele experimentale, a unui punct v cond,2 pentru care Δ p este mai mare decât Δp caciula (vcond,1). Acest lucru se face prin încercări, luând întâi v cond,2 =2 v cond,1, apoi: v cond,2 = 3 v cond,1 etc. 3) pentru v cond situat între v cond,1 si v cond,2, valoarea lui C se obţine prin interpolare liniară între cele 2 puncte: (v cond,1 ; Δp caciula (vcond,1)) şi (v cond,2 ; Δ pcaciula (v cond,2 )) 4) pentru v cond mai mare decât v cond,2, pierderea de sarcină este corespunzătoare situaţiei Δ (0,v p caciula cond). Se poate introduce un factor de corecţie în funcţie de unghiul acoperişului şi de poziţia faţă de coamă a căciulii - figura III.2.2. caciula Fig. III.2.2 Poziţia unei căciuli de ventilare pe acoperiş si a coeficienţilor de presiune dinamica. 1. Gura de evacuare sau dispozitiv de evacuare pe acoperiş (căciula ventilare) 2. Inălţimea de amplasare a dispozitivului deasupra coamei acoperişului 3. C p pentru căciula de ventilare C p,căciula 4. C p mediu pe înălţime C p,inalt (corecţie pentru poziţionarea căciulii deasupra acoperişului) 5. C p la nivelul coamei acoperişului C p,acop 6. Panta acoperişului 7. Conducta de evacuare a aerului pe acoperiş Coeficientul de presiune datorat vântului la nivelul dispozitivului de evacuare se obţine prin însumarea celor trei coeficienţi de presiune definiti anterior: C p =C p,căciula +C p,inalt +C p,acop (III.2.17) C p,inalt (corecţia de înălţime) este dată în tabelul III

76 Tabelul III.2.3 Corecţii de înălţime Inaltimea căciulii de ventilare C p,inalt (-) deasupra coamei acoperişului < 0,5 m - 0,0 0,5 1,0 m -0,1 > 1 m -0,2 Căderea de presiune în conductă (canalul de ventilare pasiv) Δp p se calculează luând în considerare rezistenţele liniare şi locale, exprimate în funcţie de debitul de aer; dacă este necesar, se pot face măsurări in situ cf. SR EN Egalând căderea de presiune cu disponibilul de presiune (Δp p = Δp căciula ), prin calcul iterativ se determină singura necunoscută - debitul de aer din canalul pasiv de ventilare q v,cond pas. III Debite de aer pentru combustie (ardere) Debitul suplimentar de aer preluat din exterior, necesar pentru funcţionarea aparatelor de încălzire cu combustie locală (gaz sau alt combustibil) având puterea instalata P (kw) trebuie calculat astfel: q v,comb = 3600 F as F f P [m3/h] (III.2.18) unde: F as factor de aparat/sistem de combustie F f factor de combustibil [m3/kj] P puterea termică a aparatului [kw] Factorul de aparat/sistem de combustie ţine cont dacă debitul de aer pentru combustie traversează sau nu încăperea; valorile pentru acest factor sunt date în tabelul III.2.4. Factorul de combustibil depinde de debitul specific de aer necesar pentru arderea tipului de combustibil utilizat (debit normalizat la temperatura interioară). Tabel III.2.4 Date pentru factorul de aparat/sistem de combustie Situaţia aerului de Situaţia gazelor Sistemul de combustie Factor de combustie evacuate utilizat aparat/sist em Aerul de combustie Gazele de ardere soba de b ucatarie este preluat din sunt evacuate în aparat functionand cu gaz 0 interior încăpere Aerul de combustie Gazele de ardere loc de combustie deschis este preluat din sunt evacuate prin (gaz) interior conducta separata aparat funcţionand cu gaz 1 către exterior conform CR 1749 tip B Aerul de combustie Gazele de ardere aparat specific funcţionand cu este preluat din sunt evacuate în gaz *) interior aceeasi conducta în care este evacuat aerul extras din încăpere pe cale mecanica Aerul de combustie Gazele de ardere aparat functionand cu gaz este preluat din sunt evacuate prin conform CR 1749 tip C exterior prin conducta separata loc de combustie închis 0 75

77 conductă separată, către exterior (lemn, carbune sau alternativ) izolata fata de încăpere *) NOTA: Considerat ca sistem mecanic de evacuare, dar cu volum de aer variabil, depinzând de sistemul de evacuare şi de tipul de aparat de combustie III Calculul debitelor de aer infiltrat/exfiltrat prin orificii şi fisuri (metoda iterativă) Debitele de aer sunt determinate de orientarea şi înălţimea la care este amplasat fiecare element aeraulic (orificiu, fisură) precum şi de caracteristicile clădirii, zonei şi de gradul de adăpostire al acestora. Fiecare component aeraulic al anvelopei exterioare este caracterizat prin: - coeficientul de presiune dinamică C p,comp şi - înălţimea sa faţă de planul 0 al zonei considerate h comp Val ori ale coeficientului C p,comp pentru diferite poziţii ale orificiilor de ventilare sunt date în tabelul III.2.5. Diferenţa de presiune la nivelul acestui component se scrie ca o diferenţă între presiunea exterioară şi presiunea interioară de o parte şi de alta a componentului aeraulic: dp comp = P ext, comp P int, comp (III.2.19) în care: 1 2 Te, ref P = ext, comp ρaer, ref C p, compvv hcompg (III.2.20) 2 Te Ti, ref Pint, comp = Pint, ref ρ aer, ref hcomp g (III.2.21) T în care: i P ext, comp : presiunea exterioară la nivelul componentului aeraulic (Pa); Pint, comp : presiunea interioară la nivelul componentului aeraulic (Pa); : presiunea interioară de referinţă (Pa); P int, ref T, e ref : temperatura exterioară de referinţă, egală cu K; Te : temperatura exterioară reală măsurată, funcţie de ora zilei şi localitatea respectivă; T i, ref : temperatura interioară de referinţă, egală cu K; Ti : temperatura interioară reală măsurată, în funcţie de oră; ρ : densitatea de referinţă a aerului, egală cu 1,2 kg/m 3 aer, ref (la K), în funcţie de care se aplică corecţiile necesare. Fiecare component aeraulic al anvelopei exterioare, supus unei diferenţe de presiune va fi traversat de un debit de aer volumic care se calculează cu relaţiile: 76

78 v, inf Cinf semn ( dpcomp ) dpcomp q = (III.2.22) pentru debite exfiltrate/infiltrate prin fisuri sau neetanşeităţi ale anvelopei, respectiv: v, inf Cinf semn ( dpcomp ) dpcomp 0.5 q = (III.2.23) pentru debite care pătrund prin orificii mari din anvelopă. Această ultimă ecuaţie poate fi înlocuită cu o alta mai precisă, în cazul în care componentul a fost testat conform normei SR EN (pentru debitul prin deschideri). Rezolvând iterativ ecuaţia de bilanţ de debite: qv,int + q v,ev + q v,comp + q v,cond paspas + q v,comb = 0 (III.2.24) unde singura necunoscută este presiunea internă de referinţă p ref, se determina valoarea acestei presiuni. Debitul real de aer care traversează fiecare component (deschidere) se calculează cu relaţiile (III.2.22) şi (III.2.23), folosind diferenţele de presiune faţă de presiunea de referinţă calculată. Tabelul III.2.5 Valori ale coeficientului de presiune dinamică C p,comp Partea de Adăpostire C p,comp faţadă Pentru Pentru Pentru acoperiş (funcţie de pantă) faţadă faţadă bătută de adăpost ită < 10º 10º - 30º > 30º vânt Joasă Medie Înaltă Neadăpostită + 0,50-0,70-0,70-0,60-0,20 Normală + 0,25-0,50-0,60-0,50-0,20 Adăpostită + 0,05-0,30-0,50-0,40-0,20 Neadăpostită + 0,65-0,70-0,70-0,60-0,20 Normală + 0,45-0,50-0,60-0,50-0,20 Adăpostită + 0,25-0,30-0,50-0,40-0,20 Neadăpostit ă + 0,80-0,70-0,70-0,60-0,20 III Calculul debitului de aer prin deschiderile ferestrelor (aerisire) Pentru o fereastră amplasată pe o singură faţadă a încăperii de calcul (absenţa unei ventilări transversale) debitul volumic pătruns prin fereastră q F [m 3 /h] este: q F 0,5 3 F v =.6*500* A * v, (III.2.25) în care v (viteza vântului, în m 3 v /h) se exprimă prin relaţia: v = C + C * v + C * H * T T (III.2.26) v t v ref tt F în care: AF: aria ferestrei (m 2 ); C t =0,01 coeficient funcţie de turbulenţa vântului; C v =0,001 coeficient funcţie de viteza vântului; i e 77

79 C tt =0,0035 coeficient funcţie de efectul tirajului termic (presiunii termice); v ref : viteza de referinţă a vântului măsurată la 10m înălţime deasupra solului; Ti: temperatura interioară (K); T e : temperatura exterioară (K). Raportul dintre debitul de aer cu fereastra parţial deschisă şi debitul de aer cu fereastra complet deschisă se calculează în funcţie de unghiul de deschidere şi este independent de raportul dintre lăţimea şi înălţimea ferestrei: C q ( α) F k ( α ) = (III.2.27) qf Acest raport se poate aproxima cu un polinom în funcţie de unghiul α : C k ( α ) = 2.6 *10 * α 1.19 *10 * α *10 * α (III.2.28) cu condiţiile la limită: k α α=180 (fereastra complet deschisă). C ( ) =0 pentru α=0 (fereastra complet închisă) şi ( α ) Ca alternativă, se poate folosi un calcul simplificat, după cum urmează: C k =1 pentru Atunci când criteriul de deschidere a ferestrei este îmbunătăţirea calităţii aerului interior, se consideră că utilizatorii recurg la un comportament în sensul măririi debitului de aer prin ferestre, faţă de cel reglementat. Relaţia III.2.29 ţine cont de acest comportament: q F = Caerisire * max( qvnec int r, qvnec ev ) (III.2.29) Coeficientul C aerisire ţine cont de frecvenţa şi perioada diurnă a deschiderii ferestrei de către ocupanţi, precum şi de gradul diurn de ocupare al încăperii în care se află fereastra respectivă. Acest coeficient trebuie definit pentru fiecare situaţie în parte, în special dacă ventilarea naturală prin deschiderea ferestrelor se consideră un sistem de ventilare separat şi autonom. III.2.2. Calculul temperaturii interioare în perioada de vară Determinarea temperaturii care se realizează în interiorul unui local în perioada de vară, în absenţa sistemului de climatizare (răcire), are drept scop stabilirea necesităţii utilizării unei instalaţii de climatizare (răcire) pentru asigurarea confortul termic al ocupanţilor. III Ipoteze şi model de calcul Ipotezele principale luate în considerare pentru calcul sunt: - temperatura aerului este uniformă în întreg volumul încăperii - temperatura medie de radiaţie este calculată ca media ponderată cu suprafeţele a temperaturilor superficiale pentru fiecare element de construcţie interior - coeficienţii de transfer de căldură prin convecţie şi prin radiaţie (lungime de undă mare) pentru fiecare suprafaţă interioară, sunt consideraţi separat, având valorile: convecţie la interior h ci = 2,5 W/m 2 K, radiaţie la interior (lungime de undă mare) h ri = 5,5 W/m 2 K, convecţie la exterior h ce = 8 W/m 2 K, radiaţie (lungime de undă mare) la exterior h re = 5,5 W/m 2 K. Calcul se bazează pe un model de analogie electrică a proceselor de transfer termic care au loc la interiorul şi la exteriorul unei clădiri (fig. III.2.3). Elementele anvelopei sunt grupate în 78

80 funcţie de inerţia termică, de transparenţă şi de poziţie în: elemente exterioare opace uşoare, elemente exterioare opace grele şi elemente transparente (ferestre, luminatoare, uşi vitrate). De asemenea, pentru efectuarea bilanţului termic al încăperii/zonei, sunt introduse elementele de construcţie interioare care au rol capacitiv. Fig. III.2.3 Schema de calcul pentru transferul de căldură prin elementele de construcţie ale încăperii (analogie electrică) In model apar, ca într-o reţea electrică, noduri şi circuite. Mărimile analoge sunt: potenţial electric temperatură, tensiune diferenţă de temperatură, curent (intensitate) flux de căldură, rezistenţă electrică rezistenţă termică şi capacitate electrică respectiv capacitate termică. In nodurile de calcul din fig. III temperaturile analoge potenţialelor electrice sunt următoarele: θ ei temperatura aerului exterior θ es, θ em temperatura echivalentă a aerului exterior pentru elementele exterioare u şoare, grele (din punct de vedere al inerţiei termice) şi vitrate θ s temperatura superficială (media dintre temperatura aerului şi temperatura medie de radiaţie, ponderată prin intermediul coeficienţilor de transfer termic prin convecţie şi radiaţie) θ m temperatură de masă (inerţială) θ i temperatura aerului interior Rezistenţele termice (K/W) şi capacităţile termice (J/K) din fig. III.2.3 sunt notate prin: R ei rezistenţa termică corespunzătoare ventilării; R es, R em rezistenţa termică a elementelor exterioare uşoare, respectiv grele; R is, R ms - rezistenţa termică dintre suprafeţele interioare şi aerul interior; C m capacitatea termică medie zilnică a elementelor de construcţie ale încăperii. Fluxurile de căldură considerate sunt corespunzătoare nodurilor ce au temperaturile θ i, θ s şi θ m : Φ i, Φ s, Φ m - fluxul de căldură în nodul de temperatură θ i, respectiv θ s şi θ m datorat surselor interioare şi/sau radiaţiei solare directe (cf. III.2.50, III.2.51 şi III.2.52) Algoritmul de calcul utilizează schema Crank-Nicholson pentru un pas de timp Temperaturile θ m,t şi θ m,t-1 care sunt calculate la momentele de timp t şi t-1; astfel: de o oră. 79

81 cm θ m, t 1 0,5( H 3 + H em ) + Φ mtot 3600 θ = (III.2.30) m, t cm 0,5( H 3 + H em ) 3600 θm, t + θm, t 1 şi θ m = (III.2.31) 2 Din schema analogică rezultă: Φ i H msθ m + Φ s + H esθ es + H1 θei + H ei θ s = (III.2.32) H + H + H H θ + Φ ( ) ms + H θ es 1 is s i ei ei θ i = (III.2.33) ( His + H ei ) Se calculează temperatura operativă pe baza căreia se analizează realizarea condiţiilor de confort termic: h ci hci θi θs θi h rs hrs θ op = (III.2.34) 2 unde: h rs = 1,2 h ri şi: 1 1 H1 = ; H = H 1 + H es ; H = H ei H is + H 2 H ms Φ mtot = Φ m + H em θ em + H 3 Φ s + H Φ i θes + H1 H ei + θei H es 2 Transmitanţele H sunt calculate ca inversele rezistenţelor R; formulele de calcul vor fi detaliate la III III Metodologia de calcul Etapele principale ale calcului sunt următoarele: - definirea condiţiilor climatice de calcul (o zi tip, de referinţă, cu valori orare de temperatură şi de radiaţie solară pentru perioada de vară) - stabilirea elementelor de construcţie care delimitează încăperea studiată (suprafeţe, orientare, caracteristici termofizice) - definirea scenariului de ventilare (debit de aer constant sau variabil în timp; de exemplu mărirea debitului pentru supraventilarea nocturnă pentru destocarea căldurii acumulate) - calculul degajărilor de căldură de la surse interioare (constante sau variabile pe perioada de calcul, după un scenariu care corespunde utilizării încăperii) - evaluarea oră de oră a temperaturii operative - determinarea temperaturii interioare convenţionale a încăperii/zonei neclimatizate în perioada de vară, pe baza valorilor de temperatură operativă. 80

82 Calculul temperaturilor (III III.2.34) trebuie repetat de mai multe ori, în aceleaşi condiţii de solicitare interioară şi exterioară, până când este respectat criteriul de convergenţă pentru temperatura interioară (diferenţa dintre temperatura θ m la ora 24, pentru două iteraţii succesive este mai mică de 0,01 C). Pentru efectuarea calculelor sunt necesare o serie de date referitoare la elementele de construcţie, cuprinse în tabelul III.2.6 Tabel III.2.6 Date pentru efectuarea calculelor (elemente de construcţie) Tip element de Mărime construcţie Coeficient global de transfer termic (transmitanţă termică) Elemente exterioare [W/m 2 K] opace uşoare şi Factor solar grele (din punct de Radiaţie solară globală incidentă [W/m 2 ] vedere al inerţiei) Arie [m 2 ] Coeficient global de transfer termic (transmitanţă termică) [W/m 2 K] Factor solar (radiaţie de lungime de undă mică) Factor solar pentru radiaţia de lungime de undă mare + Elemente exterioare convecţie transparente Factor solar (pentru lama de aer interioară ventilată dacă este cazul) Factor de reducere a radiaţiei solare datorată umbririi Radiaţie solară globală incidentă [W/m 2 ] Arie [m 2 ] Toate elementele Capacitatea termică specifică (raportată la suprafaţă) exterioare şi Arie [m 2 ] interioare Punţi termice Transmitanţa [W/m K] Lungimea [m] Debit de aer de ventilare (număr orar de schimburi) [h -1 ] Încăpere Volum încăpere [m 3 ] Notaţie U S f I sr A U S b1 S b2 S b3 f s I sr A C A ψ l n V In continuare se detaliază mărimile care intervin în ecuaţiile III III.2.34: coeficienţii de transfer de căldură: - coeficientul de transfer de căldură datorat ventilaţiei (transmitanţa): Hei = 0, 34qv (III.2.35) unde q v (m 3 /h) reprezintă debitul volumic de aer de ventilare. - Transmitanţa H is = 1/R is : H is At = 1 1 hci his (III.2.36) 81

83 es c unde h is = hci + hrs ; A t = A i - suprafaţa totală a elementelor interioare i= 1 - Transmitanţa H es = 1/ R es pentru componentele opace exterioare uşoare - H Tu şi ferestre - H Tf: H = H + H (III.2.37) Tu Tf H Tu = l m w ( AkU k ) + Ψklk ; HTf = ( AjU j ) k= 1 k= 1 j= 1 ms - Transmitanţa H ms = 1/ R ms ; H = h A (III.2.38) is m unde A m se determină cu relaţia III Transmitanţa H em = 1/ R em ; H em = 1 H Th 1 1 H ms (III.2.39) h cu HTh = ( AyU y )+ Ψkl k ; HTh pentru componente exterioare opace grele. y= 1 v k= 1 Capacitatea termică echivalentă a încăperii C m, se determină luând în considerare o perioadă de 24 de ore şi ţinând cont de inerţia mobilierului, cu o valoare de 20 kj/m²k de suprafaţă pe sol: c i= 1 ( AC i i ) + Asol Cm = 20 (III.2.40) unde: C i - capacitatea utilă zilnică a componentului i, A i - suprafaţa componentului i, c - numărul de componente ce delimitează spaţiul interior, A sol - suprafaţa utilă a încăperii/zonei. Suprafaţa echivalentă de transfer de căldură A m este determinată cu relaţia: Am C 2 = m c A C 2 i i i= 1 (III.2.41) Valorile pentru C m şi A m pot fi determinate din tabelul III.2.7, în funcţie de clasa de inerţie a clădirii/zonei: Observaţie: toate însumările se fac pentru numărul de elemente indexate. 82

84 Tabel III.2.7 Valori convenţionale pentru C m şi A m Clasa de inerţie C m A m Foarte uşoară 80*A sol 2,5*A sol Uşoară 110*A sol 2,5*A sol Medie 165*A sol 2,5*A sol Grea 260*A sol 3,0*A sol Foarte grea 370*A sol 3,5*A sol temperaturi exterioare echivalente: Φ = θ + sl θ es ei (III.2.42) H es Φ sh θ em = θei + (III.2.43) HTh Unde: Ф sl - fluxul de căldură transmis încăperii, datorat radiaţiei solare incidente şi radiaţiei reci (spre bolta cerească) pentru componentele uşoare (opace şi transparente), este: Φ sl = l k= 1 A S f I sr q eru + he k + w j= 1 A S b2 I sr q eru + he j (III.2.44) Ф sh - fluxul de căldură transmis încăperii, datorat radiaţiei solare şi radiaţiei reci (spre bolta cerească), pentru componentele grele este: Φ sh = h y= 1 A S f I sr q eru + he y Radiaţia solară incidentă la nivelul suprafeţelor exterioare este: I = f I + I + I sr s D d r (III.2.45) unde: f s factorul de reducere a radiaţiei solare directe datorită umbririi I D componenta directă a radiaţiei solare I d componenta difuză a radiaţiei solare I r componenta reflectată a radiaţiei solare I r = (I Dh + I di ) x alb x 0,5 (1-cosβ) I Dh radiaţia directă orizontală, I di radiaţia difuză izotropă (tabel III.2.8), alb albedoul solului (alb = 0,2 pentru sol asfaltat) q er radiaţia către bolta cerească q er = - 70 x cosβ (β unghiul de inclinare a suprafeţei faţă de orizontală) h e = 13,5 W/m 2 K Tabel III.2.8 Radiaţia difuză izotropă pentu luna iulie, latitudine 45 0 N ora I di (W/m 2 ) ora I di (W/m 2 ) ora I di (W/m 2 ) ora I di (W/m 2 )

85 fluxul de căldură în nodurile de temperatură: Φ sd Fluxul de căldură datorat radiaţiei solare directe la nivelul elementelor transparente se determină cu relaţia: = w [ y= 1 AS b1 I sr ] y ] (III.2.46) Fluxul de căldură datorat radiaţiei solare transmis încăperii datorită creşterii temperaturii aerului ce trece prin straturile de aer ventilate din ferestre, se determină cu relaţia: Φ svl = w [ j= 1 unde: AS 3 I (III.2.47) b sr j Fluxul de căldură datorat surselor de căldură interioare se determină: n - fluxul convectiv: Φ = Φ (III.2.48) i, c n j= 1 i, c, j - fluxul radiativ: Φ = Φ (III.2.49) i, r j= 1 i, r, j n numărul de surse interioare de căldură Φ fluxul de căldură convectiv al fiecărei surse i, c, j Φ fluxul de căldură radiativ al fiecărei surse i. r. j Fluxurile de căldură în nodurile de temperatură se determină cu relaţiile: Φ = Φ + Φ + Φ (III.2.50) i svl fsa sd int c s rs ( 1 fsa ) Φ sd + PrsdΦint r ( 1 fsa ) Φ sd + PrmdΦ r Φ = P (III.2.51) Φ = P (III.2.52) m rs rm int P rs şi P rm reprezintă componentele radiative ale aporturilor interioare în nodurile θ s şi θ m. ( At Am H es his ) At P = / P = A θ m P P rm rsd rmd m A t P rsd şi P rmd reprezintă componentele radiative ale aporturilor solare directe în nodurile θ s şi ( At Am Af H es his ) At Af = / / (III.2.53) m ( A A ) = A (III.2.54) t f unde A f este suprafaţa totală a elementelor vitrate: w A f = A j j= 1 In ecuaţiile de mai sus, notaţiile corespund următoarelor mărimi: l numărul total de elemente interne uşoare h numărul total de elemente opace grele w numărul total de elemente vitrate f s factor de umbrire datorat protecţiilor solare f sa partea aporturilor solare transmise direct aerului din încăpere; f sa = 0,1 q er flux specific de căldură de la exterior spre bolta cerească Celelalte mărimi au fost definite în tabelul III.2.6 şi pe parcursul calculului. 84

86 III Stabilirea temperaturii interioare a unei încăperi neclimatizate, în perioada de vară Determinarea acestei temperaturi permite efectuarea de analize privind supraîncălzirea încăperilor pe perioada sezonului cald şi oportunitatea prevederii unui sistem de climatizare. Temperatura interioară convenţională a unei încăperi neclimatizate în perioada de vară este considerată ca fiind valoarea maximă a mediei pe trei ore consecutive a valorilor temperaturii operative calculată cu relaţia III.2.2.5, corectată cu o valoare de reducere D. tic = maxh= 1, 24[ ( θ op ( h) + θop ( h + 1) + θop ( h + 2) ) 3) ] D (III.2.55) h Factorul de reducere D ţine seama de influenţa inerţiei termice a clădirii. Astfel: ( 1+ 4,76 10 C ( 1 B ) ) 1 D = 0,75E ( ) (III.2.56) 1+ 4,76 10 C unde: E ecart de temperatură între temperatura medie a zilei tip de calcul şi media lunară 1 B1 = (III.2.57) 1 + R H ( ) ms C = 0,278Cms / H - constantă de timp secvenţială a volumului studiat (încăpere), cu: C ms - capacitate termică secvenţială ce caracterizează amortizarea temperaturii în perioada de vară pe o perioadă de 12 zile, H - fluxuri de căldură medii prin pereţi şi prin ventilare: H = Hth + Hes + Hei Temperatura interioară convenţională trebuie determinată cu o precizie de 0,1 C, prin rotunjirea valorii obţinute la valoarea cea mai apropiată. 85

87 III.3 Scheme logice pentru determinarea perfomanţei energetice a clădirilor echipate cu sisteme de climatizare III.3.1 Conţinut general, scheme logice şi diagrame energetice Necesarul de energie pentru răcirea clădirilor se poate calcula prin metode cu grade de precizie diferite. Astfel se poate utiliza o metodă de calcul sezonieră, lunară, orară simplificată sau orară detaliată. Metodología de calcul a performanţei energetice a clădirilor - MC 002 detaliază metoda de calcul lunară şi cea orară simplificată, care se aplică la clădiri rezidenţiale sau nerezidenţiale climatizate, fără controlul umidităţii interioare. In aceste metode se ia în considerare numai căldura sensibilă, nu şi cea latentă. Scopul calculului este de a determina energia necesară răcirii clădirilor pentru asigurarea unei temperaturi interioare prescrise, precum şi al energiei consumate de sistemul de climatizare în acest scop. Aceste determinări sunt necesare pentru rezolvarea următoarelor tipuri de aplicaţii: a) aprecierea măsurii în care sunt atinse obiectivele energetice reglementare existente (ex. indici de proiectare); b) compararea performanţelor energetice pentru diverse variante de proiectare, pentru o clădire nouă sau evaluarea efectului implementării unor măsuri de conservare a energiei la o clădire existentă; c) propunerea unui nivel standard, privind performanţa energetică a clădirilor existente (indici de evaluare); d) predicţia necesarului de resurse energetice la nivel regional, naţional sau internaţional, prin calculul energiei consumate de clădiri reprezentative din fondul construit existent; e) acţiuni de audit şi certificare energetică care să conducă la măsuri de economisire a energiei. Se menţionează că în conformitate cu Legea 372/2005 şi cu normativele MC, prin climatizare se înţelege procesul prin care se asigură o temperatură controlată în clădiri, inclusiv în perioada caldă a anului, când apare necesitatea răcirii pentru asigurarea confortului termic. Tot în cadrul MC 002 sunt descrise şi modalităţile de calcul a consumurilor de energie pentru sistemele de climatizare şi aer condiţionat, ultimele la care se controlează şi umiditatea interioară. Principiul de calcul, descris în paragrafele III.3.4 ŞI III.3.5 ale prezentului subcapitol, include bilanţurile de energie la nivelul sistemelor de climatizare, asociate cu o metodă de tip grade-zile pentru climatizare. În cele ce urmează se vor trece în revistă aceste metode, având ca scop final calculul consumurilor de energie primară aferente instalaţiei de sau climatizare. Toate metodele includ calculul următoarelor mărimi determinante pentru performanţa energetică a clădirilor climatizate: - energia necesară pentru a compensa în timp fluxul de căldură prin transmisie şi pentru ventilarea clădirii, atunci când aceasta este răcită la o temperatură interioară constantă; - contribuţia surselor interne de căldură şi a aporturilor solare la bilanţul energetic al clădirii considerate; - necesarul anual de energie pentru răcire, pentru menţinerea unei temperaturi interioare prescrise în clădire/zonă - (la nivelul clădirii); - consumul anual de energie al sistemelor de răcire utilizate - (la nivelul surselor), luând în considerare necesarul, pierderile şi recuperările de energie din sistem; - consumul auxiliar anual de energie pentru răcire şi ventilare. Modul în care diferitele posturi energetice participă în procesul de climatizare este clar ilustrat prin diagrame energetice, în care pot fi poziţionate toate intrările şi ieşirile de energie, conducând către poziţia vizată, aceea a consumului de energie primară care 86

88 alimentează sistemul. In figurile III.3.1 a) şi b) sunt reprezentate diagrame energetice pentru un sistem de climatizare numai aer în regim de răcire, iar în figura III.3.1 c) pentru sistemele aer-apă. Q surse, R Q surse, R Q S Q int ηq Tr Q S Q int ηq Tr CLĂDIRE CLĂDIRE Q R Q rec cl Q R Q R Q rec cl Q Rsist CTA Q pierd aer NIVEL CTA Q Rsist CTA Q pierd aer NIVEL CTA Q neconv CTA Q neconv CTA Q en prim R Q en prim R Q p ierd ar Q Q Rsist F Q aux Q pierd ar Q Rsist F Q aux Q en prim tot Q en prim tot SISTEM GTF Q pierd GTF SISTEM GTF Q pierd GTF a) b) 87

89 Q surse, R ηqt Q S Q int Q R R CLĂDIRE Q rec cl NIVEL CTA Q pierd aer Q Rsist Q pierd aer Q v Q neconv CTA Q en prim R Q pierd ar Q Rsist F Q aux Q en prim tot SISTEM GTF Q pierd GTF c) Fig. III.3.1 Diagrame energetice pentru climatizare a,b) pentru sistemul numai aer; a) cazul în care există pierderi de căldură ale încăperii prin transfer de căldură prin anvelopă şi prin ventilare; b) cazul în care există aporturi de căldură ale încăperii prin transfer de căldură prin anvelopă şi prin ventilare; c) pentru sisteme aer apă Notaţii: Q surse căldura totală pătrunsă în încăpere, provenită de la sursele de căldură, exterioare şi interioare, în situaţia răcirii încăperilor; Q S căldura provenită de la soare, Q int căldura degajată de sursele interioare; Q Tr căldura totală schimbată de clădire cu exteriorul, prin transfer (prin transmisie Q T şi aer de ventilare Q V ), Q rec,cl căldură evacuată la nivelul clădirii (de exemplu prin ventilare nocturnă; din punct de vedere al răcirii se poate considera o recuperare a energiei, deoarece micşorează sarcina de răcire), Q R energia necesară pentru răcirea clădirii; Q RsistCTA energia necesară pentru răcire, la nivelul centralei de tratare a aerului; Q RsistF energia necesară pentru răcire la nivelul generatorului de frig (sursei de frig); Q neconvcta energia neconvenţională utilizată pentru răcire, la nivelul centralei de tratare a aerului CTA; Q pierd aer energia consumată pentru tratarea pierderilor de aer prin neetanşeităţile conductelor şi datorită încălzirii aerului rece vehiculat în sistem; Q pierd ar energia consumată datorită încălzirii apei în reţelele de apă rece, la transport, distribuţie etc, datorită căldurii care pătrunde în sistem; Q pierdgtf pierderi în sistemul de generare a frigului, Q aux energie primară consumată pentru echipamente auxiliare (pompe, ventilatoare), care include energia suplimentară datorită pierderilor de aer din sistem, prin neetanşeităţile conductelor, Q en prim R energia 88

90 primară consumată pentru răcire, Q en prim tot energia primară totală consumată în sistem pentru climatizarea încăperii. In diagrama energetică din fig. III.3.1 s-au pus în evidenţă patru nivele la care trebuie calculate pierderile şi aporturile de energie în sisteme şi anume: - nivelul clădirii, - nivelul centralei de tratare a aerului, - nivelul sursei de frig, pe partea de agent secundar (de răcire) - nivelul sursei de frig, pe partea de agent primar (agent frigorific). La acestea se adaugă energia auxiliară necesară funcţionării pompelor, ventilatoarelor, recuperatoarelor etc. La nivelul generatorului termodinamic de frig GTF, sunt evidenţiate două intrări: pe de o parte este energia primară furnizată sistemului frigorific şi pe de altă parte este energia (căldura) absorbită de circuitul secundar care va alimenta centrala de tratare a aerului, CTA. De asemenea sunt puse în evidenţă două circuite energetice distincte: - circuitul clădire - centrală de tratare - centrală frigorifică şi - circuitul energie primară - centrală frigorifică. Diferenţa esenţială dintre cele două circuite este că în primul circuit, fluxul de energie care iese din sistem are un rol pozitiv, micşorând necesarul de răcire la fiecare nivel iar pe circuitul al doilea, energia care iese din sistem reprezintă un consum suplimentar de energie. Evaluarea la nivelul clădirii a energiei care iese din sistem (prin transfer de căldură şi prin ventilare nocturnă au fost detaliate la III La nivelul centralei de tratare a aerului, trebuie evaluate în detaliu următoarele componente energetice: - contribuţia energetică a surselor neconvenţionale, Q neconv CTA, - consumul suplimentar de energie la nivelul CTA, datorită încălzirii aerului rece pe conducte, - consumul suplimentar de energie datorită pierderilor de aer prin neetanşeităţile sistemului de transport şi distribuţie a aerului, Q pierd aer. Evaluarea contribuţiei surselor neconvenţionale trebuie să se facă cu luarea în considerare a tuturor componentelor sistemului de recuperare, inclusiv energia auxiliară suplimentară. Pierderile de aer din sistem conduc la pierderi mari de energie în sistem deoarece aerul tratat, de cele mai multe ori, nu mai ajunge în încăperi. Aceste pierderi trebuie evaluate în funcţie de clasa de etanşare a sistemului de conducte şi de locul de montaj al acestora (în interiorul sau în afara spaţiului climatizat). Pierderile de energie datorită încălzirii pe circuit a apei reci, Q pierd ar, trebuie să fie luată în considerare la nivelul circuitului secundar de răcire. Pierderile de energie ale sistemului pot include şi pierderile energetice ale clădirii datorate distribuţiei neuniforme a temperaturii şi controlului imperfect al temperaturii ambientale, dacă acestea nu au fost deja considerate în cadrul corecţiilor la temperatura interioară. Principalele date de intrare necesare pentru efectuarea calculelor sunt: - caracteristicile elementelor de anvelopă şi ale sistemului de ventilare; - sursele interioare de căldură, - date referitoare la climatul exterior; - date privind sistemul de climatizare (răcire): partiţionarea clădirii în zone de calcul; tipul de sistem pe fiecare zonă, elemente componente şi eficienţa acestora; pierderi de energie la sursele de răcire şi pe distribuţia agentului termic; sisteme de recuperarea energiei şi care utilizează surse regenerabile; debitele de aer (proaspăt, recirculat); elementele de comandă şi control pentru menţinerea parametrilor la valorile prescrise. 89

91 Principalele rezultate calculelor sunt: - durata sezonului de răcire; - necesarul de energie lunar şi anual pentru răcirea clădirilor ; - consumul de energie lunar şi anual pentru răcirea clădirilor ; - consumul de energie auxiliar pentru răcire şi ventilare; - consumul total de energie primară pentru climatizare. III.3.2 Calculul consumurilor de energie pentru răcire prin metoda lunară, pentru clădiri la care nu se realizează controlul umidităţii In metoda lunară, bilanţul de energie se scrie pentru o periodă de timp de o lună. Parametrii climatici sunt valori medii pentru luna de calcul. Calculele lunare oferă rezultate corecte la nivel anual, însă rezultatele obţinute pentru lunile de început şi sfârşit ale perioadei de răcire pot avea erori relative importante. Clădirea poate avea mai multe zone termice, cu temperaturi interioare prescrise diferite şi cu scenarii de funcţionare diferite. In cele ce urmează se prezintă calculul pentru o clădire monozonă; în cazul mai multor zone, calculul se repetă similar pentru fiecare zonă şi rezultatele se însumează după caz, la nivelul sistemelor sau zonelor, cu sau fără a lua în considerare interacţiunea dintre zone. Sistemul de răcire poate avea o funcţionare continuă sau intermitentă. Observaţie: Impărţirea clădirii în zone termice este necesară în cazul următoarelor situaţii : a) spaţiile răcite au temperaturile prescrise care diferă cu mai mult de 4 K; b) există mai multe sisteme de răcire ce funcţionează simultan şi acoperă arii diferite în interiorul clădirii climatizate, c) există mai multe sisteme de ventilare ce deservesc diferite zone ale clădirii climatizate; dacă există un sistem de ventilare ce deserveşte mai mult de 80% din volumul clădirii (zonei), celelalte spaţii se consideră deservite de acelaşi sistem, considerat ca sistem principal, d) debitele de ventilare a spaţiilor climatizate, raportate la 1 m 2 de pardoseală utilă, diferă între ele de peste 4 ori. Această condiţie nu este aplicabilă atunci când uşile de separare dintre spaţiile ventilate sunt supuse unor deschideri frecvente sau când mai mult de 80% din aria pardoselii are aceeaşi rată de ventilare (număr de schimburi orare). III Descrierea procedurii de calcul Energia necesară pentru răcire va fi calculată pe baza bilanţului efectuat la nivelul clădirii; valoarea rezultată va constitui o dată de intrare pentru bilanţul de energie la nivelul sistemului de răcire. Procedura de calcul urmează următoarele etape: se defineşte conturul zonei condiţionate (răcite) cu toate caracteristicile termofizice ale anvelopei, se stabileşte durata sezonului de răcire, se calculează pentru fiecare lună energia necesară pentru răcirea clădirii, Q R. Limitele clădirii cuprind toate elementele componente ale anvelopei ce separă spaţiul răcit sau încălzit (condiţionat) de mediul exterior (aer, sol) sau de zonele adiacente neclimatizate. Aria pardoselii A p corespunde pardoselii utile. Aria se va calcula utilizând dimensiunile interioare ale încăperii. Pentru situaţii deosebite, calculul se poate efectua în două sau trei etape succesive: de exemplu, în prima etapă, se realizează calculul necesarului de energie, fără să se ia în 90

92 considerare ventilarea nocturnă sau ventilarea care se realizează în afară perioadei de ocupare, iar în a doua şi în a treia etapă, se pot integra efectele acestor tipuri de ventilare, ţinând cont de rezultatele obţinute în prima etapă. Bilanţul de energie la nivelul clădirii include următorii termeni (numai căldură sensibilă): - transferul de căldură prin transmisie, dintre spaţiul climatizat şi mediul exterior, datorat diferenţelor de temperatură, - transferul de căldură pentru încălzirea/răcirea aerului de ventilare introdus mecanic sau natural, datorat diferenţelor de temperatură dintre spaţiul climatizat şi aerul introdus, - sursele interioare de căldură - sursele de căldură solare, directe (radiaţia solară pătrunsă prin ferestre) sau indirecte (radiaţie solară absorbită în elementele opace exterioare ale clădirii), - căldura acumulată sau cedată în masa clădirii, - energia necesară pentru răcirea clădirii; sistemul de răcire extrage căldura pentru a micşora temperatura interioară la valoarea prescrisă. Metoda de calcul prezentată este o metodă cvasi-staţionară. Efectul inerţiei termice a clădirii în cazul răcirii intermitente va fi luat în calcul prin introducerea unui factor de corecţie aplicat necesarului de frig calculat pentru cazul răcirii continue. Folosirea acestui factor de utilizare a căldurii transferate prin transmisie şi prin ventilare, permite luarea în considerare a faptului că numai o parte din această căldură influenţează necesarul de frig. Partea neutilizată a căldurii are loc în perioade în care climatizarea nu funcţionează (de exemplu noaptea). Necesarul de energie al clădirii pentru răcire este asigurat prin furnizarea de energie de către sisteme de răcire adecvate. Energia consumată la nivelul sistemului, rezultă pe baza bilanţului de energie al sistemului de răcire şi include urmatorii factori (a se vedea diagramele de flux din fig. III.3.1): - necesarul de energie pentru răcirea clădirii; - energia furnizată de sistemele ce utilizează energie regenerabilă; - pierderile de energie care au loc la generare, stocare, distribuţie şi emisie în sistemele de răcire; - energia introdusă în sistemele de răcire; - ca un caz particular, energia primară produsă de aceste sisteme de răcire (de exemplu energie electrică ce rezultă dintr-un sistem de co sau trigenerare). Bilanţul de energie al fiecărui sistem cuprinde de asemenea şi energia recuperată în sistem de la diverse surse şi la diferite nivele. In diagramele din fig. III.3.1 este reprezentat un bilanţ global de energie pentru clădire şi sisteme (relativ simplificat, deoarece nu cuprinde toate recuperările de energie, sursele regenerabile şi o eventuală producţie de energie prin cogenerare). La nivelul sistemului, s-a considerat echipamentul de generare termodinamică a frigului GTF. Acest echipament absorbe căldura din clădire, cu consum de energie primară introdusă în sistem Q en prim R, ce depinde de performanţa energetică a generatorului. In funcţie de sistemul de climatizare (numai aer sau aer-apă), între clădire şi GTF se interpune în măsură mai mare sau mai mică, centrala de tratare a aerului, CTA. III Energia necesară pentru răcirea clădirilor Pentru a determina necesarul de energie pentru răcire a clădirii trebuie calculate, pentru fiecare perioadă de timp (lună), diferitele componente care participă la bilanţul clădirii, ilustrate în diagramele energetice. 91

93 Astfel, necesarul de energie pentru fiecare lună de calcul Q R [MJ], se calculează conform relaţiei: Q R = Q surse,r - η R Q Tr,R (III.3.1) în care: - Q Tr,R - energia totală transferată între clădire şi mediul exterior, în situaţia răcirii clădirilor, [MJ]; - Q surse,r - energia furnizată clădirii de sursele de căldură, în situaţia răcirii, [MJ]; - η R - factorul de utilizare a pierderilor de căldură, în situaţia răcirii; (detaliat la sfârşitul paragrafului). Observaţii: - Semnul minus din relaţia III.3.1 are semnificaţia că în medoda lunară unde diferenţele de temperatură sunt calculate între interior şi valoarea exterioară medie, Q Tr,R apare de obicei ca o pierdere de căldură. - Pentru simplificarea scrierii, în cele ce urmează nu se va mai utiliza indicele R, caracteristic situaţiei de răcire, toate evaluările fiind făcute pentru această situaţie. Transferul de căldură total dintre clădire şi mediul adiacent neclimatizat se scrie: Q Tr = Q T + Q V (III.3.2) în care: Q Tr căldura totală transferată, [MJ]; Q T - căldura transferată prin transmisie, [MJ]; Q V - căldura transferată prin aerul de ventilare, [MJ]. Observaţie: La sistemele aer apă cele două componente trebuie să fie urmărite separat, deoarece Q V este transferată aerului de ventilare în CTA şi prin urmare este influenţată pierderile sau recuperările acesteia. Căldura totală de la sursele interioare, Q surse : Q surse = Q int + Q S (III.3.3) cu: Q int - căldura degajată de sursele interioare, [MJ]; Q S - căldura provenită de la soare, [MJ]. Pentru calcul, se detaliază în continuare mărimile din relaţiile III.3.2 şi III.3.3. Căldura transferată prin transmisie Q T = Σ k { H T,k. (θ i θ e,k )}.t (III.3.4) în care: H T,k transmitanţa elementului k, către spaţiul sau zona de temperatură θ e,k, [W/K]; θ i - temperatura interioară a clădirii, prescrisă pentru a realiza confortul termic interior în situaţia climatizării; θ e,k - temperatura exterioară medie lunară sau a zonei adiacente elementului k; t - durata de calcul (pentru fiecare lună); [Ms]. Transmisie de căldură se consideră atât în zonele de câmp ale elementelor de construcţie cât şi în zona punţilor termice punctuale sau liniare. Pentru fiecare element exterior, transmitanţa H T, se calculează cu relaţia: H T = L + L s + H u (III.3.5) unde: L - coeficientul de cuplaj termic pentru anvelopa clădirii, [W/K]; L s - coeficientul de cuplaj termic pentru sol, [W/K]; H u - coeficientul de pierderi termice prin spaţii neîncălzite, [W/K]. Influenţa punţilor termice este introdusă în expresia coeficientului L: 92

94 L= ΣU j A j + Σψ k l k + Σχ j [W/K] (III.3.6) unde: U j - transmitanţa termică a elementului j de anvelopă a clădirii, [W/(m2K)]; A j aria elementului j, [m2]; ψ k - transmitanţa termică liniară a punţii termice liniare k, [W/(mK)]; l k lungimea punţii termice liniare k, [m]; χ j - transmitanţa termică punctuală a punţii termice punctuale j, [W/K]. Observaţii: - Semnificaţia fizică şi detalierea calculelor pentru caracteristicile termice ale elementelor de construcţie se regăsesc în SR EN şi în MC In cazul unor proprietăţi termofizice diferite ale elementelor de construcţie pentru situaţiile de încălzire şi răcire, trebuie considerate valori diferite ale coeficienţilor de transmisie pentru fiecare situţie în parte. Acest lucru apare evident în special în cazul ferestrelor cu jaluzele (sau alte elemente de umbrire) reglabile pe poziţii de iarnă sau de vară, în cazul transferului prin sol sau către spaţii puternic vitrate. - La stabilirea transmitanţei elementelor ce delimitează încăperea de o zonă adiacentă neclimatizată, se utilizează un factor de reducere b subunitar, pentru a ţine cont de diferenţa de temperatură mai redusă, faţă de cazul în care transferul are loc direct către mediul exterior. - In calculul transferului de căldură către zone/clădiri adiacente zonei climatizate, temperatura θ e, k reprezintă temperatura zonei/clădirii adiacente, având valori care corespund structurii şi utilizării acesteia; efectul radiaţiei solare asupra temperaturii θ e, k ce se stabileşte spaţiilor foarte vitrate adiacente zonei climatizate, trebuie tratat prin modele detaliate; la calculul transferului de căldură către sol temperatura θ este egală cu temperatura mediului exterior. - Pentru fereastre, raportul dintre aria tâmplariei şi aria vitrată trebuie determinată de asemenea conform MC 001. Ca o simplificare, se admite utilizarea aceluiaşi raport pentru toate ferestrele clădirii, de regulă 0,3 sau 0,2, valori ce conduc în cazul răcirii, la o valoare mai mică a coeficientului global de transfer termic prin fereastra U F. - Efectul radiaţiei nocturne trebuie luat în considerare mai ales în cazul ferestrelor protejate prin dispozitive exterioare (obloane sau jaluzele). Pentru tratarea acestor situaţii ca şi pentru alte cazuri speciale (pereţi solari ventilaţi, alte elemente ventilate ale anvelopei, surse interioare de joasă temperatură), se recomandă Metodologia MC 002 şi studii specializate. Energia transferată prin ventilare Energia disipată de clădire prin ventilare, Q V [MJ]se calculează în fiecare conform relaţiei: Q V = Σ k {H V,k (θ i - θ intr,k }.t (III.3.7) în care: H V,k - coeficientul de transfer (transmitanţa) prin ventilare datorat aerului introdus în zona de calcul, prin elementul k, [W/K]; θ intr,k, - temperatura de introducere (refulare), [K]; θ i - temperatura interioară a clădirii, prescrisă pentru a realiza confortul termic interior în situaţia climatizării, [K]; t -durata de calcul, pentru luna respectivă, [Ms]. Pentru un debit de aer volumic V V,k cunoscut, coeficientul de transfer de căldură prin ventilare H V,k, pentru fiecare lună de calcul, se calculează conform relaţiei: H c V, k a a V, k V = ρ, (III.3.8) în care: V V,k - debitul volumic aferent elementului aeraulic k, [m 3 /s]; ρ c a a - capacitatea calorică a aerului refulat ce poate fi considerată 1200 J/m 3 K. Valoarea temperaturii de introducere θ intr,k a acestui debit, se stabileşte pentru una din următoarele situaţii: e, k 93

95 - ventilare naturală inclusiv infiltraţii de aer din exterior θ intr,k este egala cu temperatura aerului exterior θ e ; - ventilare naturală ce include infiltratii de aer din încăperile adiacente neconditionate sau din poduri, mansarde sau alte spaţii închise insorite (sere), θ intr,k este egala cu temperatura echivalentă a spaţiilor adiacente; - ventilare provenită de la un sistem de ventilare mecanică θ intr,k este egală cu temperatura de introducere a aerului ce intră prin acest tip de sistem. Inafara celor menţionate, câteva situaţii necesită detalii suplimentare. Cazul utilizării recuperatoarelor de căldură Intrucât prezenţa unei unităţi de recuperare a căldurii reprezintă un element important, din ce în ce mai prezent în bilanţul de căldură al clădirii, efectul utilizării recuperării căldurii asupra temperaturii aerului introdus trebuie luat în considerare în mod particular în calculul necesarului de energie pentru răcire. Recuperarea căldurii din aerul evacuat se ia în considerare fie prin reducerea debitului de aer real, proporţional cu eficienţa recuperatorului fie înlocuind temperatura exterioară cu temperatura aerului introdus, obţinută ca funcţie de temperatura zonei şi de eficienţa recuperatorului. Pentru a determina datele de intrare în situaţia recuperării căldurii, trebuie ţinut cont de următoarele aspecte: - valorile coeficientului de transfer termic pentru ventilare H V,k sau ale debitului de aer volumic refulat V V,k, ale temperaturii aerului introdus şi energia adiţionala utilizată în sistem (aferentă puterii ventilatoarelor, dezgheţului etc.) trebuie să se folosească aceleaşi date climatice utilizate pentru toate calculele din această metodă, - dacă unitatea de recuperare a căldurii nu are un bypass acţionat în funcţie de temperatura interioară sau în funcţie de sezon, acest lucru trebuie luat în considerare permanent prin calculul temperaturii de introducere θ intr,k rezultată de trecerea aerului exterior prin recuperator; - dacă unitatea de recuperare a căldurii este oprită sau by-passată pentru a reduce riscul de ingheţ al aerului în recuperator, modelul de calcul trebuie să ţina cont de acest lucru. In cazul ventilării nocturne, se consideră un debit volumic mediu suplimentar ΔV [ m 3 /s] V, k calculat prin introducerea unor factori de corecţie ce ţin cont de diferenţa de temperatură, de efectele dinamice şi de eficienţa sistemului: Δ = c V k tempcdincefic (III.3.9), V, extra, k V V în care: c temp - coeficient adimensional ce ţine cont de temperatura nocturnă în raport cu temperatura medie pe 24 de ore ; c din - coeficient adimensional ce ţine cont de inerţia construcţiei ; c efic - coeficient adimensional ce ţine cont de eficienta sistemului de ventilare nocturna ; în lipsa unor valori bine precizate, se pot lua c temp = c efic = c din = 1 ; V V, extra, k debitul suplimentar datorat ventilarii nocturne, [m 3 /s]. In timpul perioadei de răcire, trebuie precizate ca date suplimentare de intrare, scenariile de funcţionare zilnic şi săptămânal ale sistemului de ventilare nocturn, ca şi debitul volumic de aer suplimentar. Acest debit suplimentar poate fi calculat în funcţie de tipul clădirii, climat, expunere la vânt, utilizare etc. Debitul de aer nocturn suplimentar V V, extra, k V V, k trebuie însumat la debitul diurn pe perioada de noapte, adică între orele 23 pm şi 7 am, pentru toate zilele corespunzătoare perioadei de răcire. 94

96 Sunt posibile scenarii diferite de funcţionare în raport cu cel prezentat. Ele pot diferi funcţie de ziua saptămânii, de zilele de weekend şi de tipul de utilizare al clădirii. Alte situaţii speciale Sunt necesare metode de calcul speciale atunci când sunt intâlnite următoarele situaţii: pereţi solari ventilaţi; alte elemente de anvelopă cu strat de aer ventilat. Degajări de căldură de la surse interioare Sursele de căldură interioare, constau din orice tip de căldură degajată la interiorul spaţiului climatizat, (altele decât căldura introdusă controlat pentru încălzirea şi răcirea acestui spaţiu sau cea utilizată pentru prepararea apei calde de consum). Aceste surse de căldură includ: căldura metabolică degajată de ocupanţii spaţiului; căldura degajată de aparate electrice aflate în încăpere şi de corpurile de iluminat; căldura degajată sau absorbită datorită curgerii apei calde şi reci prin instalaţiile ce strabat încăperea, inclusiv cele de canalizare; căldura disipată sau absorbită de instalaţiile de ventilare, încălzire sau răcire, înafară celei introduse controlat pentru climatizarea spaţiului respectiv;căldura ce rezultă (sau care este absorbită) din procesele tehnologice desfăşurate în încăpere sau din prepararea hranei. Energia totală furnizată de sursele interioare de căldură, în situaţia răcirii clădirii, Q surse [MJ] se calculează cu relaţia: Q surse = Qsurse, k + ( 1 bl )* Qsurse, nc, l (III.3.10) unde: k Q surse, k Q surse, nc, l = Φ = Φ l surse, med, k t surse, med, nc, l t în care: Q surse,k - energia furnizată de sursa k în spaţiul climatizat, în timpul lunii considerate, [MJ]; Q surse,nc,l - energia furnizată de sursa interioară l dintr-un spaţiu adiacent neclimatizat, în timpul sezonului sau lunii considerate, [MJ]; b l - factor de reducere al efectului sursei interioare l din spaţiul adiacent neclimatizat, Φ - fluxul de căldură mediu degajat de sursa interioară k, Φ surse, med, nc, l surse, med, k - fluxul de căldură mediu degajat de sursa interioară l, aflată în spaţiul adiacent neclimatizat, t - durată perioadei de calcul (luna), [Ms]; Pentru calcularea degajărilor de căldură de la sursele interioare, se fac următoarele precizări: - o parte din căldura degajată de sursele interioare, poate fi recuperată fie în clădire, fie chiar în sistemul care se calculează, fie în alt sistem; în cele ce urmează se consideră numai căldura recuperată în clădire; - pentru simplificare, cantităţile mici de căldură disipate în sistem şi recuperate în clădire pot fi ignorate în calculul necesarului de energie pentru răcire, putând fi evaluate în cadrul calculului performanţei energetice globale a sistemului, prin introducerea unor factori de corecţie; - o sursă rece, ce contribuie la eliminarea unei cantităţi de căldură din zona de calcul trebuie tratată ca o sursă obişnuită, dar de semn opus (negativă); - dacă o sursă caldă de mărime importantă are o temperatură apropiată de cea a mediului ambiant interior, fluxul de căldură degajat depinde în mod esenţial de diferenţa de temperatură dintre sursă şi mediu; în acest caz, acest flux va fi luat în considerare ca transfer de căldură prin transmisie. Cu aceste observaţii, fluxul total de căldură datorat surselor interioare Φ surse [W], se scrie: Φ surse = Φ oc + Φ ap, e + Φil + Φ acm+ c + Φi, r, V + Φ proc (III.3.11) 95

97 în care: Φoc - fluxul de căldură cedat de ocupanţi, [W]; Φ ap, e - fluxul de căldură cedat de aparatura electrică,[w]; Φ - fluxul de căldură cedat de iluminat, [W]; - fluxul de il căldură cedat de instalaţiile de apă caldă menajeră şi canalizare, [W]; căldură cedat de instalaţiile de încălzire, răcire şi ventilare,[w]; cedat de procese tehnologice şi prepararea hranei,[w]. Φ ΦI, R, V proc Φ acm+ c - fluxul de - fluxul de căldură Căldura metabolică degajată de ocupanţi şi căldura de la aparatura electrică Valorile orare şi săptămânale ale fluxului de căldură cedat de ocupanti şi de aparatura electrică aflată în încăpere trebuie determinate în funcţie de tipul şi gradul de ocupare al clădirii, de modul de utilizare a clădirii, şi de scopul calculului. Degajările de căldură luate în considerare la dimensionarea instalaţiilor sunt detaliate în III.2. In acest caz, dificultatea calculului este de a utiliza valori medii lunare, care să ia în considerare scenarii de funcţionare, factori de simultaneitate etc. In absenţa datelor, pot fi utilizate datele în tabelele III.3.1 III.3.3, în care există informaţii pentru clădiri din domeniul terţiar, cât şi valori globale pentru un anumit număr de utilizări ale clădirilor. Căldura degajată de la iluminatul artificial Valoarea fluxului de căldură degajat de la iluminat Φil este suma dintre: - fluxul de căldură cedat de corpurile de iluminat şi - fluxul de căldură degajat de alte aparate de iluminat prezente în încăpere şi care nu fac parte din prima categorie : corpuri de iluminat decorative, iluminat de siguranţă, lampi speciale, ingropate etc. Pentru toate aceste dispozitive, trebuie utilizate valorile existente în documentaţia de specialitate, în funcţie de utilizarea clădirii şi scopul calculului. Observaţie : Fluxul de căldură nu cuprinde căldura evacuată direct prin sistemul de ventilare utilizat pentru evacuarea căldurii de la corpurile de iluminat (dacă este utilizat un astfel de sistem). Căldura degajată de la instalaţiile de apă caldă, apă rece şi canalizare Fluxul de căldură cedat/primit de instalaţiile de apă rece, apă caldă de consum şi canalizare către/de la încăperea climatizată, se scrie conform relaţiei: Φ (III.3.12) acm + c = Φ acm + Φ ar + c în care: unde: Φ acm+c Φ = ϕ acm acm L acm - fluxul de căldură cedat/primit de instalaţiile de apă rece, apă caldă de consum şi canalizare, [W] ; Φ - flux de căldură datorat conductelor de apă caldă, [W]; - acm Φ ar+ c fluxul de căldură datorat apei reci şi canalizarii interioare, [W]; ϕacm - fluxul de căldură unitar cedat de instalaţia de apă caldă de consum, [W/m] ; L acm de apă caldă menajeră din zona de clădire considerată, [m]. - lungimea conductelor din sistemul Dacă se apreciază ca fiind neimportante în raport cu alte fluxuri de căldură, ele pot fi neglijate. Căldura disipată sau absorbită de la sistemele de încălzire, răcire şi ventilare 96

98 Fluxul de căldură disipat de la sistemele de încălzire, răcire şi ventilare se scrie : Φ I, R, V = Φ I + Φ R + Φ V în care : Φ fluxul de căldură total, disipat de la sistemele de încălzire, răcire şi ventilare Φ I Φ Φ I, R, V R V flux de căldură de la sistemul de încălzire din spaţiul climatizat, [W]; flux de căldură de la sistemul de răcire din spaţiul climatizat, [W]; flux de căldură de la sistemul de ventilare din spaţiul climatizat, [W]; (III.3.13) Observaţii Valoarea fluxului de căldură de la sistemul de încălzire Φ I se referă la disiparea de căldură în zona considerată, provenită de la surse de energie auxiliară (pompe, ventilatoare şi componente electronice), precum şi la căldura disipată în procesele de emisie, circulaţie, distribuţie şi inmagazinare a căldurii din sistemul de încălzire. Aceste date trebuie considerate, fie ca medii lunare, fie ca o medie pe întreg sezonul de încălzire. Valoarea fluxului de căldură provenit de la sistemul de răcire Φ R se referă la sursele de energie auxiliară (pompe, ventilatoare şi componente electronice) din zona considerată precum şi la căldura disipată în procesele de emisie, circulaţie, distribuţie şi stocare din sistemul de răcire. Pentru această metodă, aceste date trebuie obţinute ca valori medii lunare. Valoarea fluxului de căldură transferat de la sistemul de ventilare, Φ V se referă la căldura disipată în zona de calcul de către sistemul de ventilare. Căldura disipată datorită aerului care este introdus în zona respectivă, trebuie luată în considerare printr-o creştere a temperaturii de introducere şi de aceea nu trebuie considerată ca o sursă interioară în sine. Căldura de la sistemul de ventilare care nu conduce la creşterea temperaturii aerului introdus, include de exemplu căldura disipată de motoarele ventilatoarelor plasate în afara curentului de aer şi de ventilatoarele locale care amestecă aerul. Observaţie : Inainte de a calcula căldura disipată sau absorbită de la sistemele de încălzire sau răcire, este de multe ori nevoie de a calcula necesarul de energie de încălzire sau răcire fără a lua în calcul aceste surse potentiale. Căldura degajată de la procese tehnologice şi prepararea hranei Fluxul de căldură transferat către sau de la încăpere ce rezultă din procese tehnologice sau de preparare a hranei - - depinde de tipul de utilizare a clădirii şi poate fi determinat Φ proc pe baza documentaţiei de specialitate. Tabelul III Densitatea fluxului de căldura degajat de ocupanţi şi aparatură electronică - valori medii convenţionale pentru birouri Ore Densitate flux Densitate flux [W/m 2 ] Zile [W/m 2 ] Spaţii de birou (60% Alte spaţii, holuri, coridoare (40% suprafaţa utilizată) suprafaţa utilizată) Luni - Vineri ,0 8, ,0 1, ,0 1,0 97

99 Sâmbătă- Duminică Medie 9,5 3, ,0 1, ,0 1, ,0 1,0 Medie 2,0 1,0 Medie/săptămână 7,4 3,1 Tabelul III Densitatea fluxului de căldură degajat de ocupanţi (în W/m 2 ) - valori pentru sectorul nerezidenţial, în funcţie de gradul de ocupare Gradul de m 2 de suprafaţă Coeficient de Φ oc / A pard ocupare utilă/persoană simultaneitate W/m 2 I 1,0 0,15 15 II 2,5 0,25 10 III 5,5 0,27 5 IV 14 0,42 3 V 20 0,40 2 In care : Φ - fluxul de căldura degajat de la ocupanţi, [W]; oc A pard - aria suprafetei utile, [m 2 ]; Tabelul III Densitatea fluxului de căldură degajat de aparatura electronica (în W/m 2 ) - valori convenţionale globale pentru sectorul nerezidential Tip de utilizare a Flux de căldura unitar Fracţia de Fluxul unitar clădirii emis de aparatura timp Φ app / A pard electronica pe timpul de f app operare [W/m 2 [W/m 2 ] ] Birou 15 0,20 3 Unitate de 5 0,15 1 invatamant Unitate medicala 8 0,50 4 clinica Unitate medicala 15 0,20 3 non-clinica Catering 10 0,25 3 Magazin 10 0,25 3 Sala de sedinte 5 0,20 1 Sala de relaxare 4 0,50 2 Sala se sport 4 0,25 1 Φ app - fluxul de căldura degajat de aparatura de birou, [W]; A pard - aria suprafeţei utile, [m 2 ]; Aporturi de căldură solare Aporturile de căldură solare sunt funcţie de radiaţia solară la nivelul localităţii în care se află clădirea, de orientarea suprafeţelor receptoare, de coeficienţii lor de transmitere, absorbtie şi reflexie a radiaţiei solare, precum şi de caracteristicile de transfer ale acestor suprafeţe. Pentru a lua în considerare aria şi caracteristicile suprafeţei de captare a radiaţiei solare, precum şi efectul umbririi acesteia se introduce în calcule mărimea denumită arie de captare efectivă. 98

100 Astfel, energia totală pătrunsă în interior, într-o zonă a clădirii, datorită radiaţiei solare (aportul solar) Q s [MJ], se calculează cu relaţia: = Q + [( b j ) Qs, nc j ] Q s s c, j, 1 (III.3.14) în care: unde: Q s c s, k su, k s, k k Q s, nc, j = ( I s, j Fsu, j As, j ) nc j = ( I F A ), şi Q s,c energia solară pătrunsă în zona de calcul, prin elementele perimetrale exterioare ale clădirii, pentru luna considerată, [MJ]; Q s,nc,j energia solară pătrunsă în zona de calcul pentru luna considerată, datorată aporturilor solare din zona adiacentă j, neclimatizată), [MJ]; b j factor de reducere a aporturilor de la spaţiul neclimatizat j, F su,k factor de reducere a aporturilor solare datorită umbririi prin elemente exterioare, a ariei de captare efectiva corespunzatoare suprafeţei k, A s,k aria de captare efectivă a suprafeţei k, pentru o orientare şi un unghi de înclinare dat, în zona considerată A s,j aceeaşi interpretare ca la A s,k, pentru aporturi solare către spaţiul adiacent j neclimatizat, [m 2 ]; I s,k radiaţia solară totală, integrată pe perioada de calcul, egală cu energia solară captată de 1 m 2 al suprafetei k, pentru o orientare şi înclinare dată a acesteia; I s,j aceeaşi interpretare ca la I s,k, pentru aporturi solare către spaţiul adiacent j neclimatizat, [m 2 ]; actor subunitar denumit factor de reducere al aporturilor solare datorat umbririi exterioare. Factorul F su reprezintă reducerea fluxului de căldură solar patruns în încăperea climatizată datorită prezentei unor elemente de umbrire permanente cum ar fi: - clădiri invecinate; - forme de relief invecinate (dealuri, copaci etc,); - elemente de construcţie exterioare ale clădirii (cornise, aticuri, balcoane etc.); - retragerea fereastrei faţă de planul exterior al peretelui. Factorul F su se exprimă prin relaţia: I su F su = (III.3.15) I s în care: F su factor de reducere al aporturilor solare datorat umbririi exterioare I su radiaţia totală primită de planul captator în prezenţa elementelor de umbrire exterioare, integrată pe perioada de calcul, [MJ/m 2 ]; I s radiaţia totală primită de planul captator în condiţiile lipsei oricărui element de umbrire exterior, integrată pe perioada de calcul, [MJ/m 2 ]; Radiaţia solară directă este singura componentă redusă de obstacolelor ce produc umbra; radiaţia difuză şi cea reflectată de sol ramân neschimbate. Aceasta este echivalent cu un obstacol care, prin reflexie, produce aceeaşi radiaţie ca cea obstrucţionată. Factorul F su se calculează ca produsul a trei factori: F = F su oriz F F v l (III.3.16) 99

101 în care : F oriz - factor de umbrire datorat obstacolelor exterioare clădirii aflate la orizont (copaci, forme de relief sau alte clădiri); F v - factor de umbrire datorat obstacolelor exterioare apropiate verticale, de tip: retragerea ferestrei în plan vertical faţa de planul faţadei, balcoane, caschete etc., F l - factor de umbrire datorat obstacolelor exterioare apropiate laterale, de tip: retragerea ferestrei în plan lateral faţa de planul faţadei, stâlpi exteriori etc. In tabelele III.3.4, III.3.5 şi III.3.6 sunt date valori medii ale factorilor F oriz, F v şi F l pentru latitudinea de 45 0 N, în funcţie de unghiul la orizont definit ca un unghi faţă de orizontală sub care se vede obstacolul exterior din planul faţadei clădirii studiate. Tabel III.3.4: Valori ale factorului de umbrire F oriz datorat obstacolelor exterioare aflate la orizont Unghi la orizont 45º N latitudine S E/V N 0º 1,00 1,00 1,00 10º 0,97 0,95 1,00 20º 0,85 0,82 0,98 30º 0,62 0,70 0,94 40º 0,46 0,61 0,90 Tabel III.3.5: Factorul de umbrire F v datorat elementelor exterioare apropiate verticale ale clădirii Unghi la 45º N latitudine orizont S E/V N 0º 1,00 1,00 1,00 30º 0,90 0,89 0,91 45º 0,74 0,76 0,80 60º 0,50 0,58 0,66 Tabelul III.3.6 Factorul de umbrire F l datorat obstacolelor exterioare apropiate laterale, Unghi la 45º N latitudine orizont S E/V N 0º 1,00 1,00 1,00 30º 0,94 0,92 1,00 45º 0,84 0,84 1,00 60º 0,72 0,75 1,00 Arii de captare efective a radiaţiei solare Ariile de captare a radiaţiei solare se determină pentru toate tipurile de elemente perimetrale ale unei clădiri, care captează radiaţia solară (suprafeţe vitrate exterioare, elemente opace exterioare, pereţi şi planşee interioare din spaţii tip seră, precum şi pereţi aflaţi în spatele unor elemente de acoperire sau izolaţii transparente. Caracteristicile de captare ale acestor suprafeţe depind de climatul local şi de factori dependenţi de perioada de calcul, cum ar fi poziţia soarelui sau raportul dintre radiaţia directă şi difuză; în consecinţă, trebuie alese valori medii adecvate scopului urmărit (încălzire, răcire sau verificarea confortului termic de vară). 100

102 Aria de captare efectivă a unui element de anvelopa vitrat se calculează cu relaţia: A = F 1 ( F t ) A F S, F u τ (III.3.17) în care: A F aria totala a elementului vitrat, inclusiv rama, [m 2 ]; F t factor de tâmplărie (de reducere a suprafeţei ferestrei), egal cu raportul dintre aria ramei şi aria totala a geamului; F u factor de umbrire al fereastrei datorat dispozitivelor de umbrire mobile, cu care aceasta este prevazută; τ factor de transmisie (transmitanţa) a energiei solare prin elementul vitrat Relativ la factorul de tâmplărie, pentru fiecare fereastră, ponderea ramei din aria efectivă de captare a ferestrei trebuie determinată conform specificaţiilor tehnice ale ferestrelor. Ca o alternativă, se poate utiliza o pondere fixă a ramei pentru întreaga clădire F t = 0,2. Transmitanţa elementului vitrat reprezintă media temporală a raportului dintre energia solară transmisă prin elementul vitrat neumbrit şi energia solară incidenta. Transmitanţa maximă se obţine la incidenţă normală a radiaţiei solare (unghi de incidenţă zero) şi scade odată cu creşterea unghiului de incidenţă. Pentru a modela acest fenomen, se introduce un factor de corecţie a transmitanţei în funcţie de unghiul de incidentă, folosind relaţia: τ = Fτ τ n (III.3.18) în care: F τ - factor de corecţie a transmitanţei τ n - transmitanţa la incidenţă normală a radiaţiei solare MC 001 stabileşte metodele de calcul pentru determinarea transmitanţei totale a suprafeţelor vitrate echipate cu dispozitive de protecţie solară. Reducerea aporturilor solare prin utilizarea elementelor de umbrire mobile, se ia în considerare prin factorul de reducere a aporturilor, care se calculează cu relaţia: [( f ) τ f τ ]/ τ F u = 1 u + u u (III.3.19) în care: F u Factorul de reducere a aporturilor solare datorat elementelor de umbrire mobile τ transmitanţa totală a ferestrei, în situaţia în care elementele de umbrire τ u f u mobile nu sunt utilizate; transmitanţa totală a ferestrei, în situaţia în care sunt utilizate elementele de umbrire mobile; factor de corecţie în funcţie de durată de utilizare a elementelor de umbrire mobile. Factorul f u se determină pe baza metodei detaliate în Anexa II.2.D a normativului MC 002. Umbrirea elementelor vitrate trebuie luată în calcul atunci când radiaţia solară incidentă pe suprafată elementului la ora de calcul depaseste 300 W/m 2 şi neglijată dacă radiaţia este inferioară acestei valori de prag. Aria de captare efectivă a radiaţiei solare pentru elemente opace Aria de captare efectivă a unui element opac de anvelopa (perete, terasă) A s,p (m 2 ) se calculeaza cu formula: A s, p = Fcerα prp, seu p Ap (III.3.20) în care: 101

103 F cer α p factor de corecţie ce ţine cont de schimbul de căldură prin radiaţie al peretelui către bolta cerească, [m 2 K/W]; coeficient de absorbţie a radiaţiei solare de către elementul opac considerat; A p aria totala a peretelui considerat de calcul, [m 2 ]; R p,se rezistenţa termică a elementului exterior opac, determinată conform Partea I a Metodologiei, [m 2 K/W]; U p coeficientul global de transfer termic al peretelui, determinat conform MC 001, [W/m 2 K]; Factorul de corecţie F cer se calculează cu relaţia : 1 ϕcert Fcer = (III.3.21) α I p s, p în care : ϕ fluxul de căldură unitar datorat transferului de căldură prin radiaţie către bolta cer cerească, [W/m 2 ] ; I s,p radiaţia solară totală integrată (energia solară) la nivelul elementului opac, [MJ/m 2 ] ; t perioada de calcul, [Ms] ; Fluxul de căldura unitar transferat prin radiaţie către bolta cerească se srie sub forma: ϕ = F h, Δθ (III.3.22) cer f r e e cer în care: F f factor de formă dintre elementul opac şi bolta cerească (1 pentru terasă orizontală deschisă, nemascată de vreun element constructiv, 0,5 pentru un perete exterior ne mascat) ; h r,e coeficient de transfer de căldură prin radiaţie la exterior, [W/m 2 K] ; Δθ diferenta medie de temperatură dintre aerul exterior şi temperatura aparentă e cer a bolţii cereşti, [ºC]; Coeficientul de transfer de căldură prin radiaţie la exterior h r,e poate fi aproximat prin relaţia : 3 hr, e = 4 εσ ( θ se + 273) (III.3.23) unde: ε emisivitatea suprafetei exterioare a peretelui; σ constanta Stefan-Boltzmann, egală cu 5,67*10-8 W/(m 2 K 4 ); θ media aritmetică dintre temperatura suprafeţei exterioare a peretelui şi se temperatura bolţii cereşti, [ºC]; La o prima aproximare, h r,e poate fi luat egal cu 5 W/m 2 K, valoare ce corespunde la o temperatură medie a suprafeţei exterioare de 10 ºC. Atunci când temperatura boltii ceresti nu este disponibilă în bazele de date climatice, pentru condiţiile României, diferenţa medie de temperatură Δθ va fi luată egală cu 11K. e cer Calculul factorului de utilizare a pierderilor de căldură In metoda de calcul lunară, efectele dinamice sunt luate în considerare prin introducerea unui unui factor de utilizare a pierderilor de căldură în situaţia răcirii, η Tr,R. Efectul inerţiei termice a clădirii în cazul răcirii intermitente sau opririi furnizării frigului este luat în 102

104 considerare prin introducerea unei ajustari (corecţii) a temperaturii interioare prescrise sau a unei corecţii aplicate necesarului de energie pentru răcire. Factorul de utilizare a pierderilor de căldură este funcţie de raportul dintre pierderile şi aporturile de căldură şi de inerţia termică a clădirii, conform următoarelor relaţii: Notând cu λ R raportul dintre pierderile şi aporturile de căldură în situaţia răcirii, α R 1 λ R 1 λ R - dacă λ R >0 şi λ R 1 atunci η Tr, R = α + 1 ; (III.3.24) - dacă λ R =1 atunci α R η Tr, R = ; α dacă λ R < 0 atunci η 1 Tr, R = R R în care, pentru fiecare lună şi pentru fiecare zonă considerată: η Tr,R factorul de utilizare a pierderilor de căldură în situaţia răcirii; λ R raportul dintre aporturile şi pierderile de căldură ale zonei în perioada de răcire; Qsurse, R λ R = (III.3.25) Q Tr, R Q surse,r aporturile de căldura totale pentru răcire, determinate anterior, [MJ]; Q Tr,R energia totală transferată între clădire şi mediul exterior, în situaţia răcirii clădirilor, [MJ] α R parametru numeric adimensional ce depinde de constanta de timp a clădirii pentru răcire τ R, care se calculează cu relaţia: τ R α R = α 0R + τ (III.3.26) unde: 0R α 0R - parametru numeric de referinţă, determinat conform tabelului III.3.7; τ R constanta de timp pentru răcire, în ore; τ 0R - constanta de timp de referinţă pentru răcire, determinată conform tabelului III.3.7 Tabelul III Valorile parametrului numeric α0r si ale constantei de timp de referinţăτ 0R Tipul de clădire referitor la funcţionarea sistemului de răcire α 0R τ 0R [ore] I Clădiri răcite continuu (mai mult de 12 ore pe zi): clădiri rezidentiale, hoteluri, spitale, locuinţe 1, metoda lunară 0, metoda sezoniera II Clădiri răcite numai pe parcursul zilei (mai puţin de 12 ore/zi): şcoli, birouri, săli de spectacole, magazine 1,0 15 In figura III.3.2 este reprezentată variaţia factorului de utilizare η tr pentru o perioadă de calcul lunară şi pentru diverse constante de timp ale clădirilor din clasa I. NOTA: Factorul de utilizare a pierderilor de căldura pentru răcire se defineşte independent de caracteristicile sistemului de răcire, presupunand un control perfect al temperaturii. Un sistem de răcire ce răspunde lent şi un control imperfect al temperaturii interioare poate afecta utilizarea optimă a pierderilor

105 Fig. III.3.2 Nomogramă pentru determinarea factorului de utilizare a pierderilor pentru răcire η t,r pentru constante de timpτ : 8, 24, 48 ore, o R saptămână şi infinit, valabile pentru perioade de calcul lunare şi clădiri răcite continuu (clădiri tip I). Constanta de timp a clădirii pentru răcire, clădirii/zonei în timpul perioadei de răcire. Se calculează cu relaţia : C / 3, 6 = τ R [ore] caracterizează inerţia termică m τ R (III.3.27) HT unde : C m - capacitatea termică a clădirii, [kj/k]; H T - coeficient de transfer de căldură prin transmisie ale clădirii [W/K]. Valori convenţionale ale constantei de timp pentru diverse tipuri de clădiri pot fi calculate pentru tipuri de clădiri reprezentative construite. Valori curente sunt date în MC 001. Capacitatea termică internă a clădirii sau a unei zone, C m se obţine prin insumarea capacităţilor termice ale tuturor elementelor de construcţii aflate în contact cu aerul interior al zonei luate în considerar C X A ρ c d A (III.3.28) m = j j = j j i ij ij ij j în care: C m capacitatea termică internă a clădirii, [kj/k]; X j capacitatea termică internă a elementului interior j, [kj/(m 2 K)]; A j aria elementului j, [m 2 ]; ρ densitatea materialului din stratul i al elementului j, [kg/m 3 ]; ij c ij d ij căldura specifica a materialului din stratul i al elementului j, [kj/(kgk)]; grosimea stratului i al elementului j, [m]; Suma este realizată pentru toate straturile aceluiaşi element de perete, începând dinspre suprafaţa interioară şi până la primul strat izolant. Grosimea maximă luată în calculul capacitatii termice interioare este valoarea minimă dintre cea dată în tabelul III.3.8 şi jumătate din grosimea peretelui. 104

106 Tabelul III.3.8. Grosimea maximă considerată în calculul capacităţii termice interioare Grosime maxima Aplicaţie [m] Determinarea factorului de utilizare pentru 0,10 încălzire sau răcire Efectul încălzirii sau răcirii intermitente 0,03 III Condiţii interioare de funcţionare Cazul funcţionării în regim continu Pentru răcirea continuă a clădirii pe toată perioada sezonului de răcire, calculul energiei pentru răcire se face cf. III utilizând ca temperatură interioară, temperatura prescrisă pentru climatizare θ i. Cazul răcirii în regim intermitent Datorită variaţiei diurne a parametrilor climatici în perioada de vara şi a inerţiei termice a clădirii, funcţionarea unui termostat programat pentru funcţionare de zi/noapte sau pornit/oprit are un efect mai mic asupra necesarului de răcire decât ar avea pe perioada de iarnă, asupra necesarului de încălzire. Acest fapt conduce la diferenţe importante în procedurile de calcul pentru modul de răcire. Energia necesară pentru răcire în cazul răcirii intermitente Q R,interm se calculează cu relaţia: QR, int erm = ar,int ermqr + ( 1 ar,int erm ) QR, tot, int erm (III.3.29) unde: Q R Q R,tot,interm a R,interm energia necesară pentru răcire, calculată conform III presupunând că pentru toate zilele lunii, controlul şi setarea termostatului de ambianţă corespunde unei situaţii de răcire în regim continu, [MJ]; energia necesară pentru răcire, calculată conform III.3.2.2, presupunând că pentru toate zilele lunii, controlul şi setarea termostatului de ambient corespund perioadei de intermitenţă, [MJ]; factor adimensional de corecţie pentru răcirea intermitentă, determinat cu relaţia: = 1 b τ τ 1 λ f (III.3.30) ( )( )( ) a R, int erm R,int erm 0R R R 1 R, N având ca valoare minimă: a R, int erm = f R, N în care: f, factor reprezentand raportul dintre numărul de zile din saptămână cu răcire R N normală şi numărul de zile dintr-o săptămână (ex. 5/7) ; b R,interm factor de corelaţie empiric cu valoare constanta b R,interm =3 ; τ R constanta de timp pentru răcire, cf. relaţiei III.3.27 [ore]; τ constanta de timp de referinţă pentru răcire, determinată conform tabel λ R 0R III.3.7, [ore]; raportul dintre aporturile şi pierderile de căldură ale clădirii (zonei) în modul de răcire. NOTA 1: Factorul de corecţie a R,interm ţine cont de faptul că impactul intermitenţei de funcţionare a sistemului de răcire asupra necesarului de energie este funcţie de lungimea perioadei de intermitenţă, de raportul dintre aporturile şi pierderile de căldură şi de inerţia termică a clădirii: figura III

107 ar,interm τ R τ R τ R τ R Figura III Nomograma de alegere a factorului de corecţie a R,interm pentru răcirea intermitentă 1 clădiri cu inerţie mare ; 2 clădiri cu inerţie mică Cazul răcirii cu perioade mari de întrerupere a funcţionării In anumite clădiri cum ar fi şcolile, perioadele de vacanţă în timpul sezonului de răcire conduc la o reducere importantă a necesarului de frig. Necesarul de frig în timpul perioadei de vacanţă se calculează astfel: - pentru luna ce include o perioadă de vacanţă, calculul se face diferenţiat: a) pentru perioada de răcire normală; şi b) pentru perioada de vacanţă; - se interpoleaza liniar rezultatele obţinute ţinând cont de raportul dintre perioada de timp de vacanţă şi perioada de timp normală, utilizand următoarea relaţie: ( f R N ) QR tot vac Q R, vac f R, NQR + 1,,, unde: = (III.3.31) Q R, vac necesarul de energie pentru răcire ce ţine cont de perioadele de vacanţă, Q R [MJ]; necesarul de energie pentru răcire calculat conform III.3.2.2, presupunand ca pentru toate zilele lunii, setările şi controlul termostatului de ambianţă sunt cele corespunzatoare perioadei normale, [MJ];, tot vac necesarul de energie pentru răcire calculat conform III.3.2.2, presupunând Q R, că pentru toate zilele lunii, setările şi controlul termostatului de ambianţă sunt cele corespunzatoare perioadei de vacanţă, [MJ]; f factor reprezentând numarul de zile din luna cu răcire normală, raportate la RN raportul λ R numărul total de zile al perioadei (ex. 10/31) ; III Durata anuală a sezonului de răcire Pentru metoda lunară de calcul, durata sezonului de răcire se determină prin numărarea zilelor pentru care energia necesară pentru răcire este mai mare ca zero. O soluţie simplă este de a reprezinta grafic variaţia temperaturii medii lunare (pe ordonată), pentru diferite luni ale perioadei calde şi de tranziţie (pe abscisă) fig. III.3.4. Se calculează temperatura de echilibru θ emz care reprezintă valoarea temperaturii exterioare la care aporturile de căldură de la sursele interioare şi exterioare (soare) sunt egale cu pierderile prin transfer (prin transmisie Q T şi aer de ventilare Q V ), calculate pentru temperatura interioară de calcul pentru climatizare. 106

108 θ e med θ emz Perioada de răcire Apr Mai Iun Iul Aug Sept luna Fig III.3.4: Stabilirea grafică a perioadei anuale de răcire Se calculează temperatura exterioară medie zilnică θ emz care satisface relaţia: η 1 Q surse z θemz = θ, i (III.3.32) H t T z în care : θ i temperatura interioară de calcul pentru climatizare, Q surse,z energia de la soare şi surse interioare, calculată pentru o zi medie din luna respectivă (de început sau sfârşit de sezon de răcire), H T - transmitanţa totală a încăperii, η l factor de utilizare a pierderilor de căldură calculat pentru λ = 1 (v.relaţia III.3.24), t z durata unei zile (86400 scunde). Transmitanţa totală rezultă din suma transmitanţei de transmisie a pereţilor exteriori şi a transmitanţei aerului de ventilare (v. relaţiile III.3.5 şi III.3.8). Debitele medii de aer pentru diferite destinaţii se pot calcula cu ajutorul metodei ede calcul expusă anterior, în sucapitolul III.2.1. Energia provenită de la sursele interioare se poate stabili, în lipsa unor date concrete, pe baza tabelelor III.3.1 III.3.3. Procedura de determinare a duratei sezonului de răcire, cu ajutorul figurii III.3.4, este următoarea: Grafic, se intersectează curba temperaturii exterioare cu dreapta θ emz = const şi se determină perioada de răcire care corespunde unei temperaturi θ e > θ emz. Reprezentarea se face la scară, considerând că temperatura medie a fiecărei luni corespunde datei de 15 a lunii, pentru a citi pe abscisă numărul de zile din lunile în care se începe şi se termină răcirea. Durată sezonului de răcire poate fi redusă prin aplicarea unor tehnici care conduc la economii de energie pentru răcire (de exemplu, prin utilizarea ventilarii nocturne); în aceste situaţii este necesară evaluarea perioadelor de funcţionare a eventualelor sisteme auxiliare, pastrând pentru calculul necesarului de energie, doar perioada de timp în care funcţionează sistemul de răcire de bază. III Necesarul de energie anual pentru răcire Necesarul anual de energie pentru răcire, pentru o zonă de clădire dată, se calculează însumând necesarul de energie pe perioadele (lunile) distincte din an în care este necesară răcirea, ţinând cont de durata acestor perioade de-a lungul unui an calendaristic: Q R, an = QR, j (III.3.33) în care: Q R,an j necesarul anual de răcire pentru zona considerată, [MJ]; 107

109 Q R,j necesarul de răcire al zonei considerate pentru luna j, determinat conform III.3.2.2, [MJ]; III Energia totală utilizată şi consumată la sistemele de răcire şi ventilare Pierderile de energie ale sistemului Pierderile de energie ale sistemului pot fi indicate prin intermediul unei eficienţe globale a sistemului; în acest caz se utilizează relaţia: QR QR, sistf = (III.3.34) η sist, R unde: Q R,sistF energia utilizată de sistemul de răcire, inclusiv pierderile de energie ale sistemului, [MJ]; Q R energia necesară pentru răcire a clădirii sau zonei, [MJ]; η eficienţa globală a sistemului de răcire, incluzând pierderile de energie la generarea, sist,r transportul, acumularea, distribuţia şi emisia de agent termic (aer şi apă) din sistem, cu excepţia cazului când sunt raportate separat ca energie auxiliara. Conform diagramei de fluxuri energetice din figura III.3.1, aceste pierderi de energie sunt denumite: ηq Tr (doar la sistemele numai aer ), Q pierd,aer, Q v Q neconv,cta şi Q pierd,ar, toate cu semnificaţiile explicate în această figură. Această eficienţă nu ţine cont de energia auxiliară introdusă în generatorul termodinamic de frig GTF (chiller) - Q aux, de pierderile interne ale GTF (Q pierd,gtf ) şi de aceea energia primară consumată la nivelul aestui GTF, Q en,prim,tot (MJ) se va scrie: QR, sistf Qen, prim, tot = (III.3.35) η GTF în care η GTF reprezintă randamentul sursei GTF de generare a frigului, propriu maşinii frigorifice respective şi indicată de catalogul producătorului acesteia. Deoarece există foarte puţine date fiabile referitoare la eficienţa globală a sistemelor şi ţinând seama de diversitatea soluţiilor tehnice, este recomandat ca pierderile ca şi recuperările de energie să fie evaluate pe componente. Se menţionează că nu a fost introdus în bilanţul de energie pentru răcire, consumul de energie datorat condensării vaporilor de apă pe bateria de răcire din centrala de tratare a aerului; după cum s-a menţionat, acest capitol se referă numai la căldura sensibilă. III.3.3 Calculul consumurilor de energie pentru răcire prin metoda orară, pentru clădiri la care nu se realizează controlul umidităţii Metoda de calcul orar este o alternativă de calcul a consumului de energie pentru răcirea clădirilor. Domeniul de aplicare ca şi obiectivul metodei orare sunt aceleaşi ca pentru metoda lunară simplificată (v. III.3.2). Se fac în plus următoarele precizări: - metoda orară permite introducerea unor scenarii de funcţionare orare referitoare la temperaturile prescrise, modul de ventilare, sursele interioare de căldură, utilizarea dispozitivelor de umbrire etc. - deoarece modelarea realizată este mai apropiată de fenomenele fizice şi de regimul de utilizare, rezultatele obţinute sunt mai apropiate de realitate. Metoda este în mod special de preferat celei lunare în cazul clădirilor cu inerţie termică mare, cu intermitenţă mare de funcţionare sau în alte situaţii speciale. 108

110 III Descrierea procedurii de calcul Metoda are la bază un model analogic termo - electric şi utilizează o schemă de tip R-C (Rezistenţe - Capacităţi) cf. fig. III.3.5. Este o metodă dinamică ce modelează rezistenţele şi capacităţile termice precum şi fluxurile de căldură emise de sursele interioare. Metoda este simplificată deoarece combină rezistenţa la transfer termic şi capacitatea termică a clădirii sau a unei zone, într-o singura pereche rezistenţă-capacitate. Prin modelul realizat, se urmăreşte : - reprezentarea relativ simplă a fenomenelor de transfer de căldură dintr-o clădire şi o formulare matematică uşor de implementat informatic; - realizarea unui nivel de acurateţe ridicat, în special pentru încăperile climatizate în care comportamentul termic în regim dinamic are un impact semnificativ. Pentru calcul, se utilizează un pas de timp orar, pentru întreaga clădire. Datele de intrare privitoare la funcţionarea sistemului pot fi introduse cu variaţii orare utilizând tabele de variaţie (temperatură interioară prescrisă, degajări de la surse interioare de căldură etc). Modelul face distincţie temperatura aerului interior şi temperatura medie a suprafeţelor interioare (temperatura medie de radiaţie). Această abordare îmbunătăţeşte gradul de reprezentare a confortului termic interior şi creşte acurateţea reprezentării schimburilor de caldura prin radiaţie, datorita posibilitătţii de a lua în considerare partea convectivă şi radiativă pentru iluminat, aporturi solare sau degajari de caldura de la surse interioare. Temperatura interioară prescrisă (de calcul) este temperatura aerului interior, deoarece majoritatea aparatelor de control şi reglare reacţionează la această valoare. Energia necesară pentru încălzire/răcire (pozitivă/negativă) se calculează ca fiind energia ce trebuie adăugată/extrasă la fiecare oră în/din nodul care reprezintă aerul interior (θ i ) pentru a menţine temperatura interioară prescrisă. Energia totală pe perioda de calcul (lună, sezon de răcire) se va calcula prin însumarea valorilor orare. Modelul analogic conectează 5 noduri prin 5 conductanţe şi o capacitate. Din punct de vedere termic, nodurile corespund temperaturilor următoare: - temperatura aerului interior, θ i - temperatura aerului exterior, θ e - temperatura aerului introdus (refulat) pentru ventilare θ intr. - temperatura medie de radiaţie, θ mr - temperatura θ s, scrisă ca o medie dintre temperatura aerului interior θ i şi temperatura medie de radiaţie θ mr Transferul de căldură datorat ventilării se scrie ca o conexiune între nodul de temperatură al aerului θ i şi nodul de temperatură caracteristică aerului refulat θ intr, prin interimediul coeficientului de transfer prin ventilare (conductanţei) H V. Transferul de caldură prin transmisie este divizat între transferul prin fereastră, caracterizata prin inertie termica nulă şi conductanţă H F, şi transferul prin elementele masive. Transferul prin fereastră are loc între nodurile de temperatură exterioara θ e şi nodul de temperatură θ s. Transferul prin elementele masive care au o conductanţă totală H op are două componente : - transferul dintre nodul de temperatura exterioara θ e şi nodul de temperatura medie de radiaţie a elementelor masive, θ mr, prin conductanţa H em şi - transferul dintre nodul de temperatura θ s, şi cel cu temperatura medie de radiaţie θ mr, prin conductanţa H ms. Masa termică ce caracterizează inerţia elementelor masive este reprezentată printr-o capacitate unică C m plasată în nodul de temperatură θ mr, între H ms şi H em. Efectul surselor de căldură interioare este materializat prin împărţirea în mod egal pe cele 3 noduri de temperatură: θ i, θ s şi θ mr, a fluxului provenit de la soare şi cel degajat de 109

111 sursele interioare. O conductanţă de cuplare H is este introdusă între nodul aerului interior şi cel al suprafeţei interioare. Φ I/R θ intr H V θ i H is Φ ia θ e H F θ s ` H ms Φ st H em θ mr C m, A m Φ m Figura III.3.5 Modelul orar simplificat cu 5 rezistenţe şi o capacitate (5R-1C) Mărimile de intrare în model sunt obţinute pe baza următoarelor date: - coeficienţii de transfer termic prin ventilare H v şi temperatura aerului introdus în încăperi (de refulare) θ intr obtinute conform III.3.2.2; - coeficienţii de transfer termic prin transmisie, pentru ferestre H F şi elementele masive de anvelopa se determină H T conform III.3.2.2; - conductanţa de cuplare H is este egala cu : H is = h is A t (III.3.36) şi A t = R at. A p unde: H is conductanţa de cuplare dintre nodurile de temperatură θ i şi θ s, At aria tuturor suprafeţelor elementelor perimetrale ale înăperii/zonei de calcul, [m 2 ] Ap Aria utilă a pardoselii, [m 2 ], h is coeficientul de transfer de căldură la interior (prin convecţie), se poate considera cu valoarea h is =3,45 W/(m 2.K) R at raport dintre aria tuturor suprafeţelor şi aria pardoselii, considerat R at =4,5 Divizarea conductanţei H T între H ms şi H em se face considerând rezistenţele 1/ H ms şi 1/ H em înseriate şi atunci: H em = 1/(1/ H T - 1/ H ms ) (III.3.37) unde: H ms = h ms. A m pentru: 110

112 h ms coeficientul de transfer de căldură dintre nodurile de temperatură θ s şi θ mr, care poate fi considerat h ms = 9,1 W(m 2.K) A m aria efectivă a elementelor masive se determină conform şi III Ecuaţiile modelului orar simplificat Schema generala de calcul este aceeaşi cu a modelului de calcul lunar ( III.3.2.2). în acest paragraf, se detaliază procedura specifică de calcul pentru următoarele mărimi : - degajările de căldură de la sursele interioare şi aporturile solare ce vor fi distribuie ca solicitări pentru nodurile de calcul interioare, - temperaturile în nodurile interioare de calcul, atunci când în aceste noduri există o solicitare cunoscută (un flux de cădură pentru încălzire/răcire), Φ I,R, - necesarul de încălzire sau răcire Φ nec,i,r, dacă se impune o temperatură interioară prescrisă (de set-point) sau temperaturile interioare care se stabilesc dacă se impune un disponibil de energie maxim pentru încălzire sau răcire. Degajările de la sursele interioare de căldură către interiorul zonei climatizate, provenind de la iluminatul electric, prepararea hranei, metabolism etc., precum şi căldura pătrunsă în interior ca urmare a aporturilor solare, sunt divizate în cadrul modelului orar în trei componente, după cum urmează (corespunzătoare nodurilor cu temperaturile : θ i, θ m şi θ s ) : Φ ia = 0,5 * Φ surse Am Φ m = ( 0,5Φ surse + Φ S ), (III.3.38) At A m H es Φ = ( Φ + Φ ) st 1 0,5 surse S At 9,1 At în care : Φ surse (W) şi Φ S (W) reprezintă fluxurile căldură totale degajate de la sursele interioare, respectiv datorate aporturilor solare (conform III.3.2.2). III Determinarea temperaturii aerului şi a temperaturii operative pentru o valoare cunoscută a unui flux de caldură disponibil, Φ d Fluxul Φ d reprezintă un flux de căldură furnizat în încăpere prin sistemele de încălzire/răcire. Utilizarea acestui model permite să se evalueze temperaturile interioare (temperatura aerului şi temperatura operativă), în condiţiile în care există o sursă de încălzire/răcire şi trebuie să se aprecieze dacă aceasta este suficientă sau nu pentru asigurarea confortului interior. La limită, când Φ d = 0, se pot obţine temperaturile interioare, în absenţa sistemelor. Soluţia numerică a modelului de calcul se bazează pe o schema de rezolvare de tip Crank- Nicholson cu un pas de timp egal cu o oră. Temperaturile au valori medii orare cu excepţia θ m,t şi θ m,t-1 care sunt valori instantanee la momentele de timp t, respectiv t-1. Pentru un pas de timp de o oră, θ m,t se calculează la sfârşitul pasului de timp în funcţie de valoarea la ora precedentă, θ m,t-1, conform relaţiei : 111

113 m, t = θm, t 1 BREVIAR DE CALCUL AL PERFORMANŢEI ENERGETICE A CLĂDIRILOR [ Cm /3600 0,5( H 3 + H em ) + Φ m, tot ] [ C / ,5( H + H )] θ, (III.3.39) în care : m Φ H H H = 1/ H = H = Φ v = 1/ H + H + H / H F 1 + 1/ H em θ + H is ms Φ + H θ + H Φ + Φ H ia d m, tot m em e 3 st F e 1 θ aer, r v Mărimile H em, H v, θ e, θ aer,r şi C m se stabilesc conform relaţiilor de la III / H Pentru pasul de timp considerat, valorile medii ale temperaturilor în nodurile de calcul se obţin cu următoarele relaţii : θ m θ s = H ( θ + θ ) = m, t m, t 1 ms θ m + Φ / 2 st + H θ + H F e 1 Φ ia + Φ H v d + θ int r / în care H ms se calculează cu relaţia (III.3.37). ( H + H + H ) Temperaturile interioară (θ i ) şi operativă (θ op ) se obţin cu relaţiile : ( H isθ s + H vθint r + Φia + Φ d )/( H is + H v ) ms F 1 2 (III.3.40) θ i = (III.3.41) θ op = 0,3θ i + 0,7θ s Temperatura operativă este egală cu media ponderată dintre temperatura aerului interior şi temperatura medie de radiaţie, cu coeficienţii superficiali de schimb de căldură prin convecţie şi prin radiaţie. III Calculul temperaturii aerului şi energiei necesare pentru încălzire/răcire Pentru fiecare oră, modelul de calcul tip R-C permite calculul temperaturii interioare θ i pentru orice flux de căldură furnizat de sistemul de încălzire sau răcire Φ I,R. Schema de rezolvare presupune o dependenţă lineară dintre Φ I,R şi θ i. Pentru o oră dată, comportamentul termic al încăperii/zonei exprimat printr-o dreaptă, se determină aplicând ecuaţiile prezentate anterior la III.3.3.3, pentru două valori ale Φ I,R. Energia de încălzire sau răcire furnizată încăperii/zonei poate fi reprezentată pe acelaşi grafic cu temperaturile prescrise (de set-point) θ i,set şi cu necesarul de energie maxim pentru încălzire sau răcire la ora respectivă. Temperatura interioară ce rezultă din acest grafic se află la intersecţia celor două curbe. Pot apare cinci cazuri distincte : 1) Incăperea necesită încălzire, iar energia de încălzire disponibilă nu este suficientă pentru a se atinge temperatura prescrisă. în acest caz necesarul de încălzire este 112

114 limitat superior la valoarea corespunzătoare energiei maxime disponibile pentru încălzire, iar temperatura interioară ce se stabileste în încăpere/zonă este inferioară valorii prescrise θ i,set. Acest fenomen se întâlneşte de obicei în perioada de demarare din sezonul de încălzire, când pierderile de caldură ale încăperii/zonei sunt maxime. 2) Incăperea necesită încălzire iar energia de încălzire disponibilă este suficientă pentru a se atinge temperatura prescrisă. în acest caz necesarul de încălzire este mai mic decât energia maximă disponibilă pentru încălzire, iar temperatura interioară ce se stabileşte în încăpere/zonă este egală cu valoarea θ i,set. 3) Incăperea/zona nu necesită nici încălzire, nici răcire (regim liber de evoluţie a temperaturii). Temperatura interioară se calculează din bilantul de energie pentru zona respectivă, fară a introduce în ecuatia de bilant nici un fel de energie auxiliară pentru încălzire sau răcire. 4) Incăperea necesită răcire iar energia de răcire disponibilă este suficientă pentru a se atinge temperatura prescrisă. în acest caz necesarul de răcire este mai mic decât energia maximă disponibilă pentru răcire, iar temperatura interioară ce se stabileşte în încăpere/zonă este egală cu valoarea θ i,set. 5) Incăperea necesită răcire, iar energia de răcire disponibilă nu este suficientă pentru a se atinge temperatura prescrisă. în acest caz necesarul de răcire este limitat superior la valoarea corespunzatoare energiei maxime disponibile pentru răcire, iar temperatura interioară ce se stabileste în încăpere/zona este superioară valorii θ i,set. Procedura de calcul stabileşte valoarea temperaturii interioare reale obţinute în încăpere, θ i,real şi valoarea necesarului de încălzire/răcire real Φ I,R,real. în toate cazurile, valoarea temperaturii θ m,t este calculată şi stocată în memorie, fiind utilizată la pasul de timp următor. Paşii de calcul sunt următorii: Pasul 1: - se verifică dacă este nevoie de încălzire sau de răcire (cazul 3) - se consideră Φ I,R = 0 şi se aplică setul de ecuaţii (III.3.39 III.3.41). Se consideră θ i = θ i0 (temperatura interioară în regim liber) şi se verifică indeplinirea condiţiei (dublei inegalităţi) : θ i,set,i < θ i0 < θ i,set,r Dacă această condiţie este satisfacută atunci nu este nevoie de încălzire sau răcire astfel încât Φ I,R,real =0 şi θ i,real =θ i0 şi calculul se opreşte. în caz contrar se trece la pasul 2. Pasul 2: Se alege valoarea temperaturii prescrise şi se calculează necesarul de încălzire şi cel de răcire. Dacă θ i0 > θ i,set,r se consideră θ set = θ set,r. Dacă θ i0 < θ i,set,i se consideră θ set = θ set,i. Se aplică apoi setul de ecuaţii (III.3.39 III.3.41) luând Φ I,R = Φ nec I,R,10 cu Φ nec I,R,10 calculat la o valoare a ariei pardoselii de 10 ori mai mare (10*A p ), pentru a calcula o temperatură interioară ce se va nota cu θ i,10. Se înlocuieşte apoi θ i = θ i,10 şi se calculează Φ nec,i,r,nelim (nelimitat) adică necesarul de încălzire sau răcire nelimitat inferior sau superior pentru a se obţine temperatura prescrisă: θ set θi0 Φ nec, I, R, nelim = Φ nec, I, R,10 (III.3.42) θ θ i10 i0 Pasul 3 : Se verifică după aceea dacă puterea disponibilă pentru încălzire sau răcire este suficientă (cazul 2 sau 4). 113

115 Dacă Φ nec,i,r,nelim se situează între valorile Φ I,max şi Φ R,max atunci : Φ I,R,real = Φ I,R,nelim şi θ i,real = θ i,set Astfel, s-au obţinut valorile fluxurilor orare necesare şi calculul este incheiat. Dacă nu s-a îndeplinit condiţia, se trece la pasul 4 (ultimul). Pasul 4 : Se calculează temperatura interioară (cazul 1 sau cazul 5). Dacă Φ I,R,nelim >0 se ia Φ I,R,real = Φ I,max ; dacă Φ I,R,nelim <0 se ia Φ I,R,real = Q R,max Se calculează apoi θ i,real utilizând ecuaţiile (III.3.39 III.3.41). NOTA: în acest caz temperatura de prescrisă nu este niciodată atinsă. Pe baza valorilor orare de energie calculate, care reprezintă energia ce trebuie adăugată/extrasă la fiecare oră în/din nodul care reprezintă aerul interior (θ i ) pentru a menţine temperatura interioară prescrisă, se determină, prin însumarea valorilor orare, energia totală pe perioda de calcul (lună, sezon de răcire). III Precizări pentru aplicarea metodei orare Faţă de metoda lunară simplificată, prezentată la III.3.2, se fac următoarele precizări pentru aplicarea metodei de calcul lunare. Astfel: Durata sezonului de încălzire şi de răcire (număr de zile sau ore) se determină considerând momentul de început şi de sfârşit al perioadei de încălzire/răcire atunci când necesarul de căldură sau frig depăşeşte 1 W/m 2. Această durată va fi luată în considerare şi pentru calculul energiei auziliare consumate în sisteme (pentru funcţionarea pompelor, ventilatoarelor etc). Condiţiile la limită şi datele de intrare se vor stabili după aceleaşi reguli ca în cazul metodei lunare simplificateşi anume: - coeficienţii de transfer termic prin transmisie şi ventilare se vor lua în calcul cu valorile recomandate la III.3.2.2, - transferul de căldură prin sol şi luarea în considerare a punţilor termice aşa cum se precizează la III degajările de la sursele interioare de căldură se consideră conform datelor de la III.3.2.2, dar se introduc la fiecare pas de calcul (oră de oră), conform scenariilor de funcţionare ale zonei/clădirii, - aporturile de căldură solare se consideră conform datelor de la III.3.2.2, dar se introduc la fiecare pas de calcul (oră de oră); la o valoare a intensităţii radiaţiei solare >300W/m2 se consideră că trebuie utilizate protecţii solare la ferestre, pentru diminuarea necesarului de energie pentru răcire, Pentru calculul orar simplificat, efectul radiaţiei nocturne trebuie luat în considerare direct la fiecare oră, în funcţie de graficul diurn de închidere a jaluzelelor şi corelat cu coeficienţii de transfer ai ferestrei neprotejate respectiv complet protejate (cu jaluzele, obloane etc). Precizări referitoare la modul de calcul sunt date la III Ca şi în cazul metodei lunare simplificate, sunt necesare metode detaliate pentru a modela comportamentul dinamic al următoarelor elemente de construcţie speciale: - Pereţi solari ventilaţi, - Alte elemente ventilate ale anvelopei, 114

116 - Surse interioare de joasă temperatură. Metoda orară prezentată, cu un singur nod capacitiv, necesită determinarea ariei masei interioare efective a clădirii, conform relaţiei: Cm Am = AjΧ (III.3.43) 2 j j în care: C m capacitatea termică internă a clădirii, determinată conform III.3.2.3, în kj/k; A m aria masei interioare efective a clădirii, în m 2 ; A j aria elementului j determinată conform III.3.2.2, în m 2 ; X j capacitatea termica internă a elementului interior j, în kj/(m 2 K); Pentru răcirea continuă a clădirii pe timpul sezonului de răcire, trebuie utilizată ca temperatura interioară, temperatura prescrisă θ i. în cazul perioadelor de întrerupere mare de funcţionare (de exemplu vacanţe şcolare) se aplică metoda expusă la III în cazul răcirii intermitente, calculul se va face în conformitate cu programul orar de utilizare a clădirii. Calculul energiei utilizate anual pentru răcirea clădirii se realizează în conformitate cu III Complexitatea datelor de intrare şi modul în care se efectueză calculul orar, pun în evidenţă interesul aplicării acestei metode pentru situaţia unor clădiri cu sarcini interioare mari, cu un regim de solicitare diferit pe parcursul unei zile, a unei săptămâni etc. Pentru calcule mai riguroase, complexitatea fenomenelor termice şi aeraulice din clădiri necesită utilizarea unor programe de calcul performante. Indiferent de modelul de calcul utilizat pentru integrarea ecuaţiei căldurii şi a modului în care sunt descrise solicitările interioare şi exterioare (condiţiile la limită), pentru ca programele să fie considerate conforme Metodologiei de calcul a eficienţei energetice MC , ele trebuie să fie testate conform prevederilor în vigoare. III.3.4 Calculul consumurilor de energie pentru sistemele de climatizare fără controlul umidităţii interioare Obiectivul este evaluarea impactului energetic al sistemelor de ventilare din clădiri, ca parte a procedurilor complexe de evaluare energetică a clădirilor şi sistemelor aferente. Scopul final este de a calcula: - consumul de energie electrică pentru transportul aerului în instalaţia de climatizare, - consumul de energie electrică pentru transportul agentului primar (apă caldă sau apă răcită) prin circuitele hidraulice ce alimentează elementele instalaţiei de climatizare (CTA ul şi aparatele locale de încălzire sau răcire) şi, - consumurile de energie electrică pentru producerea frigului, la nivelul GTF (Generatorul Termodinamic de Frig, sau, mai scurt, Chillerul). Nu intră în discuţie consumurile de energie primară (gaz natural, combustibil lichid sau solid) pentru producerea agentului termic de încălzire (apă caldă, abur), necesar alimentării bateriilor de încălzire din CTA sau din aparatele locale. Aceste consumuri sunt tratate detaliat în secţiunea III.1 a capitolului III din prezentul Ghid. 115

117 III Conţinut general şi domeniu de aplicare In paragraful III se vor da metode de calcul pentru: - puterea necesară pentru ventilatoare şi alte elemente auxiliare ale sistemului de ventilare; - puterea necesară pentru bateriile de încălzire şi răcire şi pentru umidifcatorul cu abur; Necesarul de căldură pentru încalzirea aerului infiltrat nu face obiectul prezentului paragraf. El a fost tratat în cadrul paragrafului III.2. Aceste puteri (fluxuri de căldură) vor depinde de sistemul si de combustibil utilizat si vor fi defalcate pe tipuri de procese termodinamice (încălzire, răcire sau ventilare). În unele cazuri este necesar de precizat ipotezele de calcul, de exemplu dacă un ventilator este utilizat în cadrul unor procese de încalzire, răcire sau ventilare simplă. În paragraful III se vor da relaţiile de calcul pentru energiile finale (electrice) consumate la nivelul sursei de frig (chillerului), dar şi pentru elementele auxiliare (pompe, ventilatoare şi servomotoare). Domeniu de aplicare: clădiri dotate cu sisteme de ventilare şi climatizate, fără controlul umidităţii interioare în perioada de vară. Pot fi incluse şi sistemele de încălzire şi răcire cu aer, dacă acestea au şi rol de ventilare. Calculul se aplică la clădiri rezidenţiale sau nerezidenţiale sau părţi ale acestora. III Metoda de calcul a puterilor termice necesare pentru climatizare Pe baza debitelor de aer de ventilare (introduse) considerate apriori cunoscute, procedura va calcula: - temperaturile si umidităţile debitelor de aer ce sunt refulate în zonele încalzite sau racite; - puterile termice necesare pentru a realiza aceste tipuri de tratare în cadrul unei centrale de tratare a aerului, sau în aparatele de răcire locale In cazul în care aerul este introdus în încăperi prin deschideri pasive (guri pentru ventilarea naturala) sau ferestre, se consideră că acest aer are caracteristicile termodinamice ale aerului exterior. Dacă acest aer este preluat dintr-un spatiu adiacent zonei de calcul, temperatura acestui spatiu se calculeaza conform 2.4 din MC 02. Dacă aerul este introdus în încăperi printr-un sistem de ventilare echilibrat sau nu aeraulic se determină modul în care se modifica parametrii termodinamici ai aerului, precum si modul de calcul al energiei necesare pentru tratarea acestuia. III Pierderi/aporturi de caldură prin suprafaţa conductelor de transport al aerului a) Pierderile sau aporturile de căldură prin suprafaţa conductelor (canalelor) situate în încăperea/zona climatizata Aceste pierderi trebuie luate în considerare doar atunci cand diferenta dintre temperatura aerului transportat si temperatura încaperii sau zonei climatizate este semnificativa, şi conductele nu sunt termoizolate eficient. Ele pot fi neglijate în cazul cand sistemul nu asigură încalzirea sau răcirea aerului, ci doar ventilarea simplă. b) Pierderile sau aporturile de caldură prin suprafaţa conductelor situate în afara încăperii/zonei climatizate : 116

118 x 2 = x 1 şi ΔT cta Temperatura şi umiditatea aerului din conductă se calculează cu relaţiile: θ 2 = θ 1 + ΔT cta = ( ) 0,34 qv, cta θ e s 1 ext 1 H cta (III.3.44) θ (III.3.45) unde : θ 1, x 1 temperatura şi conţinutul de umiditate al aerului la intrare în conductă, [ 0 C, respectiv g vapori /kg aer uscat ], θ 2, x 2 temperatura şi conţinutul de umiditate al aerului la ieşre din conductă, [ 0 C, respectiv g vapori /kg aer uscat ], H cta pierderea de căldură a aerului prein pereţii conductei, către mediul ambiant, [W/K], q v,cta debitul de aer din conductă [m3/h], S suprafaţa laterală a conductelor de aer, prin care se cedează căldură [m 2 ]. c) Pierderi/aporturi de aer din conductele de transport ale aerului Aerul infiltrat/exfiltrat în/din conductele de transport de aer se calculează conform din MC 002. Dacă aerul este exfiltrat din conductă, nu exista o modificare a parametrilor termodinamici ai aerului transportat de aceasta. dacă însa se infiltreaza aer în conducta, acesti parametri se modifică în funcţie de parametrii aerului infiltrat, care se amesteca cu cel transportat. De la caz la caz, în funcţie de clasa de etanşeitate la aer a canalelor de transport, trebuie calculat un debit de aer infiltrat în conductă şi efectuat un bilanţ termic pe toată lungimea conductei unde se realizează infiltraţiile de aer, pentru a putea estima pierderile de energie pe acest traseu. III Ventilatoare Creşterea de temperatură a aerului la trecere prin ventilator, ΔT vent se calculează cu relaţia : Pabs, vent Rrc Δ Tvent = (III.3.46) ρ c q aer p, aer v, vent unde : ΔT vent - diferenţa de temperatură cu care se încălzeşte aerul în ventilator, [ºC], ρ aer (kg/m 3 ) este densitatea aerului, c p,aer (J/kgK) caldura specifică masică a aerului. Se cunosc: - debitul volumic la ventilator q v,vent (m 3 /h); - puterea absorbită la ventilator P abs,vent (W) ; - rata de transformare a energiei electrice în caldură, absorbită de aer R rc (valori în tabelul III.3.8) La 20 ºC, produsul ρ aer c p,aer este aproximativ egal cu 1215 J/m 3 K. Tabel III.3.8: Rata de recuperare a puterii ventilatorului Motor plasat în 0,9 curentul de aer Motor plasat în afară curentului 0,6 de aer Pozitie 0,75 necunoscuta 117

119 Pentru ventilarea mecanică controlată cu volum de aer constant (sistem CAV Constant Air Volume) sau variabil (sistem VAV Variable Air Volume) fără aer recirculat (100% aer exterior) se poate afirma ca puterea medie consumata este similara cu cea obţinută pentru un debit volumic de aer continuu C cont q v (m 3 /h), pentru simplificarea calculului. Pentru sistemele VAV cu recirculare, C cont depinde de acţiunea asupra clapetei de reglare pe aerul exterior în timp ce puterea absorbită de ventilator, P abs,vent (W) depinde de raportul dintre debitul mediu refulat si debitul maxim refulat. În orice situaţie, reglarea ventilatorului trebuie luată în calcul pentru a determina cât de mult scade puterea absorbită de ventilator în raport cu puterea absorbită în condiţii nominale de funcţionare.daca nu este disponibilă nici o informatie, urmatoarele curbe caracteristice q v P abs (%) pot da o idee asupra diverselor tipuri de reglare posibile la ventilator figura III.3.6. P abs,vent Y CV PB PB PI SR TV IV X q v (m 3 /h) Figura III.3.6 : Curbe de dependenta q v P abs în diverse cazuri de reglare a ventilatoarelor PB Palete curbate înapoi; CV PB Control variabil al paletelor curbate înapoi; PI Palete curbate înainte; SR Şibăr de reglaj ; TV Turaţie variabilă; IV Înclinare variabilă a paletelor de pe aspiraţie; De exemplu, dacă s-a determinat un coeficient C cont = 0,5 pentru un sistem de tip CAV, se poate presupune că puterea consumata este echivalenta cu puterea nominala la un raport de 50%, adica în acest caz 30% din puterea maxima cu variatia turatiei. In tabelul III.3.9 este redat raportul ce trebuie aplicat puterii absorbite la viteza maxima în funcţie de valoarea C cont si de tipul de reglare. 118

120 Tabelul III.3.9: Exemplu de rapoarte de putere absorbită în funcţie de reglare si de raportul de debite Raport de debit 0,2 0,4 0,6 0,8 Control clapete reglare la 55% 75% 90% 100% ventilator cu palete înclinate înapoi Control clapete reglare la 50% 55% 70% 100% ventilator cu palete înclinate înainte Variatia turatiei 10% 18% 35% 65% III Schimbătoare de caldură (recuperatoare) Recuperatoare de căldură sensibilă mărimi de intrare : - θ ev,1 ; x ev,1 temperatura si conţinutul de umiditate al aerului evacuat înainte de intrarea în recuperator [ 0 C, respectiv g vapori /kg aer uscat ]; - θ ref,1 ; x ref,1 temperatura si conţinutul de umiditate al aerului exterior înainte de intrarea în recuperator, [ 0 C, respectiv g vapori /kg aer uscat ]; - q v,ref ; q v,ev debitul volumic refulat si evacuat ce trec prin recuperator, [m 3 /s]; - ε recup eficienta de transfer termic a recuperatorului pentru un set de debite refulat/evacuat aproximativ egale; Δθ - cresterea de temperatura a aerului datorata prezentei ventilatorului în - recup curentul de aer (considerata atat pentru circuitul de refulare cat si pentru cel de evacuare). Pentru unităţile de recuperare din sectorul rezidenţial (testate conform EN ) eficienţa globală include creşterea de temperatură la ventilator. Elemente de calcul: Δθ recupref, = ε recup( θev,1 θref,1) θ ref,2 = θref,1 + Δθ recupref, Δθ recupev, = Δθ recupref, θ ev,2 = θev,1 + Δθ recupev, xref,2 = xref,1 xev,2 = xev,1 (III.3.47) mărimi de ieşire : - θ ev,2 ; x ev,2 temperatura si conţinutul de umiditate al aerului evacuat dupa ieşirea din recuperator; - θ ref,2 ; x ref,2 temperatura si conţinutul de umiditate al aerului exterior dupa ieşirea din recuperator; Recuperatoare de caldură sensibilă şi latentă (entalpice) Probleme legate de dezgheţ Prevenirea îngheţului apei în instalatiile de ventilare/climatizare se poate face în două moduri: 119

121 a) Control direct al dezghetului prin actiune asupra recuperatorului de caldura (prin montarea unui bypass, a altor baterii auxiliare de încălzire sau a unui schimbator rotativ); b) Prin utilizarea unei baterii de pre-încălzire a aerului exterior, inainte de intrarea acestuia în recuperator In ambele cazuri, valoarea temperaturii la ieşirea din compartimentul de preîncălzire - θ ref,2 este limitată la +5 ºC pentru cladirile rezidenţiale si la 0 ºC pentru cele nerezidentiale. Valoarea de referinta pentru recuperatoarele cu regenerare higroscopica din cladirile comerciale este de 5 ºC. Valori de referinta pentru θ ref,2 : - 5 ºC pentru sectorul rezidential; - 0 ºC pentru schimbatoare cu placi din sectorul non-rezidential; ºC pentru schimbatoare rotative din sectorul non-rezidential a) Control direct al dezghetului - în acest caz trebuie aplicata o corectie Δ( Δθ recup,ev ) asupra temperaturii de iesire θ ev, 2 : Δ Δθ ) = max(0; θ θ ) (III.3.48) ( recup, ev ev,min ev, 2 - dacă debitul refulat si evacuat sunt egale, aceeasi corectie trebuie aplicata si lui θ ref,2 : Δ ( Δθ recup, ref ) = Δ( Δθ recup, ev ) (III.3.49) - în cazul lipsei oricarui element pentru dezghet, este suficient de a seta temperatura θ ev, 2 la o valoare foarte scazuta (ex. 100 ºC). b) baterie de preîncălzire pentru dezgheţ In acest caz aerul exterior este preîncălzit până la o valoare θ dezghet, ce serveşte la calculul θ ev,2, corespunzatoare iesirii aerului evacuat din recuperator. Limitarea temperaturii de refulare la regimul de evoluţie liberă free-cooling Temperatura θ ref,2 poate fi limitată maximal la o valoare θ ref,2,max pentru a opri încălzirea excesiva a aerului refulat în timpul perioadei de răcire. Valoarea diferentei de temperatura Δθ recup,ref pe circuitul de refulare inainte si dupa recuperator trebuie corectata cu valoarea : Δ Δθ ) = min( 0; max θ θ θ θ (III.3.50) ( ) ( recup, ref ref,2,max ref,2 ; ref,1 ref,2 Daca nu se impune o limitare, este suficient să se aplice aceeaşi formulă de calcul setând θ ref,2,max la o valoare maximă, de ex. 100 ºC. Noua valoare controlată a temperaturii de refulare θ ref,2,c se va scrie în această ioteză: θ = θ + Δ Δθ ) (III.3.51) ref, 2, c ref,2 ( recup, ref III Camere de amestec In aceste aparate componente ale centralelor de tratare a aerului (CTA), aerul recirculat din încăperile climatizate este amestecat cu aerul exterior (proaspăt) în vederea recuperării energiei. Camerele de amestec sunt echipate cu clapete de reglare a debitului atât pe partea aerului exterior, cât si pe cea a aerului recirculat. 120

122 Mărimi de intrare: - θ ev,1 ; x ev,1 temperatura si conţinutul de umiditate al aerului evacuat din încăperea (zona) climatizată înainte de intrarea în camera de amestec [ 0 C, respectiv g vapori /kg aer uscat]; - θ ref,1 ; x ref,1 temperatura si conţinutul de umiditate al aerului exterior înainte de intrarea în camera de amestec [ 0 C, respectiv g vapori /kg aer uscat ]; - q rec (echivalent ca notaţie cu q ev,1 ) debitul masic de aer recirculat prin camera de amestec [kg/s]; - q ext (echivalent ca notaţie cu q ref,1 )- debitul masic de aer exterior (proaspat) prin camera de amestec, în funcţie de condiţiile de diluare a nocivităţilor din aerul interior respirabil (condiţii igienico-sanitare), [kg/s] ; Calculul raportului de recirculare al camerei de amestec: qrec - R rec = (-) reprezintă raportul de recirculare în camera de amestec, scris ca raport q ext dintre debitul masic de aer recirculat q rec si debitul masic de aer exterior, ce pătrund în camera de amestec Marimi de iesire: - θ ref,2 ; x ref,2 temperatura si conţinutul de umiditate al aerului exterior la ieşirea din camera de amestec [ 0 C, respectiv g vapori /kg aer uscat ], calculate pe baza relaţiilor de bilanţ masic si de umiditate la nivelul camerei de amestec: θ ref,2 = θ ev,1 + ( 1 Rrecθ ref,1 ) (III.3.52) xref,2 = xev,1 + ( 1 Rrec xref,1 ) unde: - q ref,2 =q ext (1+R rec ) debitul masic de refulare la ieşirea din camera de amestec [kg/s]; - q ev,2 =q ext debitul masic de aer evacuat în exterior, [kg/s]; III Baterii de încălzire a aerului Calculul se referă atat la bateriile de preîncălzire şi, eventual, de reîncălzire a aerului, din cadrul centralei de tratare a aerului (CTA), pentru sistemele numai-aer şi aer-apă, cat şi la bateriile de încălzire locale, din încăperile climatizate, situaţie valabilă exclusiv la sistemele aer-apă. În toate cazurile, în urma încălzirii, aerul trebuie încălzit la o temperatura impusă θ inc. Mărimi de intrare: θ 1, x 1 temperatura si conţinutul de umiditate al aerului la intrarea în baterie de încălzire (aer exterior sau ieşit dintr-o cameră de amestec pe circuitul de refulare), [ 0 C, respectiv g vapori /kg aer uscat ]; q inc debitul masic de aer ce trece prin bateria de încălzire (aer exterior sau ieşit dintr-o cameră de amestec pe circuitul de refulare), în kg/s; Calculul puterii termice utile pentru încălzire : Φutil, inc = q inc ( θinc θ 1 ) (kw) (III.3.53) Mărimi de ieşire: θ 2 = θ inc temperatura aerului la ieşirea din bateria de încălzire, [ 0 C]; 121

123 x 2 =x 1 conţinutul de umiditate la ieşirea aerului din bateria de încălzire, egal cu cel de la intrarea în baterie (nu există schimb de energie latent), [g vapori /kg aer uscat ]; Dacă se scrie un bilanţ pe bateria de încălzire scris ca o egalitate între căldura cedată de agentul termic primar (apă caldă, abur) şi căldura primită de aer, se poate calcula debitul de agent primar ţinând cont de căldura specifică masică a acestuia şi diferenţa de temperatură θ, de obicei de ordinul a 20 ºC. a acestuia între intrarea şi ieşirea din baterie ( ) apa, tur θapa, retur Dacă agentul primar este apa caldă, atunci debitul de apă, G apă se va scrie: Φutil, inc Gapa = (kg/s) (III.3.54) η c θ θ BI p, apa ( ) apa, tur apa, retur iar puterea termică utilizată (necesară) pentru încălzire pe partea agentului termic primar se scrie: Putil, inc Φ nec, inc = (kw) (III.3.55) η BI în care η BI reprezintă randamentul termic al bateriei de încălzire a aerului (schimbătorului de căldură), furnizate de producător în fişa tehnică a echipamentului. III Baterii de răcire a aerului Calculul se referă atat la bateriile de răcire a aerului, din cadrul centralei de tratare a aerului (CTA), pentru sistemele numai-aer şi aer-apă, cat şi la bateriile de răcire locale, din încăperile climatizate, situaţie valabilă exclusiv la sistemele aer-apă. In general, în situaţia de vară, aerul exterior este răcit până la o temperatură θ rac impusă. Mărimi de intrare: θ 1, x 1 temperatura si conţinutul de umiditate al aerului la intrarea în baterie de răcire (aer exterior sau ieşit dintr-o cameră de amestec pe circuitul de refulare) [ 0 C, respectiv g vapori /kg aer uscat]; q v,rac debitul volumic de aer ce trece prin bateria de răcire (aer exterior sau ieşit dintr-o cameră de amestec pe circuitul de refulare), [m 3 /s]; θ BR temperatura medie a bateriei de răcire, funcţie de temperaturile de tur/retur ale apei de răcire (în cazul prezenţei unui agregat frigorific de preparare a apei răcite) sau egală cu temperatura de vaporizare a fluidului frigorific (în cazul răcirii prin detentă directă) [ 0 C]. Calcul: - variaţia temperaturii aerului în timpul procesului de răcire Δ θrac : Δθ = θ1 (III.3.56) rac θ rac - θ 2 temperatura aerului la ieşirea din bateria de răcire: θ 2 = θ 1 Δθ rac (III.3.57) - eficienta procesului de răcire ε rac : ε rac θrac θ = θ θ 1 BR BR (III.3.58) - conţinutul de umiditate al aerului la suprafaţa exterioară a bateriei de răcire x BR : x BR = EXP( /( θ BR + 235)) (III.3.59) - variaţia conţinutului de umiditate al aerului în urma răcirii Δ xrac : Δ x = 0; ( x x )( 1 ε ) (III.3.60) rac min( BR 1 rac - conţinutul de umiditate al aerului la ieşirea din bateria de răcire x 2 : 122

124 x 2 = x 1 Δx rac (III.3.61) - puterea utilă pentru a asigura procesul de răcire P rac (kw) : Φ util, rac = q v, rac [ 0.83( x2 x1 ) ( θ 2 θ1)] (III.3.62) Mărimi de ieşire: θ 2, x 2, Φ nec,rac Dacă se scrie un bilanţ termic pe bateria de încălzire, ca o egalitate între căldura cedată de agentul termic primar (apă răcită, agent frigorific) şi căldura primită de aer, se poate calcula debitul de agent primar ţinând cont, fie de căldura specifică masică a acestuia, c p [kj/kg K] şi θ, în cazul apei diferenţa de temperatură între intrarea şi ieşirea din baterie ( ) apa, retur θ apa, tur răcite, fie de căldura latentă de vaporizare, în cazul răcirii în detentă directă, cu agent frigorific. Dacă agentul primar este apa răcită, atunci debitul de apă, G apă se va scrie: Φutil, rac Gapa = (kg/s) (III.3.63) η c θ θ BR p, apa ( ) apa, retur apa, tur iar puterea termică utilizată (necesară) pentru răcire pe partea agentului termic primar se scrie: Φutil, rac Φ nec, rac = (kw) (III.3.64) η BR în care η BR reprezintă randamentul termic al bateriei de răcire a aerului (schimbătorului de căldură aer-apa ), furnizate de producător în fişa tehnică a echipamentului. Dacă agentul primar este un agent frigorific, atunci debitul de agent frigorific, G ag.frig. se va scrie: Φutil, rac Gag. frig. = (kg/s), (III.3.65) r ag. frig. In care r ag.frig. [kj/kg] este căldura latentă de vaporizare a agentului frigorific la temperatura de vaporizare necesară realizării procesului de răcire. Puterea termică utilizată pentru răcire se va scrie identic cu cea descrisă de relaţia (III.3.64), cu diferenţa că randamentul termic η BR se referă la vaporizatorul maşinii frigorifice (schimbător de căldură aer-agent frigorific ). III Umidificarea izotermă a aerului iarna In special în situaţia de iarnă, atunci când aerul exterior are un conţinut de umiditate redus, acesta trebuie umidificat până la o valoare setată impusă x umidif. Acest proces se realizează tehnic prin injectarea de abur saturat în curentul de aer, procesul termodinamic de evoluţie a aerului în camera de umidificare fiind cvasi-izoterm. Acest proces se realizează întotdeauna în cadrul CTA-urilor, indiferent de tipul sistemului de climatizare, însă umidificarea se poate realiza şi local, la sistemele de climatizare cu controlul strict al umidităţii interioare. Mărimi de intrare: θ 1, x 1 temperatura si conţinutul de umiditate al aerului la intrarea în camera de umidificare (aer exterior sau ieşit dintr-o cameră de amestec), [ 0 C, respectiv g vapori /kg aer uscat ]; q v.umidif debitul volumic de aer în procesul de umidificare, [m 3 /s]; x umidif valoare setată a conţinutului de umiditate al aerului după umidificare [g vapori /kg aer uscat]. 123

125 Calcul: θ 2 = θ 1 = θ iz (temperatura la ieşirea din umidificator este egală cu cea la intrare, în condiţiile menţionate), [ 0 C]; x 2 = x umidif conţinutul de umiditate al aerului la ieşirea din umidificator, [g vapori /kg aer uscat ]; Φ = ρ q *(1,85* θ )*( x ) (kw) (III.3.66) util, umidif aer * v, umidif iz umidif x1 este puterea termică utilă umidificării izoterme a debitului de aer volumic q v,umidif (m 3 /s). Aceste formule se vor aplica exclusiv în situaţia de iarnă, la creştera umidităţii aerului înainte de a fi refulat în încăperile climatizate, pentru a se evita senzaţia de uscăciune la interior din cauza unei umidităţi relative scăzute. In condiţii de vară, nu se utilizează umidificarea aerului. Mărimi de ieşire θ 2, x 2, Φ nec,umidif Puterea necesară umidificării izoterme a aerului va ţine cont de randamentul total al sistemului de distribuţie a aburului de la generatorul său propriu pană la duzele de pulverizare în curentul de aer ce trebuie umidificat, egal cu η Distrib, abur * ηduze, fără însă a ţine cont şi de randamentul propriu al generatorului propriu η Gen, abur, ce exprimă conversia energiei electrice în energie termică de vaporizare a apei pentru producere de abur. În aceste ipoteze, puterea necesară (utilizată) pentru umidificarea izotermă se va scrie: Φ util, umidif Φ nec, umidif = (kw) (III.3.67) η *η Distrib, abur Duze III Consumuri de energie electrică pe perioada climatizării Scopul acestui paragraf este de a calcula consumul de energie electrică pentru producerea frigului la nivelul GTF (chillerului), dar şi consumurile de energie electrică auxiliare utilizate pentru transportul aerului, al agentului termic primar de răcire şi încălzire prin circuitele hidraulice (pompe, ventilatoare, servomotoare de antrenare). III Consumul de energie electrică pentru producerea frigului Calculul consumului de energie electrică la nivelul agregatului frigorific (chillerului) se efectuează pe baza valorii coeficientului de performanţă al chiller-ului (COP), astfel: Qr Qel chiller = (kwh) (III.3.68), COP în care: Q el,chiller consumul de energie electrică la sursa de frig a sistemului de climatizare (chiller), în (kwh); Q r necesarul de energie total pentru răcire (kwh), obţinut prin însumarea energiilor necesare pentru răcire de la toţi consumatorii de frig din sistem (baterii de răcire din CTA sau locale). Aceste energii se obţin prin integrarea în timp a puterilor de răcire necesare, conform relaţiei (III.3.64). Coeficientul de performanţă COP al chillerului este furnizat în catalogul producătorului. III Consumul de energie electrică pentru transportul aerului Se calculează pornind de la puterea absorbită de ventilator, P abs,vent (kw), şi randamentul motorului electric de antrenare, η : Motor 124

126 Pabs, vent Pel, motor = (kw) (III.3.69) η în care: - P motor q Δp = v abs, vent este puterea absorbită de ventilator, q v (m 3 /s) debitul volumic de aer ηvent transportat de ventilator (egal cu debitul instalaţiei de climatizare), Δp (Pa) înălţimea de pompare a ventilatorului, iar η vent randamentul propriu al ventilatorului, furnizat în catalogul producătorului. - P el,motor (kw) este puterea electrică consumată de motorul de antrenare. Pentru a calcula consumul total de energie electrică pentru vehicularea aerului, se integrează pe perioada de timp considerată (lună, sezon de răcire sau an) puterea electrică descrisă de ecuaţia (III.3.69), ţinand cont de timpul de funcţionare al ventilatorului în această perioadă: Q el motor = Pel, motor numar ore functionare, (kwh) (III.3.70) Numărul de ore de funcţionare la sarcina nominală ale ventilatoarelor pe timpul unui an este dat în Anexa II.2.K a metodologiei MC 002. Numărul de ore de funcţionare la sarcină nominală este echivalat cu o valoare energetică echivalentă astfel încât pentru numărul de ore de funcţionare la sarcină parţială trebuie să se ţină cont de raportul dintre puterea electrică specifică la sarcină redusă şi cea la sarcină nominală pentru a obţine o mărime echivalentă. Dacă nu sunt disponibile date privind funcţionarea în sarcină redusă şi eficienţa energetică pentru aceasta, se recomandă utilizarea valorilor din Anexa II.2.K. III Consumul de energie electrică pentru transportul agentului termic primar de răcire sau încălzire Se raţionează similar ca în cazul ventilatoarelor, pornind de la debitele masice de agent termic primar (apă caldă, apă răcită), necesare proceselor de tratare a aerului în CTA sau în aparatele locale de răcire/încălzire. Aceste debite, notate G apă (în kg/s) au fost deja calculate în cadrul relaţiilor (III.3.54), (III.3.63) şi (III.3.65). Puterea electrică consumată de pompă se va scrie: Pabs, pompa Pel, pompa = (kw) (III.3.71) η pompa motor în care: qvδp - Pabs, pompa = este puterea absorbită de pompă, q v (m 3 /s) debitul volumic de apă η transportat de pompă, egal cu Gapa / ρ, Δ p (Pa) înălţimea de pompare a pompei, iar apa η pompa randamentul propriu al pompei, furnizat în catalogul producătorului; ρ apa (kg/m 3 ) este densitatea medie a apei, la temperatura medie de trecere prin bateria de răcire sau încălzire. - P el,motor (kw) este puterea electrică consumată de motorul de antrenare. Pentru a calcula consumul total de energie electrică pentru vehicularea aerului, se integrează pe perioada de timp considerată (lună, sezon de răcire sau an) puterea electrică descrisă de ecuaţia (III.3.71), ţinand cont de timpul de funcţionare al ventilatorului în această perioadă. Relaţia de calcul este identică cu (III.3.70). 125

127 III Consumul de energie electrică pentru umidificarea izotermă Se calculează pornind de la expresia puterii necesare umidificării, redate de ecuaţia (III.3.67) şi ţinand cont de randamentul propriu de funcţionare al generatorului de abur, η : P el, Gen. abur Gen, abur Gen, abur Φ nec, umidif = (kw) (III.3.72) η Pentru a calcula consumul total de energie electrică pentru umidificarea izotermă, se integrează pe perioada de timp considerată (lună, sezon de răcire sau an) puterea electrică descrisă de ecuaţia (III.3.71), ţinand cont de timpul de funcţionare al umidificatorului cu abur în această perioadă. Relaţia de calcul este : Q el Gen. abur = Pel, Gen. abur numar ore functionare, (kwh) (III.3.73) III Consumul de energie electrică pentru acţionarea servomotoarelor din sistemul de reglare În instalaţia de climatizare există o serie de organe de reglare, precum: vane cu două sau trei căi pentru reglarea debitelor de fluid sau clapete de reglare pentru debitul de aer, ce trebuie acţionate automat cu ajutorul unor servomotoare acţionate electric. Determinarea prin calcul a consumurilor de energie electrică ale acestor aparate este o sarcina dificilă şi complexă, deoarece nu se poate cunoaşte a priori timpul de funcţionare al acestor aparate, dar şi graficul de reglare al organelor de execuţie în funcţie de temperatură sau presiune, pe secvenţa de timp considerată. Dacă în cazul pompelor şi ventilatoarelor, consumul de energie electrică poate fi estimat cu oarecare precizie în funcţie de caracteristicile nominale ale acestor aparate (debite, înălţimi de pompare, randamente), în cazul servomotoarelor acest lucru devine aproape imposibil. Din acest motiv, recomandăm implementarea unui sistem de monitorizare permanentă al consumurilor de energie electrică proprii instalaţiei de climatizare, de tip BMS (Building Management System), pentru a putea compara consumurile estimate cu cele reale, măsurate. III Aplicaţii Domeniile principale de aplicare ale metodelor prezentate în acest paragraf sunt urmatoarele : - pentru metodele de calcul orare; - pentru metodele lunare; - pentru metodele anuale; - pentru metodele statistice Metode orare Daca aerul nu este introdus prin intermediul unui sistem de ventilare mecanică, caracteristicile termodinamice ale aerului de ventilare corespund celor pentru aerul exterior. In acest caz, se va calcula numai energia necesară pentru antrenarea ventilatorului montat pe circuitul de evacuare al aerului viciat din încăperi (daca acesta există). In restul cazurilor (ventilare mecanică controlată pe circuitul de refulare, cu sau fără tratarea termodinamica a aerului), paşii de calcul trebuie să urmeze următoarea ordine cronologică: 1. se definesc la inceputul calculului anual, caracteristicile sistemului de ventilare, cu excepţia condiţiilor privind climatul exterior si interior; 126

128 2. se definesc, ca valori orare: - caracteristicile aerului exterior (temperatură si conţinut de umiditate) θ ext, x ext - caracteristicile aerului interior (temperatură si conţinut de umiditate) θ int, x int ; pentru a evita probleme de convergenţă, se recomandă preluarea valorilor calculate pentru ora precedentă - valorile de temperatura si/sau conţinut de umiditate pre-setate (impuse); - debitele de aer din sistem (exterior, recirculat, evacuat, refulat) In continuare se procedează astfel: a) se calculează caracteristicile termodinamice ale aerului după recuperatorul de căldură (daca el există) atat pe circuitul de refulare, cat şi pe cel de evacuare; b) se calculează caracteristicile termodinamice şi energiile necesare pentru desfăşurarea următoarelor procese termodinamice: - încălzire; - răcire; - umidificare; - pierderi de energie prin suprafata exterioara a conductelor de transport ale aerului amplasate la exterior; - încălzirea suplimentara a aerului la trecerea prin ventilator(oare) Aceasta ordine poate să nu fie respectată de funcţionarea reala a instalaţiei, însă ea este corectă principial ţinând cont de urmatoarele ipoteze: - controlul preîncălzirii si prerăcirii este realizat pentru aerul refulat în zona încălzită sau racită; în acest caz, impactul pierderilor de energie la suprafaţa conductelor si castigurilor de energie în ventilator sunt astfel compensate; - temperatura setată pentru prerăcire este mai mică decât cea prevăzută pentru preîncălzire; - conţinutul de umiditate setat pentru umidificare este mai mic decât cel corespunzator temperaturii de saturaţie izoterme; Metode anuale si lunare - Sistem fără impact asupra umidităţii Se mentin aceleasi ipoteze de calcul ca în cazul metodelor orare, ţinând cont de distributia anuală (lunară) a temperaturii exterioare şi aplicand aceeasi ipoteză la calculul temperaturilor interioare. Rezultatele finale vor fi sub forma unor energii anuale (lunare) necesare pentru încălzire, răcire si auxiliarele acestora. - Sistem cu impact mediu sau mare asupra umidităţii Se mentin aceleasi ipoteze de calcul, ţinând cont de distributia anuala (lunara) a temperaturii si umiditatii exterioare si aplicand aceeasi ipoteza la calculul temperaturilor si umiditatilor interioare. Rezultatele finale vor fi sub forma unor energii anuale (lunare) necesare pentru preîncălzire, prerăcire, umidificare si auxiliarele acestora. III.3.5 Calculul consumurilor de energie pentru sistemele de climatizare cu controlul umidităţii interioare III Conţinut general şi domeniu de aplicare In acest paragraf se va da o metodă de calcul de tip grade zile pentru calculul sarcinii totale necesare la răcirea spaţiilor prevăzute cu instalaţie de climatizare cu controlul umidităţii interioare (aer condiţionat). 127

129 Calculul consumurilor de energie electrică la aparatele auxiliare (pompe, ventilatoare, umidificator cu abur, servomotoare) se face identic cu cel descris în paragrafele anterioare: III , III ,III şi III Domeniu de aplicare: clădiri climatizate, cu controlul umidităţii, echipate cu unul din următoarele tipuri de sisteme de climatizare: - sisteme de climatizare de tip numai aer, - sisteme de climatizare de tip aer-apă cu aparate terminale ventiloconvectoare Calculul se aplică la clădiri rezidenţiale sau nerezidenţiale sau părţi ale acestora, care vor fi denumite generic clădire. Metoda de calcul poate fi dezvoltată pentru estimarea consumurilor energetice şi în cazul altor tipuri de sisteme de climatizare. Obiectiv: calculul energiei necesare climatizării clădirilor pentru asigurarea unei temperaturi şi a unei umidităţi interioare prescrise precum şi energia consumată de sistemul de climatizare în acest scop. III Metoda de calcul Metoda de calcul pentru necesarul de energie pentru răcire şi dezumidificare este de tip grade-zile. Sunt luaţi în calcul factori specifici, corespunzători domeniului de aplicare şi anume: - consumurile de energie datorate sarcinilor de căldură latentă - existenţa unor sarcini importante datorate debitelor mari de aer proaspăt - utilizarea în cadrul sistemelor de climatizare a recuperatoarelor de căldură (sensibilă sau sensibilă şi latentă) - inerţia termică a elementelor de construcţie - varietatea mare de tipuri de instalaţii de climatizare şi a surselor de frig utilizate (sisteme centralizate numai aer, sisteme cu aparate terminale de tip aer-apă, chillere cu compresie mecanică, chillere cu absorbţie, chillere reversibile pompe de căldură, etc.) Metoda de calcul a consumului de energie este lunară. Pentru a se putea evalua consumul total de energie corespunzător tuturor echipamentelor din cadrul unui sistem de climatizare, se introduce de asemenea o metodologie de calcul pentru energia necesară proceselor de umidificare şi vehiculare aer. III Principalele date de intrare şi ieşire ale metodei de calcul Datele de intrare necesare în calcul sunt: - caracteristicile elementelor de anvelopă pentru încăperea climatizată; - scenariul de ocupare al încăperii climatizate; - sursele interne de căldură şi umiditate; - climatul exterior; - date privind sistemul de climatizare: debitul de aer; debitul de aer proaspăt, valorile prescrise pentru parametrii de confort (temperatura, umiditate), temperatura şi umiditatea aerului refulat în încăpere, coeficientul de performanţă al instalaţiei frigorifice, pierderea de sarcină din sistem, randamentul ventilatorului, modul de funcţionare al ventilatorului (1 treaptă de turaţie, 2 trepte de turaţie, variaţie continuă turaţie), 128

130 eficacitatea recuperatorului de căldură (dacă există). Datele de ieşire sunt: - necesarul de energie lunar şi anual pentru climatizarea clădirilor (răcire, încălzire, umidificare, vehiculare aer) - consumul de energie electrică al GTF (Generatorul Termodinamic de Frig)- chillerul. III Consumul de energie anual pentru climatizare III Consumul de energie pentru răcire şi dezumidificare Calculul consumului de energie porneşte de la determinarea sarcinii anuale totale de răcire de tip grade-zile, pe baza relaţiei: N ( θ ) NGZ aem θ = b ( ) ( grade zile ) (III.3.74) 1 e k θaem θb unde: N număr de zile (pentru luna de calcul considerată) (zile); θ aem temperatura medie lunară a aerului exterior (pentru luna de calcul considerată) ( C); θ b temperatura de bază calculată conform metodologiei de mai jos, în funcţie de tipul sistemului de climatizare ( C); K constantă, valoare utilizată de regulă: 0,71. Calculul consumului de energie electrice pentru răcire şi dezumidificare se efectuează pe baza numărului de grade-zile şi a valorii coeficientului de performanţă al chiller-ului, astfel: Qr Qel, chiller = COP (kwh) (III.3.75) Unde: Q r = 24 mc p NGZ (kwh) (III.3.76) unde: Q el,chiller consumul de energie electrică la sursa de frig a sistemului de climatizare (kwh); Q r necesarul de energie anual pentru răcire şi dezumidificare (kwh); COP coeficient de performanţă al chiller-ului; m debitul masic de aer vehiculat în sistemul de climatizare (kg/s); cp căldura specifică a aerului (kj/kg C). Temperatura de bază, ce apare în relaţia (III.3.74), se calculează în funcţie de tipul sistemului de climatizare după cum urmează: a) sisteme de climatizare numai aer Temperatura de bază utilizată în metoda de calcul grade-zile depinde de: - temperatura de confort a aerului interior (valoarea setată) din încăperea climatizată, - sarcina de răcire sensibilă datorată aerului proaspăt - încălzirea aerului în ventilatorul de introducere (termenul al doilea din ecuaţia de mai jos), 129

131 - degajările de căldură sensibilă de la surse interioare din încăperea climatizată şi aporturile de căldură datorate radiaţiei solare (termenul al treilea din ecuaţia de mai jos) - aporturile de căldură prin transmisie pentru încăperea climatizată (termenul al patrulea din ecuaţia de mai jos) - degajările de căldură latentă de la surse interioare din încăperea climatizată şi sarcina de răcire latentă datorată aerului proaspăt (ultimul termen din ecuaţia de mai jos) v& ΔP Qs m U ' θb = θ a ( θ aezi θ ai ) 2400Δx ( C) (III.3.77) i mc & η mc & mc & p v p p unde: θ ai temperatura prescrisă a aerului interior din încăperea climatizată ( C); v& debitul volumic de aer vehiculat în sistemul de climatizare (m 3 /s); m& - debitul volumic de aer vehiculat în sistemul de climatizare (kg/s); c p căldura specifică a aerului, egală cu aproximativ 1 kj/kg K; ΔP presiunea introdusă în sistem de ventilator (Pa); η v randamentul ventilatorului; Q sm degăjări de căldură sensibilă de la surse interioare: ocupanţi, iluminat, echipamente - şi aporturi de căldură de la radiaţia solară (kw); pe baza valorilor calculate se determină valoarea medie lunară (pentru luna de calcul considerată) (kw); U = AU (kw/k), A suprafaţa elementului de construcţie prin care au loc aporturi de căldură prin transmisie (m 2 ); U coeficient global de transfer termic al elementului de construcţie prin care au loc aporturi de căldură prin transmisie (kw/m 2 C); θ aezi temperatura medie a aerului exterior pe perioada de ocupare a încăperii climatizate (pentru luna de calcul considerată) ( C); θ ai temperatura aerului interior a încăperii climatizate, ( C); Δx = x e x s, diferenţa medie lunară de conţinut de umiditate (pentru luna de calcul considerată), (kg/kg), x e conţinutul de umiditate al aerului exterior (kg/kg) şi x s - conţinutul de umiditate la ieşirea din bateria de răcire (kg/kg); diferenţa medie de conţinut de umiditate se determină utilizând relaţia: x ( ) e x x s e xs = (kg/kg) (III.3.78) 1 e k( x e x s ) cu xe - conţinutul de umiditate mediu lunar al aerului exterior (pentru luna de calcul considerată) (kg/kg) şi k parametru calculat pe baza expresiei: 2,5 k = (III.3.79) σ x σ x deviaţia standard pentru conţinutul de umiditate lunar al aerului exterior; valoarea depinde de amplasarea geografică a clădirii climatizate. Obs. 1) Pentru luarea în considerare a inerţiei termice, expresia de calcul a temperaturii de bază se modifică astfel: θb vδp Q U ' Q = θai 2400Δx + mc & mc & mc & mc & pηv sm p unde: CΔθi Qc = (kw) ( θaezi θai ) p c p ( C) (III.3.80) 130

132 Q c rata medie zilnică de stocare termică a elementelor de construcţie (kw); C = ρ c pm V (kj/ C), capacitatea termică a elementelor de construcţie ale încăperii climatizate; ρ - densitatea materialelor elementelor de construcţie (kg/m 3 ); c pm căldura specifică a materialelor elementelor de construcţie (kj/kg C); V volumul elementelor de construcţie (m 3 ); t ( θai aen τ Δθi = e θ ) ( C) (III.3.81) Δθ i rata de răcire a elementelor de construcţie (diferenţa de temperatură între temperatura elementelor de construcţie şi temperatura aerului interior) ( C); t perioada de neocupare a încăperii climatizate (h); τ constanta de timp a elementelor de construcţie (h); θ aen temperatura medie a aerului exterior noaptea (pentru luna de calcul considerată) ( C). 2) în cazul în care există în cadrul sistemului de climatizare recuperatoare de căldură (numai sensibilă sau sensibilă şi latentă) calculul numărului de grade-zile se realizează pe baza relaţiei: ( θaem θb ) k θ θ ( θaem θai ) k θ NGZ N ε = ( ) ( ) ( grade zile ) (III.3.82) 1 e aem b 1 e aem ai unde: ε - eficacitatea recuperatorului de căldură; în absenţa unei valori, se poate determina conform relaţiei: unde: m& =1 m& + m& AP ε (III.3.83) m& m& AP R AP R debitul de aer proaspăt (kg/s; m 3 /s); debitul de aer recirculat (kg/s; m 3 /s). * Notaţiile din această ecuaţie sunt identice cu cele utilizate anterior, cu menţiunea că în expresia temperaturii de bază se modifică calculul diferenţei medii de conţinut de umiditate după cum urmează: x ( ) e xs ε ( xe x ) x r e xs = (kg/kg) (III.3.84) 1 e k( xe xs ) 1 e k( xe xr ) unde: x r conţinutul de umiditate din aerul recirculat (considerat egal cu conţinutul de umiditate din încăperea climatizată) (kg/kg) b) sisteme de climatizare de tip aer-apă cu aparate terminale ventiloconvectoare Există două situaţii de calcul, în funcţie de configuraţia sistemului de climatizare: - cazul în care ventiloconvectoarele din încăperi preiau sarcinile latente; în această situaţie metoda de calcul este similară metodologiei descrisă mai sus pentru determinarea temperaturii de bază, considerând toate ventiloconvectoarele prin intermediul unui ventiloconvector echivalent şi utilizând sarcini medii la nivelul întregii clădiri 131

133 - cazul în care ventiloconvectoarele asigură doar partea sensibilă, bateria de răcire a centralei de tratare pentru aerul proaspăt asigurând sarcina latentă; în această situaţie expresia de calcul a temperaturii de bază pentru calculul numărului de grade-zile se scrie: m& m& θ = θ + R ( ) AP Δx b s θae θr 2400 ( C) (III.3.85) m& m& unde: θ s temperatura aerului la ieşirea din bateria de răcire a ventiloconvectorului ( C); θ r temperatura aerului din încăperea climatizată ( C). III Consumul de energie pentru umidificarea aerului Consumul energetic se determină în funcţie de următorii parametrii: - valoarea minimă a umidităţii aerului din încăpere - sursele de umiditate din încăpere - umiditatea aerului exterior - debitul de aer proaspăt al încăperii In cadrul metodologiei de calcul se consideră valori medii zilnice pentru aceste mărimi. Metoda de calcul ţine seama şi de eventuala prezenţă a unui recuperator de căldură latentă în cadrul sistemului de climatizare. Umiditatea transferată aerului din instalaţia de climatizare prin intermediul echipamentelor specifice se calculează conform relaţiei: xg x = z xi, min (g vapori /m 3 aer) (III.3.86) m' e unde: x Z umiditatea adăugată aerului tratat de sistemul de climatizare, (g vapori /m 3 aer); x i,min valoarea minimă a umidităţii din aerul interior, (g vapori /m 3 aer); x g degajările medii de umiditate de la surse interne, g vapori /h m 2 (valori recomandate conform Anexei II.2.I din MC 002); m e debitul de aer proaspăt raportat la unitatea de suprafaţă, m 3 /h,m 2 ; Cantitatea totală anuală de apă utilizată pentru umidificare se determină pe baza debitului de aer tratat şi a diferenţei zilnice între valoarea conţinutului de umiditate al aerului refulat în încăpere şi valoarea conţinutului de umiditate al aerului exterior: W 24 h m' x x = 24h m' x x x (g apa /an) (III.3.87) [ ( e i, min e ) ] ( ( )) ( ) = e z e g Obs. Relaţia de mai sus este utilizată numai pentru momentele de timp pentru care este satisfăcută inegalitatea: xg ( x z xe ) = xi, min xe > 0 (III.3.88) m' e Dacă sistemul de climatizare este prevăzut cu un recuperator de căldură latentă, umidificarea aerului exterior pe baza schimbului de masă din recuperator se determină astfel: Δx = η x x (III.3.89) recuperator ( ) i, min e 132

134 unde: η recuperator eficienţa schimbului de căldură latent la nivelul recuperatorului In acest caz, cantitatea de apă necesară pentru umidificare este: W [( m' e ( xi xe )( 1 ηrecuperator ) x ] = 24h min g, (g vapori /an) (III.3.90) Obs. Calculul pe baza relaţiei anterioare se efectuează pentru momentele de timp pentru care: xg ( xi, min xe )( 1 η recuperator ) > 0 (III.3.91) m' e Energia consumată pentru umidificare se determină pe baza consumului de apă necesar pentru umidificare estimat cu relaţiile de mai sus, în funcţie de configuraţia sistemului de climatizare: Q h = C h W (Wh/an) (III.3.92) unde: C h coeficient de consum specific de energie electrică pentru umidificare, în funcţie de tipul procesului de umidificare folosit (umidificare cu abur sau umidificare cu apă) (Wh/g). Valorile recomandate sunt date în Anexa II.2.J din MC

135 III. 4 Calculul consumului de energie şi al eficienţei energetice a instalaţiilor de apă caldă de consum Orice instalaţie de alimentare cu apă caldă de consum poate fi descrisă cu ajutorul a patru sisteme componente, definindu-se astfel şi modul de utilizare a energiilor. Împărţirea instalaţiei în sisteme componente şi utilizarea energiei sunt ilustrate în figura III.4.1. Metodologia şi paşii de calcul urmăresc în sens invers direcţia de transmitere a energiei în instalaţia de alimentare cu apă caldă, respectiv direcţia de calcul este inversă direcţiei fluxului de energie. Calculul începe cu evaluarea consumurilor de energie necesară volumului de apă caldă furnizat la consumator (baterii amestecătoare montate la punctele de consum) şi se finalizează cu evaluarea energiei consumate pentru fiecare din sistemele componente ale instalaţiei, prin calculul pierderilor de energie corespunzătoare fiecărui sistem. In final, cantitatea de energie utilă reprezintă consumul total de energie pentru furnizarea necesarului de apă (energia utilă netă) şi acoperirea pierderilor şi risipei din sistem. Energia necesară acoperirii pierderilor cuprinde, pe de o parte, pierderile de căldură aferente sistemelor, cât şi energiile auxiliare (electrice) necesare alimentării agregatelor de pompare şi/sau servomecanismelor, W ac,e, care se calculează separat (în cazul în care se apreciază că este necesară estimarea lor). Utilizare finala a caldurii Qac pierder caldura Furnizare ACM Pierderi recuperabile de caldura pentru incalzire i Qac,c Caldura + pierderi pierderi caldura Distributie ACM Qac,d Caldura + pierderi pierderi caldura Qac,s Caldura + pierderi Qac,g pierderi caldura Acumulare Preparare ACM ACM Energie electrica Energie electrica auxiliara auxiliara Wac,d Wac,s Wac,g Gaz natural combustibil, electricitate, Biomasa, energie solara, pompa de caldura Energie electrica auxiliara Wac DIRECTIA DE CALCUL Furnizare ACM Distributie ACM Acumulare ACM Preparare ACM Figura III.4.1- Forme de energie consumate în instalaţia de alimentare cu apă caldă de consum, direcţia de calcul şi împărţirea în sisteme componente a instalaţiei de alimentare cu apă caldă de consum. Pe perioada sezonului de încălzire, sau în lunile în care necesarul de căldură pentru încălzirea spaţiului este semnificativ ca valoare, o parte din pierderile de căldură aferente instalaţiei de 134

136 alimentare cu apă caldă de consum şi o parte din energia auxiliară pentru fiecare din sistemele componente devin energii recuperabile. Calculele se consideră definitivate, pentru fiecare din sistemele considerate, în momentul obţinerii valorii finale de energie utilă în sistem (utilă netă+ pierderi). III.3.1.Consumul d energie pentru apa calda Pentru o perioadă determinată (an, lună, săptămână) consumul de energie pentru apa calda Q ac, se calculează cu relaţia următoare: Qacm = (Qac + Qac,c + Qac,d + Qac,s + Qac, g) [J] (III.4.1) în care: Q ac consumul de energie datorat furnizării / utilizării la consumator a apei calde [J]; Q ac,c pierderea de căldură datorată furnizării / utilizării la consumator a apei calde la temperatură diferită de temperatura nominală de calcul [J] Q ac,d pierderea de căldură pe conductele de distribuţie [J]; pierderea de căldură depinde de lungimea reţelei sistemului de distribuţie a apei calde de consum, de amplasarea conductelor de distribuţie, de izolarea lor termică, de temperatura apei calde şi de sistemul de control aferent [J]; Q ac,s pierderea de căldură corespunzătoare sistemelor de acumulare a apei calde de consum [J]; Q ac,g pierderea de căldură aferentă echipamentului de preparare a apei calde de consum cât şi pe circuitul de agent termic primar, atât pe perioada de funcţionare a acestuia cât şi pe perioada de nefuncţionare [J]. În unele situaţii, aceste sisteme se combină sau se separă, după cum se poate exemplifica: Q ac,c (necesarul de căldură corespunzător furnizării apei calde la punctele de consum) şi Q ac,d (pierderile de căldură din reţeaua de distribuţie a apei calde de consum) pot fi combinate, din motive practice (de exemplu, în cazul preparării locale a apei calde de consum, în care lungimea conductelor de distribuţie a apei calde este nesemnificativă); În cazul instalaţiilor de alimentare cu apă caldă de consum în care distribuţia apei este însoţită de o instalaţie de recirculare, este importantă considerarea distinctă a zonelor din instalaţie în care există recircularea apei calde şi celor în care recircularea lipseşte. Pentru evaluarea instalaţiilor cu sisteme de recirculare, Q ac,d trebuie să fie determinat distinct pe zone din instalaţie cu şi fără recirculare; În cazul prezenţei sistemelor locale de încălzire şi preparare a apei calde de consum (de exemplu centrale murale), este mai greu de realizat o distincţie clară între cantităţile de energie necesare producerii Q ac,g şi stocării acm Q ac,s, astfel că în final, cei doi termeni Q ac,s şi Q ac,g trebuie să fie exprimaţi cumulat. Se urmăreşte stabilirea consumului anual de energie pentru instalaţia de alimentare cu apă caldă de consum. Acest obiectiv poate fi atins în două moduri, după cum urmează: - utilizând informaţii privind perioada de funcţionare anuală a instalaţiei, care permit determinarea unor valori medii globale (metodă aplicabilă clădirilor existente pentru care există date privind consumurile facturate de apă caldă de consum etc); - împărţind anul într-un număr de perioade de calcul (ex: luni, săptămâni), şi determinând consumul total prin însumarea energiilor corespunzătoare pentru fiecare perioadă (metodă utilizabilă pentru clădiri noi şi pentru cele existente). Procedura generala de calcul este sintetizată după cum urmează: 1) se definesc numărul de peroane sau consumatori 135

137 2) în cazul ocupării clădirii cu intermitenţă, se definesc pentru perioada de calcul, intervalele de timp care sunt caracterizate de programul de furnizare apa calda (de exemplu zi, noapte, sfârşit de săptămâna); 3) consumul de energie pentru cantitatea de apa calda consumata, Qac 4) consumul de energie pentru cantitatea de apa calda pierduta, Qacc 5) necesarul de energie pentru apa calda tinand cont de pierderi pe reţeaua de distribuţie, la stocare sau producerea apei calde. In cele ce urmează sunt prezentate relaţiile de calcul pentru clădiri racordate la surse centralizate (paragraf III.4.2), clădiri cu preparare locala (paragraf III.4.3) figura III

138 CARACTERISTICI GEOMETRICE (S INC, S u ) III CONSUM DE ENERGIE PENTRU APA CONSUMATA (Qac) III CONSUM DE ENERGIE PENTRU APA PIERDUTA (Qacc) III PIERDERI DE ENERGIE PRIN SISTEMUL DE DISTRIBUTIE (Qd) III CONSUM DE ENERGIE AUXILIARA (Wde) III CONSUM DE ENERGIE PENTRU INSTALATIA APA CALDA,(Qacm) III Figura III.4.2.a Schema bloc de calcul a consumului de energie pentru apa calda pentru clădiri alimentate de la surse centralizate 137

139 CARACTERISTICI GEOMETRICE (S INC, S u ) III CONSUM DE ENERGIE PENTRU APA CONSUMATA (Qac) III CONSUM DE ENERGIE PENTRU APA PIERDUTA Qacc III PIERDERI DE ENERGIE PRIN SISTEMUL DE DISTRIBUTIE (Qd) III CONSUM DE ENERGIE AUXILIARA (Wde) III CONSUM DE ENERGIE LA STOCARE (Qac,s) III CONSUM DE ENERGIE LA SURSA (Qac,g) III ` CONSUM DE ENERGIE PENTRU INSTALATIA APA CALDA,(Qacm) III Figura III.4.2.b Schema bloc de calcul a consumului de energie pentru apa calda pentru clădiri cu preparare locala III.4.2. Schema bloc de calcul a consumului de energie pentru apa calda pentru clădiri alimentate de la surse centralizate III Caracteristici geometrice Aria ncalzită : suma ariilor tuturor spatiilor încălzite direct si indirect sau in contact cu spatii încălzite (holuri, camere de depozitare, spatii de circulaţie comună); Aria utilă S u : suma ariilor tuturor camerelor de zi, dormitoare, holuri, bucătărie, baie etc; (nu se consideră suprafaţa balcoanelor şi teraselor); 138

140 III Necesarul de energie pentru prepararea apei calde de consum (energia utilă netă) Necesarul de energie pentru prepararea apei calde de consum corespunde energiei necesare încălzirii apei calde cerută de consumator, la temperatura dorită. Pentru clădiri existente în cazul în care există un sistem de contorizare al volumului de apă caldă consumată, atunci necesarul de apă caldă poate fi determinat direct, prin aplicarea relaţiei III.4.2. pe baza consumurilor de apă caldă facturate. In cazul lipsei unui sistem de contorizare, necesarul de apă caldă de consum poate fi determinat în funcţie de numărul şi de tipul consumatorilor. Energia totală pentru încălzirea necesarului de apă caldă de consum se determină prin însumarea cerinţelor individuale. Formula generală de determinare a necesarului de căldură pentru prepararea apei calde de consum, Q ac, este dată de relaţia: Q ac = n i= 1 ρ * c * V ac * ( θ ac - θ ar ) (III.4.2) în care: ρ densitatea apei calde de consum[kg/m 3 ] ( tabel III.4.1 ); c căldura specifică a apei calde de consum [J/kg K] (tabel III.4.1); V ac volumul necesar de apă caldă de consum pe perioada considerată [m 3 ]; θ ac temperatura de preparare a apei calde [ o C]; θ ar temperatura apei reci care intră în sistemul de preparare a apei calde de consum [ o C]; i 1, n reprezintă indice de calcul pentru categoriile de consumatori. Tabel III densitatea şi căldura specifică a apei calde în funcţie de temperatură θ [ o C] 5 o C 10 o C 15 o C 40 o C 50 o C 55 o C 60 o C ρ [kg/m 3 ] 999,9 999,7 999,1 992,2 988,0 985,6 983,2 c [kj/(kg K)] 4,200 4,188 4,184 4,182 4,182 4,182 4,183 Relaţia de calcul (III.4.2) poate fi aplicată diferitelor perioade de timp reprezentative pentru consum. De exemplu, acolo unde volumul de apă V ac reprezintă volumul anual de apă, atunci necesarul de căldură pentru prepararea apei calde are valoarea anuală. Temperatura de preparare a apei calde de consum se diferenţiază faţă de temperatura de utilizare a apei calde; pentru preparare, se adoptă temperaturi de o C, iar pentru utilizare, temperaturile se încadrează în intervalul 35 şi 60 o C, după cum urmează: - pentru igienă corporală o C; - pentru spălat / degresat o C. Pentru clădiri noi, volumul de apă caldă de consum se determină cu următoarea relaţie de calcul: V ac = a N u / 1000 [ m 3 ] (III.4.3) în care: a necesarul specific de apă caldă de consum, la 60 o C [m 3 ], pentru unitatea de utilizare/folosinţă, pe perioada considerată; N u numărul unităţilor de utilizare / folosinţă a apei calde de consum (persoană) Valorile pentru a şi N u depind de: - tipul şi destinaţia clădirii; - tipul activităţii desfăşurate în clădire; 139

141 - tipul activităţilor, pe zone ale clădirii, atunci când în clădire există mai multe activităţi care diferenţiază volumele de apă caldă consumate în clădire; - standardele sau clasa de activitate, ca de exemplu numărul de stele pentru hoteluri sau categoria restaurantelor. Valorile lui a sunt prezentate in Anexa III.4.1. Numărul de persoane N u aferent clădirilor de locuit se determină ca valoare medie, în funcţie de indicele mediu de ocupare a suprafeţei utile a clădirilor, utilizând următoarea procedură de calcul: - se determină suprafaţa utilă S u [m 2 ] (camere de zi, dormitoare, holuri, bucătărie, baie etc; nu se consideră suprafaţa balcoanelor şi teraselor); - se apreciază indicele mediu de locuire, i Loc, ca având valori cuprinse în intervalul 0,04 0,055 (valoarea corespunde unei suprafeţe utile pentru o persoană de m 2, în funcţie de tipul clădirii (individuală, înşiruită sau bloc) şi de amplasarea acesteia (judeţ şi mediu urban sau rural); - se determină numărul mediu normat de persoane aferent clădirii, utilizând următoarea relaţie de calcul; N = S i [persoane/ap] (III.4.4) u u Loc Pentru alte tipuri de clădiri valorile consumului de apa calda sunt prezentate in anexa III.4.2. Numărul de persoane N u aferent clădirilor terţiare se considera ca valoare obţinuta de la administratorul clădirii. Temperatura de preparare a apei calde menajere este cuprinsă in intervalul o C, în funcţie de poziţia echipamentului de preparare în raport cu punctele de consum. In scopul definirii unei date comparabile de calcul, se va folosi ca temperatură nominală de preparare a apei calde de consum, temperatura de 60 o C. Variaţia temperaturii apei reci poate avea un efect important în evaluarea necesarului de căldură pentru producerea apei calde de consum. În mod convenţional, aceasta se consideră egală cu 10 o C. Pentru a ţine seama de diferitele zone geografice se pot lua în considerare variaţii locale în funcţie de categoria sursei, conform datelor din tabelul III.4.2. Tabelul III Temperatura apei reci Captare a apei din: Temperatura apei reci ( o C), în lunile anului: I II III IV V VI VII VIII IX X XI XII Medie Râuri de munte ,5 Râuri de câmpie sau ,5 lacuri Puţuri de mică ,0 adâncime Puţuri de medie adâncime ,5 III Necesarul de energie pentru pierderile de apa calda de consum Pentru clădiri noi volumul de apă caldă corespunzător pierderilor şi risipei de apă caldă de consum pe perioada considerată se consideră zero. Q ac,c reprezintă pierderea de căldură datorată furnizării / utilizării la consumator a apei calde la temperatură diferită de temperatura nominală de calcul şi se determină cu relaţia: n Q ac,c = ρ * c * V ac,c * ( θ ac,c - θ ar ) i= 1 (III.4.5) în care: ρ densitatea apei calde de consum[kg/m 3 ] ( tabel III.4.1 ); 140

142 c căldura specifică a apei calde de consum [J/kg K] (tabel III.4.1); V ac,c volumul corespunzător pierderilor şi risipei de apă caldă de consum pe perioada considerată [m 3 ]; θ ac,c temperatura de furnizare/utilizare a apei calde la punctul de consum[ o C]; θ ar temperatura apei reci care intră în sistemul de preparare a apei calde de consum [ o C]; i =1, n reprezintă indicele de calcul pentru categoriile de consumatori. Pentru clădiri existente la evaluarea termenului V ac,c se tine seama de următoarele aspecte: starea tehnică a echipamentelor de consum prezenţa reţelei de recirculare a apei calde de consum Dacă există posibilitatea vizitării subsolului acesta aflând se în stare uscată, pierderile de apă se estimează după starea tehnică a armăturilor din imobilul vizat, după cum urmează: în cazul armăturilor într-o stare tehnică bună în proporţie de 30%, atunci se estimează pierderi de maxim 5 l/om,zi x (n ac /24), unde n ac reprezintă numărul zilnic de ore de livrare a apei calde menajere (valoare medie anuală); în cazul armăturilor într-o stare tehnică precară (armături defecte) şi în cazul în care se constată că subsolul blocului/scării expertizate este umed, atunci se consideră pierderi de maxim 30 l/om,zi x (n ac /24), unde n ac reprezintă numărul zilnic de ore de livrare a apei calde menajere (valoare medie anuală). Aceste valori corespund unor coeficienţi de pierderi şi risipă de apă de 10-25% din volumul de apă normat. Daca nu există posibilitatea vizitării subsolului acesta fiind inundat, pierderile de apă caldă de consum se pot estima şi cu ajutorul unor coeficienţi de calcul, astfel încât volumul real de apă caldă necesară consumului este determinat de valoarea teoretică a volumului de apă caldă amendată de coeficienţi supraunitari, care majorează valoarea teoretică, în funcţie de timpul de aşteptare pentru furnizarea, la punctele de consum (datorită lipsei sistemelor de recirculare a apei calde şi datorită stării tehnice a armăturilor) V + = V f f [m 3 ] ac (III.4.6) V ac, c ac 1 2 Se pot adopta următoarelor valori pentru coeficienţii f: - f 1 = 1, 30 pentru obiective alimentate în sistem centralizat, fără recirculare - f 1 = 1, 20 pentru obiective alimentate în sistem local centralizat - f 1 = 1, 10 pentru obiective alimentate în sistem local - f 2 = 1, 10 pentru instalaţii echipate cu baterii clasice - f 2 = 1, 05 pentru instalaţii echipate cu baterii monocomandă în care: f 1 depinde de tipul instalaţiei la care este racordat punctul de consum f 2 depinde de starea tehnică a armăturilor la care are loc consumul de apă caldă III Pierderi de energie prin sistemul de distribuţie Q d = U θ ) L t [J] sau [kwh] (III.4.7) i ' i ( m θa, i i H cu U valoarea coeficientului de transfer de căldură în W/mK θ m θ L i t H a temperatura medie a agentului termic în 0 C temperatura aerului exterior(ambianţă) în 0 C lungimea conductei indicele corespunzator conductelor cu aceleaşi condiţii la limita numărul de ore în pasul de timp (h/pasul de timp) 141

143 Valoarea coeficientului U de transfer de căldură pentru conductele izolate, care ia în considerare atât transferul de căldură prin radiaţie cat şi prin convecţie este dat de relaţia: π U ' = (III.4.8) 1 da 1 ( ln + ) 2 λ d α d D i a a in care: d i, d a diametrele conductei fara izolaţie, respectiv diametrul exterior al conductei (m) α a - coeficientul global de transfer termic la exteriorul conductei (W/m²K) (α a =1/0,33) λ D coeficientul de conducţie a izolaţiei (W/mK) Pentru conductele pozate subteran coeficientul de transfer U se calculează cu relaţia: π U em' = (III.4.9) 1 1 D 1 4 z ( ln + ln ) 2 λ d λ D D E unde z adâncimea de pozare λ E coeficientul de conducţie al solului (W/mK) Pierderile de căldură ale unui sistem de conducte trebuie să ia în considerare nu numai pierderile aferente conductelor dar şi pe cele ale elementelor conexe (robinete, armaturi, suporturi neizolate, etc.). In mod similar luând în considerare lungimea conductelor din spatiile neîncălzite se pot calcula pierderile de căldură nerecuperabile prin conductele verticale (coloane) dacă acestea sunt pozate în spaţii neîncălzite. In cazul în care coloanele se află în spaţii încălzite, aceste pierderi se consideră recuperabile intrând în calcul la ajustarea necesarului de căldură. Un sistem de distribuţie a apei calde de consum cu recirculare se defineşte printr-un circuit în care recircularea se realizează în mod continuu sau automat, în funcţie de valoarea temperaturii apei calde de consum în conductele de distribuţie, astfel încât temperatura la consumator să nu scadă sub o valoare prestabilită. Recircularea apei în sistemul astfel închis se realizează cu ajutorul unei pompe. Din circuitul astfel format, se alimentează, prin intermediul unor tronsoane independente, consumatorii de apă caldă de consum. In anumite situaţii, sistemul de recirculare se poate extinde până la punctele de consum / receptori. Pierderile de căldură pentru reţelele de recirculare pot fi evaluate în funcţie de diametrul conductelor şi de materialul din care sunt realizate acestea, cu ajutorul datelor precalculate, oferite tabelar sau grafic. Pentru calcule orientative/informative, se poate aproxima o pierdere de căldură pe conductele de recirculare de 40 W/m. Dacă sistemul de recirculare a apei calde de consum nu funcţionează continuu, atunci se vor înregistra pierderi de căldură suplimentare de la traseele de distribuţie şi circulaţie către mediul exterior, în perioadele de nefuncţionare a pompelor. Pierderile de căldură corespunzătoare se pot aprecia cu următoarea relaţie de calcul: ( θ m, ac, d amb ) N n Q = c V θ ac, d, fara _ c ac ac [W/lună] (III.4.10) în care: V ac volumul de apă caldă de consum conţinut în conductele de distribuţie şi circulaţie [m 3 ] ; N n perioada de nefuncţionare a instalaţiei de recirculare a apei calde. Aceste pierderi de căldură suplimentare, aferente perioadei de nefuncţionare a sistemului de circulaţie se adaugă pierderilor de căldură totale pe distribuţie. 142

144 III Consum de energie auxiliara (Wde) Consumul de energie electrică al pompelor poate fi determinat cu relaţia:, d, pompa = n Ppompa III.4.11) Wac 0 În care W ac d, pompa, energia electrică necesară acţionării pompei (de la hidrofor, de circulaţie, etc) [kwora/an] n numărul de ore de funcţionare / an [ore/an] 0 P puterea pompei [kw] pompa III Consum de energie pentru instalaţia apa calda,(qacm) Consumul total de energie pentru apa calda se obţine din însumarea termenilor prezentaţi in paragrafele anterioare, respectiv: Qacm = (Qac + Qac, c + Qac, d ) [J] (III.4.12) III.4.3. Schema bloc de calcul a consumului de energie pentru apa calda pentru clădiri cu preparare locala III Caracteristici geometrice A se vedea paragraf III III Necesarul de energie pentru prepararea apei calde de consum (energia utilă netă) A se vedea paragraf III III Necesarul de energie pentru pierderile de apa calda de consum A se vedea paragraf III III Pierderi de energie prin sistemul de distribuţie A se vedea paragraf III III Consum de energie auxiliara (Wde) A se vedea paragraf III III Consum de energie pentru stocare,(qac,s) 143

145 Pierderile de căldură ale unui recipient de preparare şi acumulare a apei calde menajere sunt reprezentate de pierderile de energie prin mantaua recipientului. Aceste pierderi pot fi cuantificate pe perioada unui an. Cantitatea anuală de căldură disipată prin mantaua boilerului amplasat în subsolul unei clădiri existente (într-un spaţiu rece) se determină cu relaţia: 0,001 SLat Qac, s = nh ( θacb θamb), [kwh/an] (III.4.13) δ m δiz 0, λm λiz în care: SLat - suprafaţa laterală a acumulatorului [m 2 ] δm - grosimea peretelui acumulatorului (metal) [m] λ m - conductivitatea termică a peretelui [W/mK] δ iz - grosimea medie a izolaţiei [m] λiz - conductivitatea termică a izolaţiei, în funcţie de starea acesteia [W/mK] nh k - numărul mediu de ore de livrare a apei corespunzătoare pentru fiecare lună k din sezonul de încăzire [h/lună] θ acb - temperatura medie a apei în acumulatorul de apă caldă de consum, determinată cu relaţia: θ acb = 0,70 θac 0, (III.4.14) unde θ ac0 reprezintă temperatura de preparare a apei calde de consum, în secţiunea de ieşire din echipamentul de stocare; se consideră θ = 55 o C. ac 0 60 III Pierderile de căldură aferente generatoarelor de preparare a apei calde de consum (Qac,g) Necesarul de apă caldă de consum este asigurat cu ajutorul unei surse de căldură, prin intermediul unui echipament generator de căldură. Acesta poate fi un cazan alimentat de un combustibil (solid, lichid, gazos), un echipament folosind energia electrică sau, ca variantă suplimentară, utilizând energia provenind de la o sursă neconvenţională de energie (energie solară, de exemplu). In cazul clădirilor cu mai multe instalaţii de preparare a apei calde de consum, performanţa energetică corespunzătoare se calculează ţinând seama de toate tipurile de instalaţii de preparare a apei calde existente în clădire (exemplu: cazul clădirilor de locuit cu apartamente cu preparare individuală de apă caldă; clădiri cu mai multe funcţiuni :de ex. apartamente + magazine la parter, magazine + birouri etc). Dacă apa caldă de consum este preparată de mai multe echipamente, racordate fiecare la un alt tip de energie, atunci trebuie evaluată ponderea, în preparare, a fiecărui sistem. Contribuţia fiecărui sistem pleacă de la premiza că apa caldă de consum poate fi furnizată de maxim trei tipuri de echipamente interconectate între ele; de exemplu, preincălzirea apei calde de consum poate fi realizată cu ajutorul energiei solare, cea de a doua treaptă de preparare este asigurată de un alt tip de echipament şi în final, un al treilea echipament de preparare a apei calde în perioada vârfurilor de consum. Suma acestor ponderi nu trebuie să depăşească valoarea 1. Dacă intr-o instalaţie se utilizează mai multe echipamente pentru generarea cantităţii de căldură aferente necesarului pentru apa caldă de consum, se calculează contribuţia 144

146 proporţională a fiecărui echipament, calculează cu formula: Q g i = 1 Tac, g, i i α Tac, g ; în final, energia termică necesară totală se α Q (III.4.15) Pentru situaţiile în care apa caldă de consum este direct preparată de cazane, se utilizează relaţiile de calcul prezentate la paragraful III III Consum de energie pentru instalaţia apa calda,(qacm) Consumul total de energie pentru apa calda se obţine din însumarea termenilor prezentaţi in paragrafele anterioare, respectiv: Qacm = (Qac + Qac, c + Qac, d + Qac, s + Qac, g ) [J] (III.4.16) 145

147 III.5. Calculul consumului de energie şi al eficienţei energetice a instalaţiilor de iluminat Metoda de calcul poate fi utilizată pentru următoarele aplicaţii: evaluarea conformităţii cu normele care prevăd limite de consum energetic; optimizarea performanţei energetice a unei clădiri în proiectare prin aplicarea metodei pentru mai multe variante posibile de realizare; stabilirea unui nivel convenţional de performanţă energetică pentru clădirile existente; certificarea energetică a clădirilor; evaluarea efectului asupra unei clădiri existente al măsurilor posibile de conservare a energiei, prin calcularea necesarului energetic cu sau fără implementarea măsurilor de reabilitare; predicţia resurselor energetice necesare în viitor la scară naţională sau internaţională prin calcularea necesarului energetic al unor clădiri reprezentative pentru întregul segment de clădiri. Realizarea confortului vizual se face pe baza unor criterii de performanţă şi a unor valori normate specifice sistemelor de iluminat artificial sau integrat interior. Pentru clădirile de locuit, se va opta pentru stabilirea unui consum mediu de energie electrică în funcţie de tipul apartamentului, conform tabel 4 Anexa III.5.1. Metodă pentru clădiri terţiare este o metodă rapidă de calcul şi constă în aplicarea următoarei relaţii de calcul: tu P = 6A n W ilum [ an] unde: u ( t D FD FO ) + ( t N FO kwh/ (III.5.1.) t = ) (III.5.2.) Pn - puterea instalată; t D - timpul de utilizare al luminii de zi în funcţie de tipul clădirii (tabel 1, Anexa III.5.2) t N - timpul în care nu este utilizată lumina naturală (tabel 2, Anexa III.5.2) FD - factorul de dependenţă de lumina de zi ( tabel 2 Anexa III.5.2) care depinde de sistemul de control al iluminatului din clădire şi de tipul de clădire. F O - factorul de dependenţă de durata de utilizare (tabel 3 Anexa III.5.2) 2 A - aria totală a pardoselii folosite din clădire [ m ]. 146

148 2 Numărul 6 din relaţia de calcul reprezintă 1kWh / m / an (consumul de energie estimat pentru încărcarea bateriilor corpurilor de iluminat de siguranţă) la care se adaugă 2 5kWh / m / an (consumul de energie electrică pentru sistemul de control al iluminatului). In cazul in care nu se cunoaste puterea instalata se pot folosi valorile din anexa III

149 Capitolul IV. Scheme logice de aplicare a Metodologiei de calcul a performanţei energetice a clădirilor în funcţie de destinaţie şi de scopul urmărit: certificarea energetică a clădirilor noi şi existente, măsurile care se pot lua în vederea reabilitării fondului construit existent Evaluarea performantelor energetice ale cladirii: Etapa 1: - C 0 costul investiţiei totale în anul 0 [Euro]; - C E costul anual al energiei consumate, la nivelul anului de referinţă [Euro/an]; - C M costul anual al operaţiunilor de mentenanţă, la nivelul anului de referinţă [Euro/an]; -f rata anuală de creştere a costului căldurii [ ]; -i rata anuală de depreciere a monedei (Euro) [ ]; -k indice în funcţie de tipul energiei utilizate (1 gaz natural, 2 energie termică, 3 energie electrică) -N durata fizică de viaţă a sistemului analizat [ani]. -C (m) costul investiţiei aferente proiectului de modernizare energetică, la nivelul anului 0, [Euro]; -ΔE k reprezintă economia anuală de energie k estimată, obţinută prin implementarea unei măsuri de modernizare energetică, [kwh/an], -c k reprezintă costul actual al unităţii de energie k, [Euro / kwh] Etapa 2: X k = Δ CE k N t 1+ fk t = 1 1 i + = c ΔE ΔC E reducerea costurilor de exploatare anuale urmare a k k aplicării proiectelor de modernizare energetică la nivelul anului de referinţă, [Euro/an]: Etapa 3: 3 N t N 1 + fk 1 -VNA = C0 + CE C k M k= 1 t = 1 1 i + t= 1 1 i Valoarea Netă Actualizată + + reprezintă proiecţia la momentul 0 a tuturor costurilor menţionate, funcţie de rata de depreciere a monedei considerate sub forma deprecierii medii anuale; - VNA = C + C - C A= Δ C 0 E X k k k ( m) E Etapa 4: - Δ VNA = C ΔC Etapa 5 ( m ) ( m ) E X k k k t - ΔVNA ( m) < 0 si X > A 148

150 k N t R 1 + fk - C( m ) ck Δ Ek = 0 k 1 t 1 1 i Durata de recuperare a investiţiei suplimentare = = + datorată aplicării unui proiect de modernizare energetică, N R, se determină prin înlocuirea duratei de viaţă estimată cu N R ca valoare necunoscută în relaţia (I.3.4) explicitată conform relaţiei (I.3.1), şi prin punerea condiţiei de recuperare a investiţiei: ΔVNA ( m) = 0 ; Etapa 6: C( m) - e =, [Euro/kWh] Costul unităţii de energie economisită prin N ΔE implementarea proiectului de modernizare energetică a unei clădiri existente (sau costul unui kwh economisit) -(N Nc) Pr = max (N Nc) - C ( 1 a ) C ( 1+ d) Nc (m2) = c m N c 1 1 i + valoarea netă actualizată a creditului [Euro]; Etapa 7: - C mc) = ac C(m) + C(m ) valoarea netă actualizată a investiţiei ( 2 - a C + C < ΔC X - r c (m) (m2 ) c E ( 1 a ) C ( 1+ d) c Nc 0,0833 = c m valoarea ratei lunare de rambursare a creditului N aloarea ratei lunare de rambursare a creditului Analiza eficientei economice a solutiilor tehnice de crestere a performantei energetice Etapa 1: - C (m) costul lucrărilor de modernizare energetică [Euro]; -ΔE t economia de căldură proprie clădirii realizată prin aplicarea soluţiilor de modernizare energetică, în anul mediu, reprezentativ pentru localitatea în care este amplasată clădirea supusă activităţii de audit energetic [kwh/an]; - E t(m),(a) onsumul de căldură propriu clădirii modernizată/nemodernizată pentru realizarea condiţiilor de confort termic şi fiziologic (încălzirea spaţiilor şi prepararea apei calde de consum), în anul mediu, reprezentativ pentru localitatea în care este amplasată clădirea supusă activităţii de audit energetic [kwh/an]; (N S durata de viaţă a soluţiilor de modernizare energetică, esenţiale pentru realizarea performanţei tehnice [ani]; În cazul soluţiilor care reprezintă un echipament sau o tehnologie, valoarea N S este conformă cu datele oferite de furnizor; În cazul soluţiilor compozite, valoarea N S este impusă de echipamentul sau tehnologia cu durată de viaţa minimă care condiţionează performanţă tehnică a soluţiei analizate) -Nc durata de rambursare a creditului necesar realizării lucrărilor de modernizare [ani]; - d dobânda anuală la creditul acordat, percepută de banca care acordă creditul [-]; -a c cota, din suma totală C INV(m) necesară pentru realizarea modernizărilor, care reprezintă avans [-].(a c = 0 implică împrumutul întregii sume C INV(m) a c = 1 implică faptul că beneficiarul de investiţie dispune de suma integrală necesară realizării lucrărilor de investiţie). - I rata anuală de depreciere a monedei de referinţă [-] 149

151 N t R 1+ ft T = t= 1 1+ i N t R 1+ fg XG = t= 1 1+ i N t R 1+ fet XE = t= 1 1+ i - X C t costul specific al căldurii furnizată în sistemul de încălzire districtuală [Euro/kWh]; -C G costul specific al căldurii produse în surse proprii (provenită din arderea combustibililor) [Euro/kWh]; - C E costul specific al energiei electrice [Euro/kWh] Δ T economia de căldură provenită din sistemul de încălzire districtuală - ( ) E t [kwh/an]; Δ G economia de căldură provenită din arderea combustibililor [kwh/an]; - E t ( ) - ( G) Δ economia de energie electrică [kwh/an]; E E Etapa 2: CINV(m) Δβ - e = [Euro/kWh] costul specific al cantităţii de căldură economisită N ΔE S t Costul specific al cantităţii de căldură consumată pentru realizarea condiţiilor de confort termic şi fiziologic (încălzirea spaţiilor şi furnizarea apei calde de consum): VNA(m) - e(m) = [Euro/kWh] pentru clădirea modernizată, N E - e (a) S t(m) VNA(a) NS Et(a) = [Euro/kWh] pentru clădirea nemodernizată 1+ d N Nc - ( ) ( ) Δβ = 1 ac + ac c Nc t= 1 t 1 1+ i - C β δ C ΔE (T ) X ( 1 δ ) [ C ΔE (G) X + C ΔE (G) X ] 0 Δ durata INV ( m ) T t t T T G t G E E E = de recuperare a investiţiei suplimentare datorată aplicării soluţiilor de modernizare, N R Etapa 3: - VNA ( m) VNA(a) < 0 condiţia ca o investiţie să fie considerată rentabilă - cu condiţia ca intervalul de calcul N să satisfacă dubla inegalitate NR < N NS -Clădirea reală analizată Determinarea valorilor reprezentative ale consumului anual specific de energie al clădirilor (C ) (C ) (C ) (C ) (C ) (C ) q T qînc + qacm + qc lim + qvm + qil = - consumul specific de energie anual pentru încălzirea spaţiilor, ventilare / climatizare, prepararea apei calde de consum şi iluminat[kwh/m²an] 150

152 -Clădirea de referinţă ( R ) ( R ) ( R ) ( R ) ( R ) ( R ) q T qînc + qacm + qc lim + qvm + qil = - consumul specific de energie anual pentru încălzirea spaţiilor, ventilare / climatizare, prepararea apei calde de consum şi iluminat[kwh/m²an] Notarea din punct de vedere energetic a clădirii analizate şi a clădiri de referinţă Etapa 1: -B 1, B 2 - coeficienţi numerici determinaţi din tabelul II.4.2 în funcţie de cazul de încadrare a clădirii din punct de vedere al utilităţilor existente conform tabelului II.4.1, - q TM - consumul specific anual normal de energie maxim, obţinut prin însumarea valorilor maxime din scalele energetice proprii utilităţilor existente / aplicabile, conform fig. II.4.1 Utilităţi Caz B 1 B 2 q Tm q TM 1 0, , , , , , , , p 1 - coeficient de penalizare funcţie de starea subsolului tehnic al clădirii pentru clădiri colective, determinat conform tabelului II.4.3 Tabel II.4.3 Starea subsolului tehnic p 1 Uscată şi cu posibilitate de acces la instalaţia 1,00 comună Uscată, dar fără posibilitate de acces la instalaţia 1,01 comună Subsol inundat / inundabil (posibilitatea de refulare 1,05 a apei din canalizarea exterioară) Observaţie: Pentru clădiri individuale, p 1 = 1,00. -P 2 - coeficient de penalizare funcţie de utilizarea uşii de intrare în clădire clădirii pentru clădiri colective, determinat conform tabelului II.4.4, Tabel II.4.4 Uşa de intrare în clădire p 2 Uşa este prevăzută cu sistem automat de închidere 1,00 şi sistem de siguranţă (interfon, cheie) Uşa nu este prevăzută cu sistem automat de 1,01 închidere, dar stă închisă în perioada de neutilizare Uşa nu este prevăzută cu sistem automat de închidere şi este lăsată frecvent deschisă în 1,05 perioada de neutilizare 151

153 Observaţie: Pentru clădiri individuale, p 2 = 1,00. -P 3 - coeficient de penalizare funcţie de starea elementelor de închidere mobile din spaţiile comune (casa scărilor) către exterior sau către ghene de gunoi pentru clădiri colective, determinat conform tabelului II.4.5, Tabel II.4.5 Starea elementelor de închidere mobile p 3 Ferestre / uşi în stare bună şi prevăzute cu 1,00 garnituri de etanşare Ferestre / uşi în stare bună, dar neetanşe 1,02 Ferestre / uşi în stare proastă, lipsă sau sparte 1,05 Observaţie: Pentru clădiri individuale, p 3 = 1,00. -p 4 - coeficient de penalizare funcţie de starea armăturilor de închidere şi reglaj de la corpurile statice pentru clădiri dotate cu instalaţie de încălzire centrală cu corpuri statice, determinat conform tabelului II.4.6, Tabel II.4.6 Situaţia p 4 Corpurile statice sunt dotate cu armături de reglaj 1,00 şi acestea sunt funcţionale Corpurile statice sunt dotate cu armături de reglaj, dar cel puţin un sfert dintre acestea nu sunt 1,02 funcţionale Corpurile statice nu sunt dotate cu armături de reglaj sau cel puţin jumătate dintre armăturile de 1,05 reglaj existente nu sunt funcţionale Observaţie: Pentru clădiri care nu sunt dotate cu instalaţie de încălzire centrală cu corpuri statice, p 4 = 1,00. -p 5 - coeficient de penalizare funcţie de spălarea / curăţirea instalaţiei de încălzire interioară pentru clădiri racordate la un punct termic centralizat sau centrală termică de cartier, determinat conform tabelului II.4.7, Tabel II.4.7 Situaţia p 5 Corpurile statice au fost demontate şi spălate / curăţate în totalitate după ultimul sezon de 1,00 încălzire Corpurile statice au fost demontate şi spălate / curăţate în totalitate înainte de ultimul sezon de 1,02 încălzire, dar nu mai devreme de trei ani Corpurile statice au fost demontate şi spălate / curăţate în totalitate cu mai mult de trei ani în 1,05 urmă Observaţie: Pentru clădiri care nu sunt racordate la un punct termic centralizat sau centrală termică de cartier, p 5 = 1,00. -p 6 - coeficient de penalizare funcţie de existenţa armăturilor de separare şi golire a coloanelor de încălzire pentru clădiri colective dotate cu instalaţie de încălzire centrală, determinat conform tabelului II.4.8, Tabel II.4.8 Situaţia p 6 Coloanele de încălzire sunt prevăzute cu armături 1,00 152

154 se separare şi golire a acestora, funcţionale Coloanele de încălzire nu sunt prevăzute cu armături se separare şi golire a acestora sau nu 1,03 sunt funcţionale Observaţie: Pentru clădiri individuale sau clădiri care nu sunt dotate cu instalaţie de încălzire centrală, p 6 = 1,00. -p 7 - coeficient de penalizare funcţie de existenţa echipamentelor de măsură pentru decontarea consumurilor de căldură pentru clădiri racordate la sisteme centralizate de alimentare cu căldură, determinat conform tabelului II.4.9, Tabel II.4.9 Situaţia p 7 Există contor general de căldură pentru încălzire şi 1,00 pentru apă caldă de consum Există contor general de căldură pentru încălzire, dar nu există contor general de căldură pentru apă 1,07 caldă de consum Nu există nici contor general de căldură pentru încălzire, nici contor general de căldură pentru apă 1,15 caldă de consum, consumurile de căldură fiind determinate în sistem pauşal Observaţie: Pentru clădiri cu sistem propriu / local de furnizare a utilităţilor termice, p 7 = 1,00. -p 8 - coeficient de penalizare funcţie de starea finisajelor exterioare ale pereţilor exteriori pentru clădiri cu pereţi din cărămidă sau BCA, determinat conform tabelului II.4.10, Tabel II.4.10 Situaţia p 8 Stare bună a tencuielii exterioare 1,00 Tencuială exterioară căzută total sau parţial 1,05 Observaţie: Pentru clădiri cu pereţi exteriori din alte materiale, p 8 = 1,00. -p 9 - coeficient de penalizare funcţie de starea pereţilor exteriori din punct de vedere al conţinutului de umiditate al acestora, determinat conform tabelului II.4.11, Tabel II.4.11 Situaţia P 9 Pereţi exteriori uscaţi 1,00 Pereţii exteriori prezintă pete de condens (în 1,02 sezonul rece) Pereţii exteriori prezintă urme de igrasie 1,05 -p 10 - coeficient de penalizare funcţie de starea acoperişului peste pod pentru clădiri prevăzute cu pod nelocuibil, determinat conform tabelului II.4.12, Tabel II.4.12 Situaţia P 10 Acoperiş etanş 1,00 Acoperiş spart / neetanş la acţiunea ploii sau a 1,10 zăpezii Observaţie: Pentru clădiri fără pod nelocuibil, p 10 = 1,

155 -p 11 - coeficient de penalizare funcţie de starea coşului / coşurilor de evacuare a fumului pentru clădiri dotate cu sisteme locale de încălzire / preparare a apei calde de consum cu combustibil lichid sau solid, determinat conform tabelului II.4.13, Tabel II.4.13 Situaţia P 11 Coşurile au fost curăţate cel puţin o dată în ultimii 1,00 doi ani Coşurile nu au mai fost curăţate de cel puţin doi 1,05 ani Observaţie: Pentru alte tipuri de clădiri, p 11 = 1,00. -p 12 - coeficient de penalizare care ţine seama de posibilitatea asigurării necesarului de aer poraspăt la valoarea de confort, determinat conform tabelului II.4.14, Tabel II.4.14 Situaţia P 12 Clădire prevăzută cu sistem de ventilare naturală 1,00 organizată sau ventilare mecanică Clădire fără sistem de ventilare organizată 1,10 Etapa 2: - po p1 p2 p3 p4 p5 p6 p7 p8 p9 p10 p11 p12 = coeficient de penalizare a notei acordate clădirii funcţie de gradul de utilizare a energiei în raport cu nivelul raţional, corespunzător normelor minime de igienă şi întreţinere a clădirii şi instalaţiilor interioare Etapa 3: exp B - N = 100, ( 1 qt po + B2 ), pentru ( qt po ) pentru ( q p ) T > qtm o qtm 2 kwh / m an 2 kwh / m an DATE PRIMARE PRIVIND MĂSURILE DE REABILITARE ŞI MODERNIZARE PENTRU ANALIZA ECONOMICĂ ÎN CADRUL AUDITULUI ENERGETIC AL CLĂDIRILOR EXISTENTE (INFORMATIV) Etapa 1: A IZ - reprezintă aria totală a pereţilor care urmează a fi termoizolaţi, măsurată la exteriorul sau la interiorul acestora, după caz, - reprezintă volumul total al materialului termoizolant; V IZ -A, B reprezintă costul unitar al materialului termoizolant (pe m 2, respectiv pe m 3 ). - reprezintă aria totală a tâmplăriei exterioare, A TE - D reprezintă costul unitar - L R reprezintă lungimea totală a rosturilor care se etanşează (în cazul ferestrelor exterioare - interioare şi exterioare 154

156 Etapa 2: - C = A A + B V [Euro] relaţia generală de determinare a costului pentru T IZ IZ termoizolarea elementelor de construcţie exterioare opace - C = C [Euro] relaţia de determinare a costului pentru modernizarea T A TE tâmplăriei exterioare - C = D [Euro] T L R CONSUMURI SPECIFICE DE CĂLDURĂ PENTRU PREPARAREA APEI CALDE DE CONSUM PENTRU CLĂDIREA DE REFERINŢĂ Consumurile specifice de apă caldă de consum şi consumurile specifice de căldură pentru prepararea apei calde de consum pentru clădirea de referinţă, la nivelul punctelor de consum, sunt date în tabelul următor: Tipul clădirii Clădiri racordate la un sistem de încălzire districtuală (punct termic central sau centrală termică de cartier) Clădiri dotate cu centrală termică proprie sau staţie termică compactă care prepară şi apa g 60 q 60 [kwh/m². an] [l/pers. zi] Clădiri de locuit Bloc i Loc A Loc /A Înc Case individuale i Loc A Loc /A Înc Case înşiruite i Loc. A Loc /A Înc Bloc i Loc A Loc /A Înc Case individuale i Loc A Loc /A Înc Case înşiruite caldă de consum Apartamente amplasate în blocuri şi dotate cu centrală termică proprie sau boiler electric pentru preparare a.c.m. Clădiri individuale sau înşiruite la care prepararea apei calde de consum se face prin sisteme proprii funcţionând cu: gaze naturale (ex. cazan de baie) sau electric Combustib il lichid Combustib il solid Clădiri individuale sau înşiruite la care prepararea apei calde de consum se face pe plită sau aragaz i Loc. A Loc /A Înc i Loc. A Loc /A Înc i Loc. A Loc /A Înc i Loc. A Loc /A Înc i Loc. A Loc /A Înc i Loc. A Loc /A Înc 155

157 i Loc A Loc A Înc indice mediu statistic de ocupare a locuinţelor (Metodologia de calcul al performanţei energetice a clădirilor - partea a II-a, Anexa II.3.C), aria utilă a camerelor de locuit, aria utilă a spaţiului încălzit. 156

158 Capitolul V. Concluzii Acest normativ stabileste o procedură de abordare coerentă pentru aplicarea Metodologiei de calcul a performanţei energetice a clădirilor aplicabilă cladirilor rezidentiale si non-rezidentiale sau a unor părţi din aceste clădiri, pentru clădiri noi şi existente. Ea prezinta influenta pierderilor de energie ale sistemelor care asigură utilităţile interioare precum si utilizarea energiei recuperate si a surselor de energie regenerabilă. Aceast normativ se va aplica în funcţie de destinaţia clădirii, la toate activităţile din domeniul construcţiilor prevăzute de legislaţia în vigoare: Legea nr. 10/1995 privind calitatea în construcţii şi Legea nr. 372/2005 privind performanţa energetică a clădirilor. Schemele logice de determinare a performanţei energetice a clădirilor ocupate se vor utiliza la determinarea performanţei energetice (PEC) pentru clădirile noi şi la verificare proiectelor acestora, precum şi la certificarea lor. Conform capitolului V din Legea nr. 372/2005, pentru clădirile noi se vor respecta cerinţele minime stabilite în metodologie. 157

159 Anexa III.1.1

160

161

162

163

164