6 6 clima interioara-si confortul-incaperilor (autosaved)
DESCRIPTION
instalatiiiTRANSCRIPT
Ioan Luminosu “SISTEME TERMOSOLARE” 1
6. CLIMA INTERIOARĂ ṢI CONFORTUL ÎNCĂPERILOR
6.1. CLIMĂ INTERIOARĂ
Clădirea și echipamentele cu care este înzestrată clădirea sunt realizate pentru a crea un mediu
interior în care omul să regăsească factorii mediului exterior propici apariției, dezvoltării și
evoluției vieții pe pământ. Clădirea este o anvelopă în al cărei spațiu interior, omul se străduiește
să creeze un microclimat confortabil pentru individ, indiferent de variațiile parametrilor mediului
exterior. Clima interioară este confortabilă dacă sunt îndeplinite următoarele condiții:
temperatura aerului este cuprinsă între 20 și 22 ℃; temperaturile suprafețelor delimitatoare ale
obiectelor din jurul omului sunt egale cu temperatura aerului; gradientul temperaturii este nul
atât pe verticală cât și pe orizontală; nu există deplasări ale aerului; nu există radiații termice
iritante pentru ochi; puritatea aerului interior se apropie de puritatea aerului exterior.
6.2. ELEMENTE DE FIZIOLOGIA CONFORTULUI
Organismul uman are capacitatea de a menține temperatura corpului aproape constantă în cele
mai variate condiții exterioare. Pentru aceasta sistemul nervos, prin procese chimice și fizice,
reglează căldura produsă de organism pentru a menține echilibrul dintre debitul căldurii interne
generate și debitul căldurii cedate de organism mediului ambiant. În aerul liniștit, la temperatura
de 20-22 ℃ balanța termică fiziologică este în zona de echilibru și omul se simte bine neavând
senzația nici de frig nici de căldură. Confortul este optim.
Când temperatura mediului ambiant crește, pierderile termice ale organismului devin mai mici
decât căldura internă produsă și omul are senzația de cald. Starea este de disconfort și aduce
organismului, printre altele, următoarele prejudicii: toropeală, circulație defectuoasă a sângelui,
dureri de cap, respirație scurtă, insomnie etc. Pentru a menține starea de confort, sistemul
termoregulator comandă, progresiv, dilatarea vaselor sangvine pentru a spori fluxul căldurii
transportate spre piele și activarea glandelor sudoripare care umezind pielea produc răcirea prin
evaporare.
Când temperatura mediului ambiant scade, pierderile termice ale organismului devin mai mari
decât căldura internă produsă și omul are senzația de frig. Starea este de disconfort și aduce
organismului, printre altele, următoarele prejudicii: mâini și picioare reci, dureri de cap,
tremurături, dureri de îngheț în degetele răcite la 8,5 – 6,4 ℃ etc. Pentru a menține starea de
confort, sistemul termoregulator comandă intensificarea metabolismului pentru a spori debitul
căldurii interne, producerea unor mișcări interne care se manifestă sub formă de tremurat,
contracția vaselor sangvine pentru a micșora fluxul căldurii transportate spre piele și dezactivarea
glandelor sudoripare pentru a micșora fluxul căldurii pierdute prin evaporare.
De menționat că atât în mediul ambiant prea cald cât și în cel prea rece, sistemul termoregulator
comandă modificarea ritmului cardiac pentru ca pierderile de căldură prin respirație să fie mai
mari sau mai mici contribuind la menținerea balanței termice între organism și mediul ambiant.
Reglajul termic prin mecanisme fiziologice presupune efort din partea organismului ceea ce se
manifestă prin uzură și oboseală. Pentru a menține senzația de confort în condiții externe
variabile evitând oboseala și uzura organismului se construiesc clădirile și se echipează cu
instalații cu funcțiunea de a menține parametri de climă în intervalul de valori care asigură
confortul.
Ioan Luminosu “SISTEME TERMOSOLARE” 2
6.3. SCHIMBUL DE CĂLDURĂ ÎNTRE OM ṢI MEDIUL ÎNCONJURĂTOR
Energia termică generată de organism prin reacții biochimce este preluată de sânge și
transportată până la suprafața pielii de unde este disipată spre mediul înconjurător fie sub formă
căldură sensibilă prin conducție, radiație și convecție fie sub formă de căldură latentă prin
respirație și transpirație. Căldura generată în unitatea de timp (de obicei 1 oră) și distribuită
suprafeței corporale de 1 m2 se numește metabolism. Metabolismul rămâne constant la același
individ (dependent de vârstă și sex) la aceeași intensitate de activitate și în aceleași condiții de
mediu. Pierderile totale de căldură ale organismului uman în funcție de tipul activității sunt:
culcat 250 - 335 kJ/h; stând pe scaun 290 – 377 kJ/h; stând în picioare 335 – 460 kJ/h; mergând
încet (3 km/h) 628 – 837 kJ/h; mergând în marș (8 km/h) 837 – 1675 kJ/h; efort corporal
deosebit 1675 – 2515 kJ/h.
Bilanțul termic al schimbului de căldură Q între corpul omenesc și mediul înconjurător se
exprimă prin următoarea relație generală:
(1)
în care indicii exprimă: cd – conducție, cv – convecție, rd – radiație, λ – latentă. Expresiile cantităților de căldură schimbate prin diverse mecanisme sunt:
1. convecție
(2)
unde: este coeficientul schimbului convectiv de căldură de la om la aerul interior al încăperii,
în W/m2℃ acesta depinde de viteza curenților de aer ; este aria suprafeței corpului
omenesc m ; este temperatura medie a suprafeței corpului omenesc considerat
îmbrăcat, în ℃; este temperatura aerului din încăpere în ℃; deoarece și sunt
constante se poate afirma că există dependența ; 2. radiație
(3)
unde: este coeficientul schimbului de căldură prin radiație de la suprafața îmbrăcăminții la
suprafețele obiectelor din încăpere, în W/m2℃; este temperatura medie de radiație sau
radiantă a încăperii în ℃:
(4)
în care
exprimă cota parte din suprafața totală perimetrală a încăperii, în %, ocupată
de suprafața care intră în schimb de căldură prin radiație cu corpul omenesc; suprafața este
pardoseala, plafonul, peretele E, peretele S ș.a.m.d.; deoarece și sunt constante se
poate afirma că există dependența ; 3. conducție
deoarece căldura schimbată prin conducție este foarte mică în raport cu căldura totală ( de
exemplu la un om care stă în picioare schimbul conductiv se realizează numai prin suprafața
tălpii), aceasta, în ecuația de bilanț termic, se neglijează;
4. latentă
schimbul de căldură latentă este dependent de concentrația vaporilor de apă din aerul interior al
încăperii care este determinată de umiditatea relativă a aerului . Cantitățile de căldură cedate de
un om îmbrăcat normal, cu activitate ușoară, stând pe scaun, în aer liniștit, cu umiditatea de 30 –
70 %, și cantitatea de vapori prin respirație la diverse temperaturi ale aerului interior, sunt
indicate în tabelul nr.1.
Ioan Luminosu “SISTEME TERMOSOLARE” 3
În concluzie, factorii de microclimat interior care determină confortul termic într-o încăpere sunt
temperatura aerului interior, viteza curenților de aer, umiditatea relativă și temperatura medie
radiantă. Fiecare dintre factorii de confort luat separat nu determină condițiile de confort pentru
orice valori ale celorlalți factori. De aceea este necesar ca factorii de confort să fie studiați prin
corelarea dintre ei.
Relativ la temperatura medie a suprafeței corpului omenesc îmbrăcat se menționează aspectele
următoare: temperatura normală a corpului este cuprinsă în intervalul 36 5 – 37 ℃; temperatura pielei este de 32 ℃; în condiții de confort termic temperatura medie superficială este o medie ponderată între temperaturile porțiunilor de piele goală și ale porțiunilor de piele acoperită de îmbrăcăminte aceasta fiind cuprinsă în intervalul 24 – 26 ℃.
Tabelul nr.1. Cantități de căldură și de vapori disipate de un om.
Temperatura aerului interior [℃] 10 14 18 22 26 30
Mărimea fizică
căldura sensibilă [kJ/h] 489 415 351 305 247 167
căldura latentă [kJ/h] 75 75 83 117 176 247
căldura totală [kJ/h] 565 489 427 422 422 414
vapori [g/h] 30 30 33 47 70 88
Căldura cedată de un om îmbrăcat, în repaus odată cu creșterea temperaturii aerului și ponderile
căldurilor pierdute prin diverse mecanisme sunt indicate în figura 1.
Figura 1. Căldura cedată de un om în repaus.
Ioan Luminosu “SISTEME TERMOSOLARE” 4
6.4. INFLUIENȚA FACTORILOR DE CLIMAT INTERIOR ASUPRA
CONFORTULUI TERMIC
a) Influiența factorilor și
În condițiile confortului termic pierderile de căldură prin convecție și radiație ale corpului
omenesc trebuie să rămână constante pentru aceleași condiții de mediu și activitate, adică:
(5)
Prin împărțirea ecuației (5) cu și separarea mărimilor constante în membrul doi se obține:
(6)
În încăperile cu aerul liniștit coeficienții schimbului convectiv și radiativ de căldură sunt egali și
din ecuația (6) se obține
(7)
În ecuația (7) mărimea C are dimensiunea unei temperaturi iar conform ipotezei din ecuația (5),
valoarea sa este constantă pentru aceleași condiții de mediu și activitate. Spre exemplu, în
locuințe, birouri, școli, confortul se instalează dacă 19 ℃, adică se poate scrie:
(8)
Deci, temperatura de confort simțită de corpul omului este o rezultantă (media aritmetică) a
temperaturii aerului interior și a temperaturii medii de radiație a tuturor suprafețelor obiectelor și
elementelor de construcție cu care corpul face schimb de căldură prin radiație. Aceasta se mai
numește temperatura încăperii.
Graficul din figura 2 arată dependența dintre valorile mărimilor și pentru asigurarea
confortului.
Figura 2. Limitele valorilor și pentru asigurarea confortului (după F. Roedler).
Pentru a asigura confortul, gradientul temperaturii aerului interior pe verticala ridicată în centrul
camerei trebuie să fie mai mic decât 2,5 ℃/m.
b) Influiența factorilor și
Valorile de temperatură indicate sunt valabile numai dacă umiditatea relativă primește valori în
intervalul 30 – 70%. În acest interval, la temperaturi normale ale aerului din încăpere, omul nu
sesizează diferențele de umiditate relativă. Pentru valori ale umidității mai mici decât 20-30%
apare senzația de uscăciune a pielei și a mucoasei căilor respiratorii iar pentru valori mai mari
decât 70-80 % apare senzația de zăpușeală manifestată prin transpirație abundentă și scăderea
vitezei de evaporare (figura 3).
Ioan Luminosu “SISTEME TERMOSOLARE” 5
Figura 3. Limitele valorilor și φ pentru asigurarea confortului.
c) Influiența factorilor și Temperatura aerului interior și viteza aerului în jurul corpului omenesc măresc sau micșorează
schimbul de căldură prin convecție și schimbul de căldură latentă ceea ce influențează senzația
de confort termic. În figura 4 s-au trasat curbele cu același efect de confort în coordonate pe axa verticală și pe axa orizontală, pentru trei valori ale umidității relative a aerului
interior. Linia punctată reprezintă valorile optime ale temperaturii aerului interior și vitezei
aerului pentru generarea confortului în încăpere.
Figura 4. Limitele valorilor și pentru asigurarea confortului.
d) Temperatura efectivă
Combinațiilor de temperatură a aerului interior, viteză a aerului și umiditate relativă cărora le
corespunde aceeași senzație de confort termic le corespunde o temperatură fictivă numită
temperatură efectivă. Temperatura efectivă a aerului dintr-o încăpere este egală cu temperatura
aerului saturat din încăperea de referință cu viteze în intervalul 0,15...3,00 m/s care produce
aceeași senzație de confort. Temperatura efectivă se stabilește cu ajutorul diagramei din figura 5
în modul următor:
- în diagramele aerului umed se citește temperatura termometrului umed
corespunzătoare umidității curentului studiat și se marchează pe axa din partea de jos
a figurii;
Ioan Luminosu “SISTEME TERMOSOLARE” 6
- temperatura curentului de aer se citește la termometrul uscat și se marchează pe axa
din partea de sus a figurii;
- se unesc cele două puncte printr-o linie care intersectează curbele de viteză constantă;
- temperatura efectivă se citește pe linia curbă din partea stângă a figurii.
Figura 5. Temperatura efectivă.
Fiziologic, pentru starea omului care stă liniștit, îmbrăcat în costum de stradă, s-au constatat
următoarele:
- pentru temperatura efectivă de 8 ℃ variația umidității de la saturație până la uscare completă nu influiențează senzația de confort termic;
- deasupra acestei limite creșterea umidității la temperatură constantă dă impresia de creștere a temperaturii; sub această limită creșterea umidității la temperatură constantă dă impresia de scădere a temperaturii.
Ioan Luminosu “SISTEME TERMOSOLARE” 7
6.5. INDICELE DE CONFORT TERMIC
Starea de confort a omului este redată de către un indice B care se calculează cu o formulă
dezvoltată de fiziologul Van Zuilen:
25 37 (9)
unde: T - temperaturi [℃]; x – umiditatea absolută a aerului interior [g/kg]; v – viteză [m/s]; C –
constantă specifică sezonului și anume, Ciarnă = - 9,2, Cvară = - 10,6.
Valorile indicelui de confort termic sunt:
B = 0, senzația de confort termic este optimă;
B = ± 1, confortul termic este satisfăcător: B = +1 senzația este de cald
confortabil, B = - 1 senzația este de răcoare confortabilă;
B = ± 3, senzația este de disconfort (frig sau cald): B = +2...+3 senzația este de
prea cald și foarte cald, B = -3... -2 senzația este de frig sau rece.
Temperatura de confort este dependentă de căldura internă excedentară. Căldura internă
excedentară care trebuie să fie pierdută spre mediul ambiant este funcție de intensitatea
activității, după cum urmează:
culcat în pat, 60...80 kcal/h;
stând pe scaun, 70...80 kcal/h;
stând și lucrând ușor, 137 kcal/h;
mergând încet, 150...200 kcal/h;
mergând repede (8 km/h), 200...400 kcal/h;
efort fizic foarte greu, 400...600 kcal/h.
Variația temperaturii de confort în funcție de căldura internă excedentară produsă în funcție de
activitatea omului este indicată în figura 6.
Figura 6. Temperatura de confort în funcție de căldura internă excedentară.
Limitele de variație ale indicelui de confort termic sunt reglementate de către STAS-uri în
funcție de efortul fizic depus de către om.
Ioan Luminosu “SISTEME TERMOSOLARE” 8
6.6. ALȚI FACTORI BIOCLIMATICI
Confortul habitației este determinat atât de factorii termofizici prezentați în secțiunile precedente
cât și de alți factori bioclimatici dinte care distingem factorii optici, acustici, de presiune și de
stare electrică a aerului din interiorul încăperilor cu destinație socială sau de locuit.
Influența fiziologică a presiunii aerului este semnificativă deoarece scăderea presiunii induce
efecte stimulatorii, dar presiunea nu este luată în considerație la evaluarea confortului din cauza
complexitțăii soluțiilor tehnologice și a costurilor prea mari ale acestora.
Dintre ceilalți factori bioclimatici, în continuare ne vom referi la cei mai importanți și anume
puritatea aerului din încăperi și starea electrică a aerului interior.
a) Puritatea aerului interior
Compoziția chimică a atmosferei libere nepoluate este considerată ca fiind optimă pentru viață.
Ca urmare se urmărește ca aerul din încăperi să aibă o compoziție asemănătoare cu cea a aerului
atmosferic, adică fracțiunile relative ale gazelor, vaporilor de apă, prafului și microorganismelor
din aerul interior și exterior să fie aproape egale. În interiorul încăperilor, compoziția aerului se
modifică necontenit din cauza produselor metabolice ale organismului uman ca de exemplu
bioxidul de carbon degajat prin respirație, și din cauza substanțelor degajate de către unele
procese tehnologice ca de exemplu prepararea hranei. Iarna suspensiile organice din aer venind
în contact cu suprafațele de încălzire sunt uscate iar particulele sunt divizate și răspândite de
către curenții convectivi în încăpere sporind senzația de aer prăfuit. Pe de altă parte, în halele
industriale se degajă pulberi, vapori și gaze toxice ca de exemplu: alcooli, amoniac, bioxid de
sulf, clor și compuși ai clorului, compuși cu inele benzenice, derivați ai hidrocarburilor, pulberi
metalice și ale pământurilor rare, oxizi și aerosoli.
Atmosfera din interior nu este echivalentă cu cea exterioară. Se admite ca aerul din încăperi să
conțină unele substanțe, a căror concentrație nu periclitează sănătatea oamenilor și nu constituie
pericol de incendiu sau de explozie. Concentrațiile admisibile, stabilite pe considerente
fiziologice, depind de natura și gradul de toxicitate al substanței și de timpul de ședere al
oamenilor în încăperea respectivă.
Astfel, aerul din spațiile sociale, de locuit și industriale se viciază fiind necesară împrospătarea
aerului interior cu aer de afară. Rația de aer proaspăt pentru o persoană, în funcție de activitatea
pe care o desfășoară variază între 10 și 50 m3/h. Aerisirea locuințelor și birourilor echipate cu
ferestre și uși clasice este asigurată de aerul care pătrunde pe la îmbinările neetanșe ale ușilor și
ferestrelor exterioare și prin deschiderea intermitentă a acestora. În halele industriale și în sălile
cu activități care reunesc mulți oameni, compoziția admisă a aerului este asigurată de către
instalațiile de ventilare forțată și condiționare a aerului.
b) Starea electrică a aerului
Straturile de aer atmosferic cu cotele cuprinse între 50 și 65 km formează ionosfera. Ionosfera
este încărcată cu sarcină electrică cu semnul plus. Scoarța terestră este încărcată cu sarcină
electrică cu semnul minus. Scoarța terestră și ionosfera se comportă ca un condensator la care
dielectricul este atmosfera terestră. Diferența medie de potențial dintre cele două armături este
cuprinsă în intervalul 250...350 kV. Suprafețele echipotențiale urmăresc configurația terenului;
sunt mai dese în zonele cu ridicări pronunțate ( munți, coline, case etc.). Între armăturile
condensatorului există câmp electric orientat de la ionosferă spre pământ. Intensitatea câmpului
electric variază orar, diurn și lunar. De la o lună la alta, oscilația maximă este în luna ianuarie iar
cea minimă este în luna iulie. De la o zi la alta, oscilația este maximă când este “luna nouă”.
Ioan Luminosu “SISTEME TERMOSOLARE” 9
Intensitatea medie a câmpului electric în apropierea pământului este de aprox. 130 V/m deasupra
uscatului și de aprox. 126 V/m deasupra mării. Intensitatea câmpului electric este mai mare în
zonele în care densitatea suprafețelor echipotențiale este mai mare.
În aerul atmosferic se generează continuu ioni sub acțiunea minereurilor radioactive, radiațiilor
cosmice, exploziilor nucleare și descărcărilor electrice. Densitatea medie a sursei de ioni este
9,55 ioni/cm2 s deasupra uscatului și 1,55 ioni/cm
2 s deasupra mării. Particulele materiale ale
aerosolilor (fire de praf) sunt nuclee de condensație pentru ioni. Apar formațiuni încărcate
electric care fiind supuse forțelor electrice se unesc în aglomerate. Agregatele cad spre pământ,
sub efectul gravitației, ca o ploaie difuză. Astfel are loc purificarea naturală a aerului. Densitatea
sursei de ioni scade odată cu înălțimea și odată cu aceasta scade cantitatea de praf care precipită
în unitatea de timp pe unitatea de arie. În câmpul electric, anionii se deplasează spre ionosferă iar
cationii se deplasează spre spre scoarța terestră. Densitatea medie a fluxului ionic vertical este de
aprox. 1875 ioni/cm2 s. Sub cerul liber, fluxul ionic străbate corpul omenesc și determină prin
acesta un curent cu intensitatea de aprox. 40 pA. Intensitatea curentului de ioni este mai mare în
zonele în care intensitatea câmpului electric este mai mare. Creșterea curentului ionic odată cu
scăderea cantității de praf depus, în unitatea de timp, prin precipitare face ca din punct de vedere
fiziologic omul să se simtă mai bine în zonele muntoase decât în cele de șes.
Atmosfera terestră este străbătută continuu de unde electromagnetice a căror frecvență, în zilele
cu cerul senin, este de aprox. 10 Hz. În câmpul electromagnetic, intensitățile vectorilor de câmp
electric respectiv magnetic sunt de ordinul 10-3
V/m și 10-5
A/m. Frecvența undelor
electromagnetice scade până la 6 și chiar 2 sau 0,5 Hz în următoarele condiții: nori de mică
altitudine, ploaie, încălzirea straturilor superioare ale atmosferei, pete solare, vânt. Variația
maximă a frecvenței se produce după amiaza, apoi scade, astfel că noaptea ajunge la o zecime
din valoarea medie diurnă. Reacțiile oamenilor la variațiile frecvenței variază de la individ la
individ. La aproximativ 1/6 dintre oameni biocurenții cerebrali oscilează în intevalul 14 – 30 Hz.
Aceștia resimt variațiile frecvenței atmosferice sub formă de: durei de cap, oboseală, transpirație
în podul palmei etc. Sub aspectul confortului, curenții electrici atmosferici străbat prin pereții
caselor de lemn, de aceea în aceste case omul percepe un confort electric plăcut. Pereții clădirilor
din beton armat se comportă ca niște cuști Faraday care împiedică trecerea curenților atmosferici
determinând creșterea numărului de ioni din aerul interior și scăderea fluxului de ioni care străbat
corpul uman. Consecința este perturbarea proceselor vitale și apariția oboselii, insomniei,
sensibilitate mărită față de condițiile meteorologice, tulburări cardiovasculare și altele. Confortul
electric poate fi obținut prin restabilirea condițiilor mediului exterior. În acest scop, pe plafon se
montează electrozi care sunt conectați la un generator de curent continuu de înaltă tensiune.
Notă
După comportarea față de variațiile frevenței undelor electromagnetice, există trei tipuri de
indivizi:
1. tipul responsiv: cuprinde 2/3 din oameni, curenții cerebrali oscilează în intervalul 8...13
Hz; persoanele se simt bine pe vreme frumoasă (10 Hz);
2. tipul persistent: biocurenții cerebrali sunt stabili, se adaptează ușor chiar la variațiile mari
ale frecvenței undelor electromagnetice atmosferice cauzate de modificare condițiilor
meteorologice;
3. tipul minus: cuprinde 1/6 din omenire, frecvența curenților cerebrali oscilează în
intervalul 14...30 Hz, variațiile frecvenței undelor electromagnetice induc stări de
disconfort ca: durei de cap, oboseală, transpirație în podul palmei.
Ioan Luminosu “SISTEME TERMOSOLARE” 10
6.7. METODE ṢI MIJLOACE PENTRU ASIGURAREA CONFORTULUI
S-a arătat că într-o încăpere se instalează starea de confort termic al omului dacă temperaturile
aerului și a suprafețelor delimitatoare se încadrează în anumite intervale și sunt invariabile în
timp, umiditatea relativă este mai mică decât 70% și mai mare decât 30% și fie nu există curenți
de aer fie dacă există au vitezele foarte mici în intervale restrânse. Premisa climatului necesar
confortului termic îl constituie protecția termică eficace a clădiriii.
Dimensiunile ferestrelor trebuie stabilite astfel încât să asigure iluminarea ireproșabilă a
încăperii. Dezavantajele ferestrelor cu dimensiuni foarte mari rezidă din considerentele
următoare:
a) Geamurile ferestrelor au temperatura cea mai joasă dintre elementele de construcție care
delimitează încăperea și produc, prin radiație, răcirea cea mai intensă a omului; de exemplu dacă
temperatura interioară este de 25 ℃ iar cea exterioară de - 10℃, geamul interior al unei ferestre
duble are 9,3 ℃.
b) În timpul verii, insolația revarsă în camerele cu ferestre orientate spre S, S-E și S-V cantități
mari de energie radiantă solară. Protecția față de insolație este asigurată cu jaluzele. Procentajul
din energia solară reținută de jaluzele depinde de modul de montaj: storuri între geamuri – 55 %;
storuri în fața ferestrei – 48 %; storuri în exterior – 90 %.
Pardoseala cu temperatura mai mică de 17 ℃ provoacă senzația de rece a tălpii
piciorului care stă pe ea. Pentru a evita senzația de rece, pardoseala se izolează termic cu un strat
superficial cu difuzivitate termică mică.
Temperatura aerului interior este menținută la nivelul optim cu ajutorul instalației de
încălzire. Pentru considerente de ordin igienic-sanitar, se recomandă ca temperatura medie a
suprafeței corpurilor de încălzire din clădirile social-culturale, administrative și de locuit, să nu
depășească 85℃. La alegerea instalației de încălzire se recomandă să se țină seama de
performanțele principalelor sisteme de încălzire:
a) cu corpuri statice care disipă căldura prin convecție și radiație dar fracțiunea căldurii disipate
prin radiație este nglijabilă în raport cu fracțiunea căldurii disipate prin convecție;
b) cu aer cald care se amestecă cu aerul încăperii creându-se curenți cu viteze mai mari decât la
sistemul precedent;
c) cu plafoane radiante care cedează căldură prin radiație, curenții convectivi fiind practic
inexistenți.
Temperatura medie de radiație a suprafețelor care delimitează încăperea este menținută la nivelul
optim cel mai bine cu ajutorul plafoanelor încălzitoare. Celelalte sisteme de încălzire
influențează temperatura de radiație prin schimbul de căldură între curenții convectivi și pereții
camerei. Trebuie menționat că rezistența termică a pereților stabilită prin proiectarea clădirii
contribuie la atingerea unei temperaturi de radiație pentru o anumită sarcină termică a instalației
de încălzire.
Viteza aerului interior este influențată în mod activ de către sistemele de încălzire prin
convecție, locul de amplasare a gurilor de aer și de viteza de refulare a aerului.
Umiditatea relativă nu poate să fie asigurată în limitele cerute de confort de niciunul
dintre sistemele de încălzire menționate anterior. Umiditatea relativă poate fi asigurată în limite
restrânse numai de către instalația de condiționare a aerului. Trebuie să se menționeze că
indiferent de sistemul de încălzire prin mărirea temperaturii aerului, umiditatea absolută rămâne
constantă dar umiditatea relativă scade, însă în cele mai multe situații umiditatea relativă rămâne
mai mare decât 30 %.
Ioan Luminosu “SISTEME TERMOSOLARE” 11
Corpuri statice de încălzire
Cele mai simple corpuri statice de încălzire sunt serpentinele din țevi metalice cu diametrul până
la 100 mm având suprafața netedă sau cu aripioare pentru a mări suprafața de schimb de căldură
(figura 7). Mai multe țevi metalice paralele, echidistante montate orizontal sau vertical și sudate
la capete cu țevi de legătură (distribuitoare) formează un registru (figura8). Diametrul țevilor
este între 50 și 100 mm iar al distribuitoarelor este mai mare. Serpentinele și registrele sunt
folosite în clădirile industriale și agrozootehnice
Figura 7. Serpentine: a - țeavă cu muchii drepte; b - cu racorduri curbate.
Figura 8. Registre: a - cu țevi verticale; b - cu țevi orizontale.
În încăperi căldura este furnizată de către bateriile de încălzire care sunt alcătuite din distribuitor
și colector între care se interpun elementele încălzitoare formate din țevi cu aripioare; bateriile de
încălzire pot fi străbătute de aer proaspăt, de aer recirculat sau de aer amestecat. În cazul
procedeului cu aer recirculat sau amestecat, în încăperi se prevăd guri de aer.
Radiatoarele sunt formate din elemente asamblate cu nipluri prevăzute cu filet. Radiatoarele se
montează pe pereții exteriori, sub ferestre (figura 9). Aceasta asigură uniformizarea căldurii pe
verticală și o temperatură mai ridicată a aerului în apropierea pardoselii decât în cazul asamblării
radiatoarelor la pereții interiori opuși ferestrelor.
Ioan Luminosu “SISTEME TERMOSOLARE” 12
Figura 9. Montarea radiatoarelor: a-pe peretele exterior, sub fereastră (corect); b-pe peretele
interior (incorect).
Convectorul este format dintr-un element de încălzire și o mască. Elementul de încălzire este
format din țevi cu aripioare unite la capete prin colectoare prevăzute cu racorduri pentru intrarea
și ieșirea agentului termic (figura 10). Masca este prevăzută cu câte o fantă la capete. Prin fante
se produce tirajul aerului care preia căldura de la elementul de încălzire și o transportă spre aerul
din cameră. Deasupra elementului de încălzire se găsește o clapetă pentru reglarea debitului de
aer și implicit a debitului de căldură vehiculată spre încăpere. Masca este fixată etanș pe perete
cu garnituri pentru ca întreg debitul de aer să treacă printre aripioarele elementului de încălzire.
Figura 10. Convectorul: 1 - conducta de ducere; 2 - mufă de reglare; 3 - element de
încălzire; 4 - conductă de întoarcere; 5 - fir de azbest; 6 - ramă; 7- placă demontabilă; 8 -
garnitură de azbest; 9 - clapetă.
Încălzire cu aer cald
Încălzirea cu aer cald prezintă următoarele avantaje: poate să fie asigurată cu aceeași instalație cu
care se asigură puritatea aerului; încălzirea încăperii este rapidă; cheltuielile de investiții sunt mai
reduse decât la alte sisteme de încălzire. Încălzirea cu aer cald prezintă următoarele dezavantaje:
apar curenți de aer cu viteze mai mari decât la alte sisteme de încălzire; încălzirea este
neuniformă mai ales pe verticală. Încălzirea cu aer se folosește pentru încălzirea locuințelor,
birourilor, sălilor aglomerate, atelierelor ș.a.
Ioan Luminosu “SISTEME TERMOSOLARE” 13
Generatoarele de aer cald pot să aibă puterea între 104 și 10
6 kcal/h. În cazul utilizării energiei
solare aerul cald poate să fie furnizat de către colectorul cu aer în timpul insolației sau de către
rezervorul termic în perioadele fără insolație. Rezervorul termic este în pat de rocă și este
amplasat la subsolul clădirii. Canalele de aducțiune a aerului trebuie să fie netede pentru ca
pierderile de presiune să fie mici și izolate pentru a nu reduce temperatura (figura 10).
Figura 10. Incălzire centrală cu aer cald: 1 – generator de aer cald,
2- canale de aducțiune, 3 – guri de aer
Încăzirea prin radiație de temperatură joasă
Sistemele de încălzire prin radiație folosesc elementele de construcție drept suprafețe încălzitoare
ceea ce duce la următarele variante de sisteme:
- suprafață încălzitoare este plafonul a cărui temperatură este mai mică decât 50 ℃;
- suprafață încălzitoare este pardoseala a cărei temperatură este mai mică decât 30 ℃;
- suprafață încălzitoare este cea a unor panouri montate în pereți a căror temperatură
este mai mică decât 90 ℃. Plafonul, pardoseala și panourile radiante primesc căldura de la serpentine sau registre prin care
curge fie apă caldă fie aer cald. La sistemele care folosesc aerul cald ca agent termic, acesta
poate fi dirijat să circule chiar prin elementele constructive. În figura 11 se arată un panou
radiant, înglobat în plafon, încălzit cu aer la 45-50 ℃.
Ioan Luminosu “SISTEME TERMOSOLARE” 14
Figura 11. Plafon radiant încălzit cu aer.
Panourile radiante realizate prin înglobarea serpentinelor sau a registrelor de încălzire în masa
plafonului, pardoselii sau pereților sunt cunoscite sub denumirea de sistem Crittall. Limitarea
temperaturii la sistemele de încăzire prin radiație este necesară pentru a evita tensiunile în placa
de beton, cauzate de dilatare.
Încălzirea prin plafon
Rezultatele măsurătorilor comparative, între încălzirea cu radiatoare și încălzirea prin plafon,
efectuate pe încăperi asemănătoare din punct de vedere dimensional și constructiv sunt
prezentate în figurile 12a și 12b. Se vede că în cazul încălzirii prin plafon temperaturile sunt mai
mari cu 2...3 ℃ decât în cazul folosirii radiatoarelor. Prin compensație, pentru a obține
temperatura de confort, temperatura aerului la încălzirea prin plafon poate fi cu 2...3 ℃ mai
scăzută decât cea de la încălzirea cu radiatoare.
Figura 12. Temperaturile pereților și pardoselii: a- încălzirea prin plafon,
b – încălzirea cu radiatoare.
În figura 13 se arată distribuția temperaturii pe verticală în mijlocul camerei constatând că în
cazul încălzirii prin plafon panta de variație a temperaturii este mai mică decât în cazul încălzirii
cu radiatoare.
Ioan Luminosu “SISTEME TERMOSOLARE” 15
Figura 13. Distribuția temperaturii pe verticala din centrul încăperii: 1- încălzire prin
plafon; 2 – încălzire cu radiatoare.
Încălzirea prin plafon este realizată în diverse variante. În figura 14 se arată un sistem de
încălzire prin plafon format dintr-un registru montat într-un spațiu de aer. Suprafața încălzitoare
din plăci prefabricate de ipsos închide spațiul de aer care deasupra este limitat de o foaie de tablă
acoperită cu material izolator.
Figura 14. Planșeu încălzitor 1 – conducte, 2 – spații de aer, 3 – ecran,
4 – izolație, 5 – panou aparent.
Încălzirea prin pardoseală
Temperatura pardoselii este limitată la 25...30 ℃ la încăperile în care omul circulă încălțat și la
25℃ la încăperile în care omul umblă desculț. În figura 15 se arată o secțiune prin pardoseala
prevăzută cu registru de încălzire. Straturile izolatoare care acoperă conductele au rolul de a
uniformiza temperatura.
Ioan Luminosu “SISTEME TERMOSOLARE” 16
Figura 15. Pardoseală cu registru de încălzire: 1 – pardoseală, 2 – beton de umplutură,
3 – izolație, 4 – conducte, 5 – planșeu.
În figura 16 se arată circulația aerului interior într-o cameră încălzită prin radiație a
pardoselii înglobate în beton.
Figura 16. Pardoseală radiantă cu țevi înglobate în beton.
Încălzirea prin pereți
Încălzirea prin pereți folosește fie serpentine înglobate în pereți , fie panouri radiante din beton
sau metalice amplasate la suprafața peretelui sau în nișe. Încălzirea cu panouri radiante
contribuie la reducerea efectului de radiație rece pe care omul o simte când este înconjurat de
pereții reci ai încăperii. În figura 17 se arată o secțiune printr-un panou radiant înglobat în perete.
Ioan Luminosu “SISTEME TERMOSOLARE” 17
Figura 17. Panou radiant înglobat în perete: 1 – panou, 2 – izolație termică.
Scheme de instalare a elementelor de încălzire
În figurile 17 și 18 se arată două scheme de alimentare cu agent termic a elementelor încălzitoare
dintr-o încăpere cu folosirea pompelor și distribuției inferioare.
În figura 17 se arată o schemă de distribuție a căldurii cu radiatoare și cu panouri radiante
alimentate cu agent termic în serie. La parcurgerea radiatoarelor agentul termic se răcește cu 20
℃ iar la parcurgerea panourilor cu 10 ℃, ceea ce înseamnă că radiatoarele disipă 2/3 din căldura
necesară încăperii iar panourile 1/3 din căldura necesară încăperii. Coeficienții globali de
transmitere a căldurii de la radiatoare și de la panouri sunt neegali, ceea ce face ca reglajul
central calitativ corespunzător celor două sisteme să nu fie eficace. Acest inconvenient este
înlăturat la schema din figura 18. În figura 18 prin conducta de ocolire se obține amestecul de
apă, din conducta de ducere de la cazan, la temperatura necesară alimentării cu căldură a
panourilor.
Figura 17. Radiatoare și panouri radiante alimentate în serie.
Ioan Luminosu “SISTEME TERMOSOLARE” 18
Figura 18. Radiatoare și panouri radiante alimentate cu agent amestecat.
Concluzii comparative privind sistemele de încălzire
Senzația de confort termic depinde atât de temperaturile aerului interior și pereților cât și de
natura mecanismelor de schimb de căldură între aer și corpurile încălzitoare. Experimentele
efecuate de fiziologi au stabilit că ocupanții unei încăperi cu temperatura aerului de - 3 ℃ și cu
temperatura pereților de + 28 ℃ au perceput același confort ca în cazul în care temperatura
aerului a fost de + 40 ℃ iar temperatura pereților a fost de + 13 ℃. Pentru o imagine
comparativă, în figura 19 se prezintă variația temperaturii aerului în funcție de înălțimea camerei
pentru patru sisteme de încăzire.
Figura 19. Variația temperaturii aerului: 1 – încălzire cu radiatoare, 2 – încălzire cu aer cald,
3 – încălzire cu plafon radiant, 4 - încălzire cu pardoseală radiantă.
Ioan Luminosu “SISTEME TERMOSOLARE” 19
La încălzirea cu radiatoare așezate sub ferestre, confortul termic se obține pentru o temperatură a
aerului interior de aproximativ + 20℃, variația temperaturii pe verticală este de 1,1...2 ℃/m,
iar diferențele dintre temperatura aerului interior și temperaturile superficiale ale pereților
respectiv a pardoselii, de forma , sunt de aproximativ 1,5 ℃ respectiv 2,5 ℃.
La încălzirea cu convectoare, variația temperaturii pe verticală este de 2,5 ℃/m, diferențele
dintre temperatura aerului interior și temperaturile superficiale ale pereților respectiv a pardoselii
sunt de aproximativ 1,5 ℃ respectiv 3 ℃ iar amplitudinea de oscilație a temperaturii pe
orizontală este de 3 ℃. În aceleași condiții, confortul la încălzirea cu radiatoare, datorită
proporțiilor dintre transferul radiativ și convectiv, este superior confortului la încălzirea cu
convectoare.
Confortul termic la încălzirea cu aer cald este în vecinătatea confortului la încălzirea cu
convectoare dar asigură reîmprospătarea aerului. Pe de altă parte, aerul cald se acumulează în
părțile superioare ale construcției care se încălzesc în exces față de necesități.
Toate sistemele de încălzire prin radiație creează un câmp radiant mai larg decât celelalte
sisteme. Plafonul radiant asigură temperaturi ale pereților respectiv pardoselei mai mari decât
ale aerului interior cu + 0,5...+ 1 ℃ respectiv +1...+2 ℃ iar variația temperaturii pe verticală
este de +,1... 2,5 ℃/m. Amplitudinea de oscilație a temperaturii pe orizontală este de 1,5...2 ℃.
Tempearatura interioară de confort este de 18℃, deci mai mică decât la celelalte sisteme ceea ce
determină pierderi energetice spre mediul ambiant mai mici. Pierderile de căldură ale omului
într-o încăpere la temperatura de 21 ℃ sunt de 88,8 W la încălzirea prin radiație și de 105 W la
încălzirea cu radiatoare. Sistemul de încălzire prin radiație asigură condițiile optime de confort
cu cele mai mici cheltuieli energetice fiind superior celorlalte sisteme de încălzire.
Încălzirea prin pardoseală este soluția de încălzire a holurilor, hale, săli de expoziție, a
încăperilor înalte și întinse, cu multe ferestre, cu pereți subțiri și acoperiș ușor.