Capitolul 2: Baze climatice și fiziologice [0F]

temperatură inferioară celei ambiante, aceste situații generând majoritatea cazurilor de apariție a senzației de curent

• Temperatura medie de radiație, θmr, joacă un rol important în sezonul rece, apărând senzația de „radiație rece", ca urmare a unor suprafețe vitrate mari - în special, când locurile de muncă (ședere) se află lângă aceste suprafețe vitrate sau senzația de disconfort determinată de prezența unor pardoseli reci. Efectele neplăcute pot fi prevenite prin adoptarea de mijloace constructive adecvate - ecranarea ferestrelor la interior și exterior, adoptarea unor pardoseli mai calde sau termoizolarea mai bună a acestora - concomitent cu amplasarea judicioasă a corpurilor de încălzire sau a dispozitivelor de introducere a aerului. Trebuie avut, în permanență, în vedere faptul că omul percepe concomitent efectul combinat al aerului interior de temperatură ti, și al elementelor delimitatoare (inclusiv corpurile de încălzire) de temperatură θmr, și că această corelație, în majoritatea cazurilor este de forma 0,5 (ti + θmr).

2.5 C03 9.1. Sarcina termică a unei încăperi

2.5.1 9.1.1. Sarcina termică (de răcire) de vară Sarcina termică de vară a unei încăperi, denumită și sarcină de răcire, determină în majoritatea instalațiilor de ventilare și climatizare mărimea debitului de aer. Aceasta se obține prin efectuarea unui bilanț termic care în forma cea mai generală se poate scrie:

Φv = Φdeg + Φap [W] (9.1.1) (2.1)

unde: Φdeg - degajările de căldură de la sursele interioare (oameni, iluminat, calculatoare, mașini sau utilaje acționate electric sau alte surse calde) [W]; Φap - aporturile de căldură din exterior prin elemente inerțiale (pereți, terase), neinerțiale (ferestre, luminatoare) și de la încăperile vecine [W]

2.5.1.1 9.1.1.1 Aporturi de căldură Sub aspect fenomenologic și al structurii relațiilor de calcul, aporturile de căldură din exterior se exprimă sub forma:

Φap = ΦPE + ΦFE + Φiv [W] (9.1.2) (2.2)

unde: ΦPE sunt aporturile de căldură din exterior prin elemente inerțiale (pereți, planșee) [W]; ΦFE - aporturi de căldură pătrunse prin elemente neinerțiale (ferestre, luminatoare) [W]; Φiv - fluxurile termice pătrunse prin elementele de delimitare de la încăperile vecine [W]. Deoarece degajările de căldură de la sursele interioare au, în general, o intensitate constantă, sarcina termică de vară, conform relației 9.1.1, este maximă când aporturile de căldură sunt maxime. Pentru obținerea unei valori exacte, se recomandă calcularea variației zilnice a fluxurilor termice (sau pe perioada funcționării instalației) ținând cont de orientarea elementelor de construcții, de defazarea și amortizarea cu care ele ajung în interiorul încăperii, luându-se în final valoarea maximă însumată.

2.5.1.1.1 Aporturi prin elemente inerțiale Conform STAS 6648/1 - fluxul termic pătruns prin elemente inerțiale (pereți, planșee, terase) se calculează cu relația:

ΦPE = S·q [W] (9.1.3) (2.3)

unde: S este suprafața elementului de construcții [m2]; q - fluxul termic unitar, defazat și amortizat [W/m2] exprimat prin relația:

q = k(tsm - ti) + αiη(ts - tsm) [W/m2] (9.1.4) (2.4)

48

Versiunea din 3 iunie 2016 C03 9.1. Sarcina termică a unei încăperi

unde: k este coeficientul global de transfer de căldură [W/m2K]; ti - temperatura aerului interior vara, conform § 2.4.2.2 [°C]; αi - coeficientul de transfer de căldură superficial la interior, considerat 5,8 W/m2 K la trecerea căldurii de sus în jos și, respectiv, 8 W/m2K pentru pereți sau la trecerea căldurii de jos în sus; η - coeficientul de amortizare a fluxului termic pătruns în încăpere; ts - temperatura echivalentă de calcul a aerului exterior, calculată cu relația:

ts = te + AI/αe [°C] (9.1.5) (2.5)

unde: te este temperatura aerului exterior la ora de calcul, conform § 2.4.1.2; A - coeficientul de absorbție a radiației solare, conform tabelului 9.1.1; αe - coeficient de transfer de căldură superficial la exterior, având valoarea 17,5 W/m2K; I - intensitatea radiației solare la ora de calcul și pentru orientarea considerată, conform §2.4.1.2.2.; tsm - temperatura echivalentă medie a aerului exterior, calculată cu relația: tsm = tem + Alm/αe [°C] (9.1.6) (2.6) unde: tem este temperatura medie a aerului exterior, conform 2.4.1.2.; Im - intensitatea medie a radiației solare pentru orientarea de calcul conform § 2.4.1.2.

Tabelul 9.1.1. Valorile coeficientului de absorbție A pentru diverse materiale

Denumirea materialului și calitatea suprafeței

A A/αe [m2K/W]

A. Materiale Aluminiu polizat 0,04...0,06 0,0028...0,003,42 Aluminiu oxidat 0,11...0,19 0,0063... 0,0108 Alamă polizată 0,0327..0,035 0,001,82...0,002 Crom 0,08..70,26 0,00457...0,00148 Cositor strălucitor 0,064 0,00365 Cupru polizat 0,02 0,0014 Cupru oxidat 0,47...0,55 0,0268...0,0314 Fontă strunjită 0,50.-.0,70 0,0286...0,040 Fontă cu asperități 0,95 0,0543 Fontă oxidată 0,65...0,78 0,0371…0,044 Nichel polizat 0,045...0,087 0,0025...0,00497 Nichel oxidat 0,11 0,0063 Oțel polizat 0,57...0,56 0,0297...0,032 Oțel cu asperități 0,94...0,97 0,0537...0,055 Oțel oxidat 0,82 0,0468 Plumb oxidat 0,28...0,63 0,016...0,036 Tablă zincată nouă 0,23 0,0131 Tablă zincată oxidată 0,278 0,0159 Zinc polizat 0,045...0,053 0,0029...0,003 B. Materiale de construcții

Ardezie 0,93 0,0531 Azbociment 0,93 0,0531 Cărămidă cu asperități 0,80 0,0457 Cuarț 0,93 0,0531 Cauciuc 0,8...0,92 0,0457...0,0525 Carton bituminat terase 0,91 0,052 Cărămidă 0,93 0,0531 Email alb 0,90 0,0514 Ghips 0,80 0,0457 Geamuri duble 0,12 0,0068 Geamuri simple 0,06 0,0034 Hârtie 0,8...0,9 0,0457...0,0514 Lemn de construcții 0,8...0,9 0,0457...0,0514 Lac negru 0,8.-.0,95 0,0457...0,0543 Marmură 0,94 0,0537 Negru de fum 0,93...0,98 0,0531...0,056 Piatră de calcar 0,95 0,0542

49

Capitolul 2: Baze climatice și fiziologice [0F]

Plăci ceramice 0,95 0,0542 Sticlă netedă, groasă 0,93...0,94 0,0531...0,0537 Stuc 0,93 0,0531 Șamotă 0,59 0,0337 Tencuială, mortar 0,91 0,052 Vopsele de aluminiu 0,2...0,35 0,0114...0,020 Vopsele de ulei 0,8...0,9 0,0457...0,0514

Fluxurile termice rezultate sunt cauzate de temperatura aerului exterior și radiația solară la orele de calcul. Cum ele se resimt în interior după un interval de timp, de ε ore, apare necesitatea calculării acestui defazaj. În vederea stabilirii sarcinii termice maxime în orele de funcționare a instalației de ventilare sau climatizare, valorile calculate ale fluxurilor se permută cu ε ore.

2.5.1.1.2 Aporturi prin elemente vitrate (ferestre, luminatoare) Conform STAS 6648/1 fluxul termic pătruns prin ferestre se calculează cu relația:

ΦFE = ΦI + Φt [W] (9.1.7) (2.7)

unde:

ΦI = c1 c2 c3 m(SilDmaxa1·a2 + SFE ldmax) [W] (9.1.8) (2.8)

Φt = SFE·kFE (ts* - ti) [W] (9.1.9) (2.9)

în care: ΦI este fluxul termic cauzat de radiația solară directă și difuză; Φt fluxul termic datorat diferenței de temperatură; c1 - coeficient de calitate, în funcție de tipul ferestrei și caracteristicile sticlei, conform tabelului 9.1.2; c2 - coeficient de ecranare a ferestrei în funcție de tipul ecranului și locul său de amplasare conform tabelului 9.1.2; c3 - raportul dintre suprafața sticlei și suprafața totală a ferestrei, conform nomogramei din figura 9.1.1; m - coeficientul de acumulare a fluxului termic radiant în elementele de delimitare interioară a încăperii, în funcție de coeficientul mediu de asimilare termică smed = Σ (si·Si)/(ΣSi), conform tabelului 9.1.3 pentru ferestre neprotejate sau protejate la exterior și, respectiv, tabelului 9.1.4 pentru ferestre protejate la interior.

Fig. 9.1.1. Nomogramă pentru coeficientul c3 (care ține seamă de suprafața cercevelelor): 1 - ferestre

metalice; 2 - ferestre simple; cuplate din lemn; 3 - ferestre duble din lemn; pentru vitrine c3 = 1; pentru uși de balcoane cu geam c3 = 0,5.

Si - suprafața însorită a ferestrei, care în conformitate cu figura 9.1.2, se poate calcula cu relația: Si = (H - hu)(B - bu) [m2] (9.1.10) (2.10)

50

Versiunea din 3 iunie 2016 C03 9.1. Sarcina termică a unei încăperi

în care: B și H lățimea și, respectiv, înălțimea ferestrei [m] și bu și hu sunt lățimea și, respectiv, înălțimea umbrei la planul ferestrei [m]. Mărimile bu și hu pot fi calculate cu relațiile: bu = c1’·s1 [m] (9.1.11) (2.11) hu = c2’·s2 - h1 [m] (9.1.12) (2.12) unde: s1, s2 este lățimea elementului de umbrire în plan orizontal și, respectiv, vertical (fig. 9.1.2); c1’, c2' - coeficienți, în funcție de unghiul de înălțime solară și azimut solar, conform tabelului 9.1.5.

Relația 9.1.10 are sens fizic numai pentru cazurile H ≥ hu, B ≥ bu.

Fig. 9.1.2 Determinarea suprafeței umbrite a unei ferestre

SFE - suprafața ferestrei (a golului din zidărie) [m2]; IDmax - intensitatea maximă a radiației solare directe pentru orientarea de calcul [W/m2]; Idmax - intensitatea maximă a radiației solare difuze [W/m2]; a1 - factor de corecție în funcție de starea atmosferei; a2 - factor de corecție în funcție de altitudine; kFE = 1/RFE; RFE - rezistența termică globală a ferestrei conform STAS 1907/1 [m2K/W]; ti - temperatura aerului interior [°C]; ts - temperatura echivalentă de calcul a aerului exterior care ține seama de încălzirea geamului, datorită absorbției unei cote părți din radiația solară, calculată cu o relație de forma 9.1.5. Pentru ferestre duble se calculează cu relația:

51

Capitolul 2: Baze climatice și fiziologice [0F]

ts* = te + 2A(A - 1)

αe I [°C] (9.1.13) (2.13)

unde: A este coeficientul de absorbție al geamului conform tabelului 9.1.1; I - radiația solară globală pentru orientarea de calcul conform § 2.4.1.2. OBS: Pentru ferestrele din lemn, simple sau duble, cu geamuri din sticlă obișnuită se consideră ts* ≈ te, pentru ferestre metalice simple și geamuri din sticlă obișnuită ts* ≤ te + 10; pentru ferestre metalice duble și geamuri din sticlă obișnuită ts* ≤ te + 15. Pentru ambele cazuri de ferestre metalice, valorile ts* > te sunt valabile pe perioada de strălucire a soarelui pentru orientarea de calcul, în rest ts* = te.

Tabelul 9.1.2. Valorile coeficientului de calitate c1 și ale coeficientului de ecranare a ferestrelor c2

Tipul sticlei Tipul și alcătuirea ferestrei c1 Locul de

montare Tipul dispozitivului de

ecrane c2

Obișnuită

simplă, geam obișnuit (8 < 5 mm) simplă, geam gros dublă, geamuri obișnuite dublă, ambele geamuri groase

1,00 0,94 0,90 0,80

La exterior jaluzele din aluminiu jaluzele din lemn

0,15 0,20

Absorbantă

simplă, cu coeficient de absorbție 49-56 % dublă, cel exterior absorbant (49-56 %), cel interior obișnuit idem, cel interior gros

0,73 0,52 0,50

Intre geamuri

jaluzele metalice rulori - culoare deschisă rulouri - culoare semiînchisă rulouri - culoare închisă

0,50 0,50 0,60 0,70

Reflectantă

simplă, cu peliculă de oxid metalic la exterior dublă, geamul exterior reflectant, cel interior obișnuit idem, cu filtru reflectant din metal nobil

0,60 0,50 0,40

La interior

jaluzele - culoare deschisă jaluzele - culoare semiînchisâ jaluzele - culoare închisă draperii - culoare deschisă draperii - culoare închisă rulouri - culoare deschisă rulouri - culoare semiînchisă rulouri - culoare închisâ

0,60 0,70 0,80 0,55 0,70 0,50 0,70 0,85

Cărămizi goale din sticlă (100x100 mm) fără culoare

cu suprafețe nervurate (modele în relief -profilit etc.) idem, plus inserție de fibre cu suprafețe netede idem și inserții de fibre

0,40 0,30 0,60 0,40

2.5.1.1.3 Aporturi de la încăperi vecine Se deosebesc două situații:

• Cazul curent al încăperilor vecine neventilate cu un grad mic de vitrare (care sunt slab sau normal însorite), când fluxul termic pătruns din aceste încăperi în încăperea climatizată este considerat constant; se calculează în regim staționar cu relația:

Φ = ΣSpikp(ta - ti) = ΣSpikpi∆ta [W] (9.1.14) (2.14)

în care: ΣSpi este suprafața pereților interiori ce desparte încăperea climatizată de încăperile vecine [m2]; kpi - coeficientul global de transfer de căldură al pereților interiori [W/m2K]; ti - temperatura aerului din încăperea climatizată [°C]; ta - temperatura aerului din încăperea învecinată [°C].

Aproximativ, pentru diferența de temperatură ∆ta se folosesc valorile din tabelul 9.1.6.

Orientarea peretelui exterior al încăperii vecine NV, N, NE E SE, S, SV V ∆ta[°C] 2 3 4 5

• În cazul în care încăperile alăturate au o suprafață de vitrare mare și sunt supuse unui efect de seră, fluxul termic pătruns în încăpere se calculează cu relația:

Φiv = Spikpi (tim - ti) + η∆Φv [W] (9.1.15) (2.15)

52

Versiunea din 3 iunie 2016 C03 9.1. Sarcina termică a unei încăperi

în care: tim este temperatura medie a aerului din încăperea alăturată, determinată cu relația 9.1.6; ∆Φv - fluxul termic variabil pătruns din încăperea alăturată, calculat conform relației 9.1.19; η - coeficientul de amortizare a fluxului termic datorat peretelui despărțitor dintre încăperea climatizată și cea învecinată. Cazuri particulare

2.5.1.1.3.1.1 Aporturi de căldură prin poduri neventilate sau plafoane false

Fig. 9.1.3. Schiță de calcul pentru pod neventilat.

Conform relațiilor din figura 9.1.3, aportul de căldură Φ, pătruns în încăpere din pod, se calculează cu relația:

Φ = qS = S[k(tpm - ti) + αiη∆tp] [W] (9.1.16) (2.16) în care: k - coeficientul global de transfer al planșeului de separație pod - încăpere climatizată [W/m2K]; ti - temperatura aerului din încăperea climatizată [°C]; η - coeficientul de amortizare a fluxului termic la trecerea prin plafonul de separație; αi - coeficientul de schimb superficial de căldură la interior [W/m2K]; tpm - temperatura medie a aerului din pod, calculată cu relația:

tpm = S·k·ti + ∑

1

jSj·kj·tsm j

S·k + ∑1

jSj·kj

[°C] (9.1.17) (2.17)

unde: j - reprezintă numărul elementelor de delimitare exterioară ale podului; ∆t = tp - tpm - variația de temperatură a aerului din pod în jurul valorii medii, care se calculează cu relația:

∆tp = Qv

∑1

jBn·Sn

[K] (9.1.18) (2.18)

unde: Φv este partea variabilă a aportului termic pătruns în pod, care se calculează cu relația:

Φ = Σ Sj·ηj·αi·(tsj - tsm j) [W] (9.1.19) (2.19)

53

Capitolul 2: Baze climatice și fiziologice [0F]

Bn - coeficienții de asimilare termică ai suprafețelor, care se calculează cu relația:

Bn = αi·sn

αi·+ sn [W/m2K] (9.1.20) (2.20)

în care: αi ≈ 5. 8 W/m2K; sn - coeficientul de asimilare termică a materialului, conform STAS 6472/3 [W/m2K]; n - numărul elementelor delimitatoare ale podului, inclusiv planșeul despărțitor între pod și încăperea climatizată; tsj, tsm j - au semnificațiile anterioare și se calculează cu relațiile 9.1.5 și 9.1.6. Defazarea totală cu care fluxurile termice ajung în interior se calculează și se ia în considerare defazarea elementelor delimitatoare exterioare, a aerului din pod și a planșeului despărțitor.

2.5.1.1.3.1.2 - Aporturi de căldură prin poduri ventilate Pe baza relațiilor din figura 9.1.4 se constată că vehicularea permanentă a unui debit de aer L face să se instaureze, în pod, o temperatură tp variabilă cu solicitarea termică exterioară.

Fig. 9.1.4. Schiță de calcul pentru pod ventilaL

Aportul de căldură pătruns din pod în încăperea climatizată se calculează cu relația:

Φ = Sk·(tp - ti) [W] (9.1.21) (2.21) în care, temperatura aerului din pod are expresia:

[°C] (9.1.22) (2.22) unde: L este debitul de aer vehiculat [kg/s]; cp - căldură specifică a aerului [kJ/kg.K]. Defazarea totală cu care fluxurile termice ajung în interior se determină în același mod ca cel anterior.

2.5.1.1.3.1.3 - Aporturi de căldură în încăperi ventilate în sistemul „jos-sus" Pentru încăperi aglomerate din clădiri social-culturale, administrative, pentru clădirile industriale cu înălțime mare sau foarte mare ca și pentru încăperi în care se produc degajări nocive cu densitate mai mică decât a aerului, se recomandă folosirea schemei de ventilare "jos-sus" (introducerea aerului direct sau în apropierea zonei de ocupare și evacuarea la partea superioară).

54

Versiunea din 3 iunie 2016 C03 9.1. Sarcina termică a unei încăperi

în această situație, nu toate degajările și aporturile de căldură din exterior (valabil și pentru alte degajări) influențează sarcina termică ce trebuie luată în considerare pentru respectarea condițiilor impuse pentru zona destinată activității umane sau a unor procese tehnologice. În încăperile industriale cu degajări importante de căldură și umiditate de la diverse surse, procesul complex de transfer termic pe verticală conduce la stratificarea aerului interior. Pentru a efectua bilanțul zonei de lucru, se folosesc coeficienții de preluare a căldurii α și umidității β. Valorile coeficienților α = β sunt date în tabelul 9.2.3 în funcție de

• raza procesului de preluare a căldurii și umidității din încăpere ε, • de raportul dintre înălțimea zonei de lucru și înălțimea totală a halei h2/h, și • de caracterul de propagare, ordonată sau dezordonată.

În acest caz, sarcina de umiditate a zonei de lucru se calculează cu relația:

Gzs = β G (9.2.26)

unde: G - este debitul total de vapori de apă degajați în încăpere. Tabelul 4.6.1. Repartizarea de căldură și umiditate

Mărimea Schema „sus-jos" Schema „jos-sus" Sarcini totale Zona de ședere/lucru Zona superioară

Căldură: Φi, [kW] Φi Φizs = αΦi, Φis = (1 - α)Φi

Umiditate: Gi [kg/s] Gi Gizs = βGi Gis = (1 - α)Gi

Raza procesului: ε [kJ/kg] εi = Φi/Gi εizs = Φizs/Gizs εis = Φis/Gis

2.5.1.1.3.1.3.1 a - Aporturi de căldură prin ferestre Pentru bilanțul termic al zonei de ocupare se consideră:

ΦFE* = ΨΦi [W] (9.1.23) (2.23)

unde: Φi este fluxul termic cauzat de radiația solară, pătruns prin ferestre, calculat cu relația 9.1.8; Ψ - coeficient care ține seama de factorul de formă fereastră-pardoseală și de absorbția radiației de către vaporii de apă și bioxidul de carbon din aer, pentru care se adoptă valorile orientative din tabelul 9.1.7.

Tabelul 9.1.7. Valori pentru coeficientul Ψ

Orient. N NE, NV E SE, SV S Ψ 0,5 0,65 0,75 0,85 0,95

2.5.1.1.3.1.3.2 b - Aporturi de căldură prin elemente inerțiale

Fig. 9.1.5. Schiță de calcul a aporturilor de căldură în cazul încăperilor ventilate “jos-sus”:

1 - cameră de presiune; 2 - zonă de ședere; 3 - aer evacuat; 4 - aer introdus.

55

Capitolul 2: Baze climatice și fiziologice [0F]

b1 - în cazul aporturilor de căldură prin acoperișuri-terasă sau planșee, pentru bilanțul zonei de ocupare (fig. 9.1.5) se consideră:

Φt = (1 - εg)ϕt-pd ·Sqr [W] (9.1.24) (2.24)

unde: εg - coeficientul de absorbție a radiațiilor de către vaporii de apă și bioxidul de carbon din încăpere în funcție de înălțimea stratului de aer străbătut, conform nomogramei din figura 9.1.6; ϕt-pd - factorul de formă tavan-pardoseală conform figurii 19.3.3; qr - fluxul termic unitar radiant pătruns în încăpere [W/m2]. Fluxul termic unitar radiant qr se deduce printr-un procedeu iterativ plecând de la determinarea temperaturii interioare superficiale θi, la ora când se realizează fluxul termic unitar qr, alegând, preliminar pentru coeficientul superficial de transfer termic αi = 5,8 W/m2·K, cu relația:

θi = ti + q/αi [°C] (9.1.25) (2.25)

Pe baza acestei temperaturi se recalculează coeficienții superficiali de transfer termic prin convecție αc și radiație αr. Pentru suprafețe orizontale și (GrPr)m > 2·107 valabil în domeniul ventilării ac se calculează cu relația:

αc = 1,28(θl - ti)0.25 [W/m2K] (9.1.26) (2.26)

respectiv, pentru αr, cu relația:

αr = C0A

θi + 273

1004 -

ti + 273

1004

θi - ti [W/m2K] (9.1.27) (2.27)

cu: C0 = 5,67 W/m2K4; A ≈ 0,7;

dacă αc + αr ≠ αi se reia calculul cu valoarea ai obținută, până când este satisfăcută egalitatea. Cu valoarea αc obținută, se calculează fluxul convectiv

qc = αc(θi - ti) [W/m2] (9.1.28) (2.28) și rezultă fluxul radiant qr qr = q - qc [W/m2] (9.1.29) (2.29) b2 - în cazul pereților exteriori (fig. 9.1.5) pentru porțiunea care delimitează zona de ocupație se consideră:

Φ'PE = S'·q [W] (9.1.30) (2.30) iar pentru porțiunea de deasupra acesteia:

Φ”PE = (1 - εg) ϕp-pd S"qr [W] (9.1.31) (2.31) în care: q - fluxul termic unitar pătruns prin perete [W]; S', S" - suprafața care delimitează zona de ocupație de exterior, respectiv, de deasupra acestei zone; ϕp-pd - factorul de formă perete - pardoseală conform figurii 19.3.4. Determinarea fluxului termic radiant unitar se face analog punctului anterior b1, cu următoarele particularități:

- valoarea preliminară a lui αi = 8 W/m2 K (suprafețe verticale);

- pentru coeficientul de transfer termic convectiv se utilizează relația:

αc = 0,135·λl (Gr·Pr)m1/3 [W/m2K] (9.1.32) (2.32)

56

Versiunea din 3 iunie 2016 C03 9.1. Sarcina termică a unei încăperi

a cărei nomogramă este în figura 9.1.7.

2.5.1.1.3.1.3.3 c - Aporturi de căldură de la încăperile vecine Se consideră numai cele pătrunse prin suprafața care delimitează zona de ocupare:

Φ'iv = Φiv·h/H (2.33)

unde: Φiv - aporturile de căldură calculate cu relația 9.1.14; h - înălțimea zonei de ocupație [m]; H - înălțimea încăperii [m].

2.5.2 Amortizarea și defazarea fluxului termic (STAS 6648-1-82) Coeficientul de amortizare a oscilațiilor de temperatură reprezintă raportul dintre oscilația temperaturii pe fața interioară a elementului de construcție Ai și oscilația exterioară Ae adică:

η = Ai/Ae (9.1.34) (2.34)

Calculul coeficientului de amortizare η și, respectiv, de defazare ε se face cu ajutorul unor funcții de variabilă complexă β, denumite și funcții de amortizare de forma:

β = a + ib (9.1.35) (2.35)

și anume:

1/η = ν =modul (β) = a2 + b2 ; ε = argument (β) = arctg b/a(9.1.36) (2.36) Conform STAS 6648/1, calculul acestor mărimi este diferențiat pe patru categorii de elemente constructive și anume:

a - monostrat; b - compuse (multistrat); c - structuri compuse cu un strat intermediar de aer de grosime mică (dj < 5...6 cm);

d - structuri compuse cu strat intermediar de aer, de grosime mare, cum se indică în figura 9.1.8.

57

Capitolul 2: Baze climatice și fiziologice [0F]

Fig. 9.1.8. Elemente pentru calculul amortizării și defazării în diferite structuri: a - monostrat; b - multistrat; c - idem, cu strat de aer de grosime mică; d - idem, cu strat de aer cu

grosime mare.

Pentru o structură compusă din n straturi, valorile totale ale amortizării și, respectiv, defazării rezultă astfel:

amortizarea νt = ν1·ν2·… νn·νn+1 (9.1.36) (2.37)

defazarea εt = ε1 + ε2 + … + εn + εn+1 (9.1.36) (2.38)

În care νn+1 și εn+1 reprezintă amortizarea, respectiv, defazarea oscilațiilor de temperatură la trecerea lor de la aerul exterior la fața exterioară a elementului de construcție considerat.

Expresiile funcțiilor totale de amortizare sunt date în tab. 9.1.8 iar în figurile 9.1.9…9.1.16 sunt prezentate nomograme pentru determinarea coeficienților de amortizare, respectiv, defazare pentru categoriile de structuri prezentate în fig. 9.1.8.

Tabelul 9.1.8. Expresii ale funcțiilor totale de amortizare

Tip structură Expresia funcției totale de amortizare

monostrat (fig. 9.1.8 a)

58

Versiunea din 3 iunie 2016 C03 9.1. Sarcina termică a unei încăperi

multistrat, fără strat intermediar de aer (fig. 9.1.8 b)

structuri compuse cu strat intermediar de aer de grosime mic; (δaer ≤ 5...6 cm); j = stratul de aer (fig. 9.1.8 c)

structuri compuse cu strat intermediar de aer de grosime mare (poduri, rabițuri) (fig. 9.1.8 d)

η = ηe ηaer ηi ηe, ηi - amortizare în structura exterioară, respectiv interioară,

conform poz. 1 sau 2, ηaer - amortizarea produsă în stratul intermediar de aer, conform

figurilor 9.1.13 sau 9.1.14 după sensul fluxului termic εT = εe + εaer + εi

εe, εi - defazarea în structura exterioară, respectiv interioară, cf. poz. 1 sau 2,

εaer - defazarea produsă în stratul intermediar de aer, conform figurilor 9.1.15 sau 9.1.16 după sensul fluxului termic

59

Capitolul 2: Baze climatice și fiziologice [0F]

Fig. 9.1.13. Coeficientul de amortizare în strat mare de aer la trecerea fluxului de sus în jos: 1 - exterior;

2 - aer; 3 - interior.

Fig. 9.1.14. Coeficientul de amortizare în strat mare de aer la trecerea fluxului de jos in sus sau orizontal: 1 - exterior; 2 - aer; 3 - interior.

60

Versiunea din 3 iunie 2016 C03 9.1. Sarcina termică a unei încăperi

Fig. 9.1.15. Coeficientul de defazare In strat mare de aer la trecerea fluxului de sus in jos: 1 - exterior; 2 - aer; 3 - interior.

Fig. 9.1.16. Coeficientul de defazare m strat mare de aer la trecerea fluxului de jos in sus sau orizontal: 1 - exterior; 2 - aer; 3 - interior.

2.5.2.1 9.1.1.2 Degajări de căldură

2.5.2.1.1 Degajări de căldură de la oameni Căldura cedată de organismul uman se evaluează cu relația:

Φom = N·qom [W] (9.1.39) (2.39) unde: N este numărul de persoane; qom - degajarea de căldură a unei persoane [W/pers] în funcție de efortul fizic depus și temperatura aerului interior, conform figurii 9.1.17 (§ 2.3.2).

În nomograma din figura 9.1.17 se indică degajarea medie de căldură și umiditate a oamenilor în funcție de temperatura medie a mediului ambiant pentru patru categorii de efort fizic.

Pentru o anumită pereche de curbe corespunzătoare stării de efort depus, din această nomogramă, se citesc căldura totală degajată qoM [W/pers], căldura latentă degajată qi [W/pers] și cantitatea de căldură perceptibilă q = qoM - qi.

În cazul adoptării schemei de ventilare "jos-sus" este necesară recalcularea degajărilor de la oameni, în sensul că nu toată căldură degajată este preluată de aer în zona de ocupare.

2.5.2.1.2 Degajări de căldură de la iluminatul artificial Căldura degajată de sursele de iluminat electric se determină cu relația

61

Capitolul 2: Baze climatice și fiziologice [0F]

Φil = B·N [W] (9.1.45) (2.40) în care: N este puterea instalată a surselor de iluminat în funcție de nivelul de iluminare [W]; B - coeficient care ține seama de partea de energie electrică transformată în căldură Puterea electrică instalată se determină cu relația: N = Ni·A [W] (2.41) în care: Ni·- puterea de racordare in funcție de nivelul de iluminare; A - suprafața încăperii.

2.5.2.1.3 Degajări de căldură de la mașini și aparate acționate electric Se determină cu relația:

ΦM = Ψ1Ψ2Ψ3Ψ4·NM [W] (2.42)

unde: NM - puterea instalată [W]; Ψ1 = 0.7…0.9 - coeficient de utilizare a puterii instalate reprezentând raportul dintre puterea maximă necesară și puterea instalată; Ψ2 = 0.5…0.8 - coeficientul de încărcare reprezentând raportul dintre puterea medie necesară și cea maximă; Ψ3 = 0.5…1.0 - coeficient de simultaneitate în cazul funcționării mai multor mațini; Ψ3 = 0.1…1.0 - coeficient de preluare a căldurii de către aerul interior, având în vedere că motoarele electrice pot fi răcite cu aer, cu un fluid intermediar, sau pot fi montate în exteriorul încăperii considerate. Orientativ, se poate considera produsul Π Ψi = 0,12...0,16 uneori chiar 0,25.

2.5.2.1.4 Degajări de căldură de la răcirea materialelor a - în cazul când nu se schimbă starea de agregare, se utilizează relația:

Φ = Gc(tim- tfm) [kJ] (9.1.48) (2.43)

unde: G este masa materialelor care se răcesc [kg]; c - căldura specifică a materialului [kJ/kgK]; tim, tfm - temperaturile inițială și finală ale materialului [°C]. b - în cazul în care se schimbă starea de agregare, căldura cedată aerului interior este:

Φ = G[cl(tim - ti) + i + cs(tt - tim)] [kJ] (9.1.49) (2.44)

unde: cl, cs este căldura specifică a materialului (l - stare lichidă, s - stare solidă) [kJ/kg-K]; i - căldura latentă de topire/solidificare. Căldura degajată nu este raportată la unitatea de schimb deoarece răcirea nu se face uniform. Este necesară cunoașterea bine a procesului pentru a aproxima corect fluxul termic degajat orar. Un caz particular îl reprezintă degajările de căldură de la mâncare:

Φm = N·g·c(t1 - t2) 1/3,6 [W] (9.1.50) (2.45) în care: N este numărul de porții servite; g - cantitatea de mâncare aferentă unei porții [kg/h pers]; c - căldura specifică medie, [kJ/kgK](3,35kJ/kgK); t1 - temperatura la care se aduce mâncarea, cca. + 70 °C; t2 - temperatura la care se servește mâncarea, circa 40°C.

2.5.2.1.5 Degajări de căldură de la suprafețe calde Determinarea acestor fluxuri de căldură, cedate aerului interior, se face în funcție de datele cunoscute despre sursa respectivă. În majoritatea cazurilor se cunoaște sau se poate determina, prin măsurători simple, temperatura medie a suprafeței calde, situație care permite determinarea separată a fluxurilor termice convective și radiante.

62

Versiunea din 3 iunie 2016 C03 9.1. Sarcina termică a unei încăperi

Pentru convecția liberă turbulentă, în care se situează acest schimb de căldură, (Gr·Pr)m > 107, coeficientul de transfer termic convectiv pentru suprafețe verticale se exprimă cu relația 9.1.26, iar pentru suprafețe orizontale cu relația:

αc = 1,1(θc - ti)0.25 [W/m2K] (9.1.51) (2.46)

Coeficientul de transfer termic radiant αr se determină cu relația:

αr = εC0

θc + 273

1004 -

tmr + 273

1004

θc - tmr [W/m2K] (9.1.52) (2.47)

unde: tmr = Σ(tirSi)/ΣSi; tir - temperatura superficială a fiecărui element de delimitare a încăperii de suprafață Si; θc - temperatura medie a suprafeței calde; ε - coeficientul de emisie, = 0,9; Co - coeficientul de radiație al corpului negru = 5,67 W/m2K4 În figurile 9.1.19...9.1.22 sunt indicate nomograme care permit determinarea fluxurilor termice cedate de suprafețe calde verticale și orizontale pentru ti = 15; 27; 30 și 35 °C.

2.5.3 9.1.2. Sarcina termică (de încălzire) de iarnă

Sarcina termică de iarnă este dată de relația:

Φi = Φdeg - Φcons [W] (9.1.53) (2.48)

unde: Φdeg sunt degajările de căldură de la sursele interioare [W]; Φcons - consumurile de căldură [W].

2.5.3.1 9.1.2.1 Consumuri de căldură

2.5.3.1.1 Pierderi de căldură Necesarul de căldură pentru încălzirea unei încăperi se calculează conform STAS 1907/1, 2. Pentru calcule rapide se pot utiliza indici de încărcare termică a încăperii q [W/m3], caz în care pierderile de căldură:

Φp = q V [W] (9.1.54) (2.49) unde V - este volumul încăperii [m3].

2.5.3.1.2 Consumul de căldură pentru încălzirea aerului rece pătruns prin uși, porți sau goluri tehnologice Φa = L cp·ρe(ti - te)·n/60 [kW] (9.1.55) (2.50)

în care: L este debitul de aer pătruns [m3/s]; cp - căldura specifică a aerului [kJ/kgK]; ρe - densitatea aerului [kg/m3]; ti - temperatura aerului interior [°C]; te - temperatura aerului exterior [°C]; n - durata de deschidere a ușilor [min].

2.5.3.2 9.1.2.2 Degajări de căldură Sursele de degajare de căldură sunt, în general, aceleași ca și vara, ele se recalculează iarna numai în măsura în care depind de temperatura aerului interior. În multe încăperi ventilate sau climatizate există și instalații de încălzire cu corpuri statice care asigură temperatura de gardă, la nefuncționarea instalației de ventilare sau climatizare. În acest caz, în cadrul degajărilor de căldură trebuie considerată și cedarea de căldură a corpurilor statice și anume:

Φcs = Φp ∆t’/∆t (9.1.57) (2.51)

în care: Φp sunt pierderile de căldură ale încăperii, determinate cu relația 9.1.54;

63

Capitolul 2: Baze climatice și fiziologice [0F]

∆t' = tg - te și ∆t = ti - te

unde: ti, te este temperatura interioară și, respectiv, exterioară de calcul; tg - temperatura de gardă, prevăzută, cuprinsă, în general, în intervalul 5...10 °C.

2.6 9.2. Sarcina de umiditate (vapori de apă) a unei încăperi Sarcina de umiditate a unei încăperi reprezintă debitul de vapori de apă ce este preluat sau cedat aerului din încăpere de către aerul de ventilare. Astfel definită, sarcina de umiditate nu include debitul de vapori conținuți în debitul de aer introdus.

Sarcina de umiditate a încăperii Gv rezultă din însumarea debitelor de vapori degajați Σ Gdeg și a debitelor de vapori absorbiți (consumați) în încăpere Σ Gcons.

Gv = Σ Gdeg - Σ Gcons (9.2.25)

Degajările și consumurile de umiditate se calculează conform § 9.2.1, în funcție de sursele de umiditate și corespunzător stării aerului din încăpere în situația de calcul (de obicei, în condiții de calcul nominale de vară și de iarnă). Cunoașterea sarcinii de umiditate este necesară pentru calcularea razei procesului de evoluție a aerului din încăpere și pentru determinarea debitului de aer. Deoarece procesele de preluare/cedare de căldură și umiditate sunt simultane, ipotezele făcute pentru calculul degajărilor/consumurilor de umiditate trebuie să fie similare cu cele pentru calculul degajărilor/pierderilor de căldură.

2.6.1 Degajări și consumuri de umiditate

Sursele ce degajă vapori de apă sunt foarte diverse în funcție de destinația încăperilor și de procesul tehnologic. Pentru evaluarea fluxului vaporilor de apă se utilizează relații analitice sau date obținute prin diferite procedee: cântărire, analiză chimică, bilanțuri întocmite pentru diferite utilaje sau aparate (efectuate, de regulă, de specialiștii tehnologi).

2.6.1.1 9.2.1.1 Degajări de umiditate de la oameni Fluxul de vapori eliminat prin respirație și transpirație depinde, în principal, de intensitatea muncii depuse și de temperatura aerului interior. Pentru un număr N de persoane prezente într-o încăpere, rezultă debitul de vapori de apă degajați G:

G = N go [kg/s] (9.2.1) (2.52) unde: go este debitul de vapori degajați de un om [kg/s-pers]. Se poate determina grafic cu ajutorul figurii 9.1.17 utilizând curbele trasate cu linie întreruptă și scala din dreapta, în funcție de starea de efort și temperatura interioară.

64

Versiunea din 3 iunie 2016 9.3. Bilanțurile de gaze, vapori si praf ale unei încăperi

Fig. 9.1.18. Degajări de căldură șl umiditate de la oameni: 1 - muncă grea; 2 - muncă medie; 3 - muncă

ușoară;4 - repaus; — degajare totală de căldură; --- degajare de căldură latentă.

Analitic, se determină în funcție de căldura latentă degajată ql

go = 10-3 ql / hv (9.2.2) (2.53) unde hv este entalpia valorilor de apă calculată pentru temperatura t =37 °C fkJ/kg]: hv = 2500 + 1,86t = 2570 [kJ/kg] (9.2.3) (2.54)

2.6.1.2 9.2.1.5 Degajări de umiditate de la materiale care se usucă în încăpere Considerând că umiditatea inițială și finală a materialului este ϕ1, respectiv, ϕ2 [kg apă/kg material uscat], debitul de vapori degajat G este:

G = Gm ϕ1 - ϕ2

1 + ϕ2 [kg/s] (9.2.23)

unde Gm este masa finală a materialului umed care își modifică umiditatea în încăpere, în unitatea de timp [kg/s],

2.7 9.3. Bilanțurile de gaze, vapori si praf ale unei încăperi Efectele substanțelor nocive asupra organismului omenesc depind de natura și concentrația lor în aerul încăperii, precum și de durata acestora. Unele substanțe produc intoxicații acute chiar la durate scurte de inhalare, altele produc intoxicații cronice în cazul preluării lor lente de către organism. Alte substanțe sunt iritante, narcotice sau numai rău mirositoare. în sfârșit, unele substanțe, în amestec cu aerul, pot provoca explozii sau incendii. în diferite secții ale întreprinderilor industriale diversitatea substanțelor nocive degajate îmbracă o gamă foarte largă. în Normele generale de protecție a muncii (N.G.P.M.) sunt date concentrațiile maxime admisibile în aerul încăperilor, pentru fiecare substanță în parte, concentrații care, împreună cu debitele de substanțe degajate, stau ia baza determinării debitului de aer de ventilare (tab. 2.3.9).

65

Capitolul 2: Baze climatice și fiziologice [0F]

2.7.1 9.3.1. Surse de degajări de gaze și vapori nocivi

2.7.1.1 Degajări de CO2 de la oameni în orice încăpere social-culturală, de locuit sau industrială se întâlnește prezența omului care, în procesul de expirație, degajă o anumită cantitate de bioxid de carbon gCO2. Degajările de CO2 se calculează cu relația: YCO2 = N gCO2 [g/h] (9.3.1) unde: YCO2 este cantitatea totală de CO2 dintr-o încăpere; N - numărul de persoane; gCO2 - degajare specifică de CO2 în funcție de vârstă și natura activității desfășurate (g/h. pers] conform tabelului 9.3.1.

Tabelul 9.3.1. Degajările de CO2 ale oamenilor

Vârsta omului și caracterul muncii CO2

[l/h] [g/h]

Adulți

- muncă fizică 45 68

- muncă ușoară 23 35

- repaus 23 35

Copii până la 12 ani 12 18

2.7.1.2 Degajări de gaze și vapori de la utilaje și conducte Deși utilajele și conductele se construiesc etanșe există scăpări prin neetanșeitățile acestora care cresc odată cu gradul lor de uzură. Aceste scăpări variază în limite foarte largi (0...12 %) din volumul interior al utilajelor și sistemului de conducte. Presupunând că scăpările de gaze și vapori se supun acelorași legi ca și curgerea prin orificii mici în regim adiabatic, acestea se pot determina cu relația:

Y = c k V MT [kg/h] (9.3.2)

unde: Y este debitul de substanțe sau vapori [kg/h]; c - coeficient ce ține seama de presiunea gazelor sau vaporilor din interiorul utilajelor (c = 0,12...0,37) [(kg kmol K1/2)/m3-h]; k - coeficient de siguranță ce ține seama de uzura utilajelor (k = 1...2); V - volumul interior al utilajului sau sistemului de conducte [m3]; M - masa moleculară [kg/kmol]; T - temperatura gazelor sau vaporilor [K].

66