Performanta energetica a instalatiilor de ventilare si climatizare

Performanta energetica a instalatiilor de ventilare si climatizare

Terminologie, clasificarea sistemelor de ventilare si climatizare si aer conditionat.

Ventilarea este procesul prin care se aduce in incaperi, aer proaspat (exterior) si se elimina din incaperi aer poluat. Astfel se realizeaza diluarea/eliminarea poluantilor exteriori: umiditate, gaze, vapori, praf. In functie de energia care asigura deplasarea aerului, ventilarea poate fi naturala, mecanica sau hibrida.

Ventilarea naturala se realizeaza datorita diferentelor de presiune dintre interiorul si exteriorul cladirii, create de factori naturali: diferente de temperatura si vant. Ventilarea mecanica se realizeaza prin mijloace mecanice (ventilatoare). In cazul ventilarii hibride, mijloacele mecanice intra in functiune numai cand diferentele de presiune create de factorii naturali sunt insuficiente pentru realizarea debitului de aer necesar.

Ventilarea naturala poate fi organizata sau neorganizata. In cazul ventilarii organizate, sistemul de ventilare (deschideri, conducte) este conceput pentru a realiza procesul in conditiile cerute de normele sanitare (concentratii admise, grad de expunere admis etc). Ventilarea neorganizata, numita si aerisire, se face ca urmare a neetanseitatilor cladirii sau prin deschiderea ferestrelor.

In functie de numarul de circuite de aer, ventilarea se poate face cu un circuit care asigura functia de introducere sau de evacuare a aerului sau cu doua circuite (de introducre si de evacuare). In cazul unui singur circuit, miscarea aerului pe acest circuit se face in general mecanic; cealalta functie se realizeaza natural.

In functie de presiunea aerului din interiorul incaperilor, in raport cu presiunea exterioara acestora, instalatiile sunt in suprapresiune, in depresiune sau echilibrate. Instalatiile de ventilare cu un circuit sunt sau in depresiune (cu circuit de aspiratie) sau in suprapresiune (cu un circuit de introducere). Instalatiile cu doua circuite pot fi in depresiune daca debitul introdus este mai mic decat cel evacuat, in suprapresiune daca debitul introdus este mai mare decat cel evacuat sau echilibrate, daca cele doua debite sunt egale.

Dupa dimensiunea spatiului ventilat, se poate realiza o ventilare locala (de exemplu prin aspiratie locala) sau generala. Prin folosirea vetilarii locale cu ventilarea generala, se obtine ventilarea combinata. In fig. 2.1 este redata schema de clasificare a instalatiilor de ventilare.

Climatizarea este procesul prin care se asigura in incaperi, o temperatura interioara prescrisa, inclusiv in perioada calda cand este necesara racirea. Climatizarea este de cele mai multe ori cuplata cu ventilarea; astfel, instalatiile de climatizare sunt in acelasi timp si instalatii de ventilare. Climatizarea se poate realiza cu controlul umiditatii interioare pe toata perioada de utilizare a instalatiei sau numai iarna (control partial al umiditatii) sau fara controlul umiditatii.

Climatizarea se poate realiza cu aparate de climatizare sau prin sisteme numai aer sau aer-apa (cu ventiloconvectoare, ejectoconvectoare, grinzi de racire). Debitul de aer al instalatiilor de climatizare poate fi constant sau variabil. Un caz particular il constituie climatizarea numai aer, de inalta presiune, cu debit de aer variabil (VRV). In fig. 2.2 este prezentata schema de clasificare a instalatiilor de climatizare.

Instalatiile de aer conditionat sunt un caz particular al instalatiilor de climatizare care asigura in interiorul incaperilor temperatura si umiditatea aerului, cu limite mici de variatie; de multe ori, se controleaza strict si viteza curentilor de aer si concentratia prafului. Din cauza consumurilor mari de energie, astfel de instalatii sunt justificate in salile de operatii, in laboratoare si in industrie, in cazul unor procese tehnologice cu restrictii speciale pentru conditiile interioare.

In functie de miscarea aerului din incaperile ventilate/climatizate/conditionate care determina modul in care sunt preluati poluantii interiori si eficienta proceselor de transfer in interior, ventilarea se face prin amestec turbulent, prin miscare de tip piston sau prin deplasare.

Fig. 2.1 Schema de clasificare a instalatiilor de ventilare

Fig. 2.2 Clasificarea instalatiilor de climatizare

2.2 Notatii.

Principalele notatii utilizate in capitolul 2 sunt cuprinse in tabelul 2.1. In tabelul 2.2 sunt dati indicii specifici. Datorita necesitatii unor precizari in utilizarea notatiilor, foarte importante pentru aplicarea corecta a diferitelor relatii de calcul, ca si pentru facilitarea folosirii acestor relatii, in text sunt explicate detaliat toate notatiile complexe folosite.

Tabelul 2.1 Principalele notatii utilizate in capitolul 2.

Tabelul 2.2. Indici utilizati pentru notatiile din capitolul 2

2.3 Calculul temperaturii interioare in perioada de vara; verificarea confortului interior; oportunitatea climatizarii

2.3.1. Domeniu de aplicare

2.3.2. Obiectiv

Determinarea temperaturii care se realizeaza in interiorul unui local in perioada de vara, in absenta sistemului de climatizare (racire). Acest calcul permite astfel studiul evitarii supraincalzirii incaperilor pe timpul verii inca din faza de proiectare. De asemenea, pe baza rezultatelor obtinute se poate determina necesitatea utilizarii unei instalatii de climatizare (racire) pentru asigurarea confortul termic al ocupantilor in perioada de vara.

2.3.3 Metoda de calcul

Ipoteze de calcul

Ipotezele principale luate in considerare la elaborarea metodologiei de calcul:

- incaperea este considerata ca un spatiu inchis delimitat de elementele de constructie

- temperatura aerului este uniforma in intreg volumul incaperii

- suprafetele elementelor de constructie sunt considerate izoterme

- proprietatile termofizice ale materialelor elementelor de constructie sunt constante

- conductia caldurii prin fiecare element de constructie este monodimensionala

- straturile de aer din cadrul elementelor de constructie sunt considerate ca fiind delimitate de suprafete izoterme

- temperatura medie de radiatie este calculata ca media ponderata cu suprafetele a temperaturilor superficiale pentru fiecare element de constructie interior

- distributia radiatiei solare pe suprafetele interioare ale incaperii nu depinde de timp

- distributia spatiala a partii radiative a fluxului de caldura datorat surselor interioare este uniforma

- coeficientii de schimb de caldura prin convectie si prin radiatie (lungime de unda mare) pentru fiecare suprafata interioara sunt considerati in mod separat

- dimensiunile fiecarui element de constructie sunt considerate pe partea interioara pentru fiecare element de delimitare a incaperii

- efectele puntilor termice asupra transferurilor de caldura sunt neglijate

- valorile coeficientilor de schimb de caldura sunt:

- coeficient de schimb de caldura prin convectie la interior: h_ci = 2,5 W/m²K

- coeficient de schimb de caldura prin radiatie (lungime de unda mare) la interior:

h_ri = 5,5 W/m²K

- coeficient de schimb de caldura prin convectie la exterior: h_ce = 8 W/m²K

- coeficient de schimb de caldura prin radiatie (lungime de unda mare) la exterior:

h_re = 5,5 W/m²K

- coeficient de schimb de caldura la interior (convectie + radiatie): h_i = 8 W/m²K- coeficient de schimb de caldura la exterior (convectie + radiatie): h_e = 13,5 W/m²K

2.3.3.2 Metoda si principalele relatii de calcul

Etapele principale ale metodei de calcul sunt urmatoarele:

definirea conditiilor de calcul privind datele climatice (in functie de amplasarea cladirii)

stabilirea incaperii pentru care se studiaza temperatura interioara

stabilirea elementelor de constructie care delimiteaza incaperea studiata (suprafete, orientare, conditii la limita)

calculul parametrilor termofizici (in regim permanent si in regim dinamic) si parametrilor optici (pentru elementele de constructie opace si transparente)

definirea scenariului de ventilare

calculul degajarilor de caldura de la surse interioare

evaluarea temperaturii operative maxime, medii si minime zilnice pentru incaperea studiata (temperatura operativa este definita ca media dintre temperatura aerului si temperatura medie de radiatie) pe baza ecuatiilor de bilant termic scrise pentru incapere

determinarea temperaturii interioare conventionale a unei incaperi neclimatizate in perioada de vara pe baza valorilor de temperatura operativa stabilite conform punctului anterior (aceasta serveste la stabilirea supraincalzirii incaperii si necesitatea climatizarii)

Metoda de calcul se bazeaza pe analogia electrica pentru modelarea proceselor de transfer termic ce au loc la interiorul si exteriorul unei cladiri (fig. 2.).

Pe baza schemei din fig. 2.3, elementele componente ale anvelopei unei constructii sunt considerate in functie de inertia termica, de transparenta si de pozitie.

Din punct de vedere al inertiei termice si al transparentei, elementele de delimitare la exterior ale unui local se clasifica in:

elemente exterioare opace usoare

elemente exterioare opace grele

elemente transparente (ferestre, luminatoare, usi vitrate)

Fig. 2.3 Schema de calcul pentru transferul de caldura prin elementele de constructie ale incaperii (analogie electrica)

De asemenea, in cadrul metodei se tine cont de prezenta elementelor de constructie interioare pentru efectuarea bilantului termic al localului (denumite elemente interne sau interioare).

"Nodurile" de calcul din schema de mai sus reprezinta:

q_i - temperatura aerului interior

q_e - temperatura aerului exterior

q_es, q_em - temperatura echivalenta a aerului exterior pentru elementele exterioare "usoare", respectiv "grele" din punct de vedere al inertiei

q_s - temperatura medie dintre temperatura aerului si temperatura medie de radiatie, ponderata prin intermediul coeficientilor de transfer termic convectivi si prin radiatie

q_m - temperatura de "masa" (inertiala)

Notatiile utilizate pentru rezistentele termice (K/W) si capacitatile termice (J/K) din fig. 2.2 sunt urmatoarele:

R_ei - rezistenta termica corespunzatoare ventilarii;

R_es, R_em - rezistenta termica a elementelor exterioare usoare, respectiv grele;

R_is, R_ms - rezistenta termica ce corespunde schimbului de caldura dintre suprafetele interioare ale elementelor de constructie si aerul interior;

C_m - capacitatea termica medie zilnica a elementelor de constructie ale incaperii.

Fluxurile de caldura considerate sunt corespunzatoare nodurilor de calcul q_i q_s si q_m

In functie de tipul elementului de constructie, in cadrul metodei de calcul sunt necesare diferite marimi. In tabelul 2.3 sunt indicate marimile necesare pentru fiecare tip de element de constructie, cu notatiile corespunzatoare.

Ecuatiile de bilant termic scrise pentru fiecare nod de calcul din fig. 2.2 sunt obtinute pe baza integrarii in timp cu pas de 1 ora.

Pentru un moment de timp t , temperatura q_m,t se determina in functie de valoarea de la pasul de timp precedent q_m,t-1 astfel:

(2.1)

Valorile medii ale temperaturilor in nodurile de calcul considerate se obtin cu relatiile:

(2.2)

(2.3)

(2.4)

iar temperatura operationala (media dintre temperatura aerului si temperatura medie de radiatie) se determina astfel:

(2.5)

unde: h_rs = 1,2 h_ri

si:

; ;

unde:

coeficient de schimb de caldura datorat ventilarii (calculat cu relatia 2.6)

coeficient de schimb de caldura prin convectie si radiatie (calculat cu relatia 2.7)

coeficient de schimb de caldura global intre mediul interior si cel exterior (calculat cu relatia 2.8)

coeficient conventional de schimb de caldura la interior (calculat cu relatia 2.9)

coeficient conventional de schimb de caldura intre exterior si suprafata interioara (calculat cu relatia 2.10)

C_m capacitate termica a elementelor din structura anvelopei (vezi relatia 2.11)

q_es temperatura echivalenta a aerului exterior pentru componentelor exterioare usoare (vezi relatia 2.13)

q_em temperatura echivalenta a aerului exterior pentru componentelor exterioare grele (vezi relatia 2.14)

F_i fluxul de caldura in nodul de aer q_i, datorat fie surselor interioare, fie radiatiei solare directe sau aporturilor de caldura convective datorate lamei de aer interioare ventilata a vitrajului) (vezi relatia 2.21)

F_s fluxul de caldura in nodul q_s datorat fie surselor interioare, fie radiatiei solare directe (vezi relatia 2.22)

F_m fluxul de caldura in nodul de "masa" q_m datorat fie surselor interioare, fie radiatiei solare directe (vezi relatia 2.23)

Calculul este iterativ si este repetat pana cand este respectat criteriul de convergenta pentru temperatura interioara. Criteriul de convergenta se considera indeplinit daca diferenta dintre temperatura q_m la ora 24, pentru doua iteratii succesiv,e este mai mica de 0,01°C.

Tabel 2.3 Parametrii necesari pentru efectuarea calculelor (elemente de constructie)

In continuare se prezinta termenii care intervin in ecuatiile 2.1-2.5:

coeficientii de transfer de caldura:

coeficientul de transfer de caldura datorat ventilarii:

(2.6)

unde q_v (m³/h) reprezinta debitul de aer de ventilare.

coeficientul de transfer de caldura prin convectie si radiatie:

(2.7)

unde si reprezinta suprafata totala a elementelor de constructie in contact cu interiorul

coeficientul de transfer de caldura global intre mediul interior si cel exterior (acest coeficient corespunde componentelor opace exterioare lejere - H_TI si ferestrelor - H_Tf):

(2.8)

coeficient conventional de transfer de caldura la interior (se determina cu relatia 2.12):

(2.9)

coeficient conventional de transfer de caldura intre exterior si suprafata interioara:

(2.10)

cu

H_Th corespunde componentelor exterioare opace grele.

Capacitatea termica echivalenta a incaperii C_m, se determina cu relatia urmatoare, luand in considerare o perioada de 24 de ore si tinand cont de inertia mobilierului daca acesta exista cu o valoare de 20 kJ/m²K de suprafata pe sol:

(2.11)

unde: C_i capacitatea utila jurnaliera a componentului i,

A_i suprafata componentului i,

c numarul de componente ce delimiteaza spatiul interior,

A_sol suprafata utila a cladirii sau a zonei. Aceasta suprafata este luata in considerare ca fiind egala cu suprafata incalzita pentru cladirile de locuit.

Suprafata echivalenta de transfer de caldura cu mediul ambiant A_m este determinata cu relatia:

(2.12)

Valorile pentru C_m si A_m sunt determinate in functie de clasa de inertie a cladirii sau a zonei conform clasificarii din tabelul urmator (2.4):

Tabel 2.4 Valori conventionale pentru C_m si A_m

temperaturi exterioare echivalente:

(2.13)

(2.14)

Radiatia solara incidenta la nivelul suprafetelor exterioare este luata in considerare prin:

unde:

f_s factorul de reducere a radiatiei solare directe

I_D componenta directa a radiatiei solare

I_d componenta difuza a radiatiei solare

I_r componenta reflectata a radiatiei solare

Fluxul de caldura transmis incaperii, datorat radiatiei solare absorbite dar si radiatiei reci (spre bolta cereasca) pentru componentele usoare (opace si transparente) este determinat cu relatia:

(2.15 )

Fluxul de caldura transmis localului, datorat radiatiei solare absorbite si radiatiei reci (spre bolta cereasca), pentru componentele grele este determinat cu relatia:

(2.16 )

fluxul de caldura in nodurile de temperatura:

Fluxul de caldura datorat radiatiei solare directe la nivelul elementelor transparente se determina cu relatia:

(2.17)

Fluxul de caldura datorat radiatiei solare transmis prin cresterea temperaturii aerului ce trece prin straturile de aer ventilate din ferestre, se determina cu relatia:

(2.18)

Fluxul de caldura datorat surselor de caldura interioare se determina:

(2.19)

(2.20)

unde:

n numarul de surse interioare de caldura

fluxul de caldura interior prin convectie al fiecarei surse

fluxul de caldura interior prin radiatie al fiecarei surse

Fluxurile de caldura in nodurile de temperatura se determina cu relatiile:

(2.21)

(2.22)

(2.23)

P_rs si P_rm reprezinta componentele radiative ale aporturilor interioare in nodurile q_s si q_m

P_rsd si P_rmd reprezinta partile radiative ale aporturilor solare directe in nodurile q_s si q_m

unde A_f este suprafata totala a elementelor vitrate:

In ecuatiile de mai sus, notatiile corespund urmatoarelor marimi:

l - numarul total de elemente interne usoare

h - numarul total de elemente opace grele

w - numarul total de elemente vitrate

S_f - factor solar pentru fiecare element opac

S_b1 - factor de transmisie pentru radiatia solara (radiatie directa de lungime de unda mica) a elementului vitrat

S_b2 - factor de transmisie pentru radiatia solara (radiatie de lungime de unda mare + convectie) a elementului vitrat

S_b3 - factor de transmisie pentru radiatia solara (pentru lama de aer interioara ventilata) a elementului vitrat

I_sr - radiatia solara incidenta pe suprafata

f_If - factor de pierdere solara a ferestrelor

f_s - factor de umbrire datorat protectiilor solare

f_sa - partea aporturilor solare transmise direct aerului din incapere

q_er- flux specific de caldura de la exterior spre bolta cereasca

Se propun ca valori conventionale:

f_If = 0

f_sa = 0,1

2.3.4 Stabilirea temperaturii interioare a unei incaperi neclimatizate, in perioada de vara

Determinarea acestei temperaturi permite efectuarea de analize privind supraincalzirea incaperii pe perioada sezonului cald si oportunitatea prevederii unui sistem de climatizare.

Temperatura interioara conventionala a unei incaperi neclimatizate in perioada de vara este considerata ca fiind valoarea maxima a mediei pe trei ore consecutive a valorilor temperaturii operative:

(2.24)

In relatia (2.24), temperatura operativa este calculata conform relatiilor prezentate la § 2.3.3.2. De asemenea, la calculul temperaturii interioare conventionale se tine seama de influenta inertiei termice a cladirii prin introducerea coeficientului D determinat astfel:

(2.25)

unde:

E - ecart de temperatura intre media zilei de calcul si media lunara

- constanta de timp secventiala a volumului studiat (incapere), cu:

C_ms - capacitate termica secventiala ce caracterizeaza amortizarea temperaturii in perioada de vara pe o perioada de 12 zile,

H - pierderi de caldura medii prin pereti si prin ventilare:

Temperatura interioara conventionala trebuie determinata cu o precizie de 0,1 °C, prin rotunjirea valorii obtinute la valoarea cea mai apropiata.

Pentru utilizarea metodologiei de calcul a temperaturii operationale, se dau mai jos valori recomandate pentru diverse marimi ce intervin in cadrul metodei.

- debitul de aer de ventilare:

Pentru calculul temperaturii interioare este necesar sa se cunoasca debitul de aer de ventilare. Debitul de aer pentru ventilare mecanica se detremina in conformitate cu Normativul de ventilare I5.

Debitul de aer pentru ventilare naturala neorganizata (aerisire) se poate considera astfel:

ferestre doar pe o fatada

ferestre pe doua fatade

Marimea care intervine in mod direct la stabilirea debitului de aer este suprafata de deschidere a ferestrei S_fd, definita ca fiind raportul dintre suprafata de deschidere efectiva a ferestrei si suprafata totala a ferestrei.

In tabelele 2.5 - 2.6 sunt indicate valori uzuale pentru numarul de schimburi de aer n (h^-1) pentru incaperi in functie de pozitia ferestrelor pe fatade si suprafata lor de deschidere, S_fd.

Tabel 2.5 Schimburi de aer realizate prin aerisire, pentru ferestre pe o singura fatada:

- ferestre deschise ziua si noaptea:

- ferestre deschise noaptea si inchise ziua:

Tabel 2.6 Schimburi de aer realizate prin aerisire, pentru ferestre pe doua fatade:

- ferestre deschise ziua si noaptea:

- ferestre deschise noaptea si inchise ziua:

- puterea surselor interioare de caldura:

In tabelele de mai jos sunt date valori recomandate pentru estimarea fluxului de caldura provenit de la surse interioare.

Tabelul 2.7 Fluxul de caldura de la surse interioare, pentru cladiri rezidentiale (W/m²)

Tabelul 2.8 Fluxul de caldura de la surse interioare, pentru cladiri nerezidentiale (W/m²)

Calculul se face pentru ziua cea mai calda din perioda de functionare a cladirii respective. Daca destinatia cladirii conduce la o functionare continua, se considera parametrii climatici exteriori pentru luna iulie. Temperatura obtinuta se apreciaza ca fiind acceptabila sau nu, calculand votul mediu previzibil PMV, nota de confort sau procentul de nemultumiti (PPD), in conformitate cu partea I a Metodologiei, § 13.

Calculul necesarului de energie pentru racirea cladirilor si al consumului de energie pentru sistemele de climatizare - metoda de calcul lunara

2.4.1 Domeniu de aplicare: cladiri climatizate, fara controlul umiditatii interioare.

Calculul se aplica la cladiri rezidentiale sau ne-rezidentiale sau parti ale acestora, care vor fi denumite generic "cladire".

Se considera numai caldura sensibila, nu si cea latenta.

2.4.2 Obiectiv: calculul energiei necesare racirii cladirilor pentru asigurarea unei temperaturi interioare prescrise precum si al energiei consumate de sistemul de climatizare in acest scop.

Aceste determinari sunt necesare pentru rezolvarea urmatoarelor tipuri de aplicatii:

aprecierea masurii in care sunt atinse obiectivele energetice reglementare existente (ex. indici de proiectare);

compararea performantelor energetice pentru diverse variante de proiectare, pentru o cladire data;

propunerea unui nivel standard, privind performanta energetica a cladirilor existente (indici de evaluare);

evaluarea efectului implementarii unor masuri de conservare a energie la cladirea existenta, prin posibilitatea calcularii consumurilor in variantele "cu" si "fara" masuri de conservare;

predictia necesarului de resurse energetice la nivel regional, national sau international, prin calculul energiei consumate de cladiri reprezentative din fondul construit existent.

2.4.3 Continut general

Metoda include calculul urmatoarelor marimi definitorii pentru performanta energetica a cladirilor climatizate:

- fluxul de caldura prin transmisie si pentru ventilarea cladirii, atunci cand aceasta este racita la o temperatura interioara constanta;

- contributia surselor interne de caldura si a aporturilor solare la bilantul termic al cladirii considerate;

- necesarul anual de energie pentru racire, pentru mentinerea unei temperaturi interioare prescrise in cladire/zona - (la nivelul cladirii);

- consumul anual de energie al sistemelor de racire utilizate - (la nivelul surselor);

- consumul aditional anual de energie pentru racire si ventilare.

Cladirea poate avea mai multe zone termice, cu temperaturi interioare prescrise diferite si poate avea sisteme de racire cu functionare intermitenta.

2.4.3.1 Principalele date de intrare

Principalele date de intrare necesare pentru efectuarea calculelor sunt:

caracteristicile elementelor de anvelopa si ale sistemelor de ventilare;

sursele interne de caldura si umiditate,

climatul exterior;

descrierea cladirii si a elementelor sale, a sistemelor de incalzire/racire si scenariului lor de utilizare;

date privind sistemele de incalzire, racire, apa calda de consum, ventilare si iluminat:

partitionarea cladirii in zone de calcul determinate de parametrii de confort diferti si/sau scenarii de functionare diferite;

pierderi de energie la sursele de racire sau pe traseul de distributie al agentului termic pana la consumatori si eventuale recuperari ale acestei energii prin utilizarea recuperarii caldurii, surselor regenerabile sau degajarilor interioare;

debitul de aer si temperatura aerului refulat (introdus) pe cale mecanica(fiind in prealabil preincalzit sau/si preracit);

elementele de comanda si control utilizate pentru mentinerea parametrilor de confort la valorile prescrise, de proiectare.

2.4.3.2 Principalele date de iesire

Principalele date de iesire (rezultate) ale metodei de calcul sunt:

necesarul de energie lunar si anual pentru racirea cladirilor ;

consumul de energie lunar si anual pentru racirea cladirilor ;

- durata sezonului de racire;

consumul de energie auxiliar pentru racire si ventilare.

2.4.3.3 Datele de iesire aditionale

Acestea sunt:

valori lunare pentru principalele elemente ce intervin in bilanturile de energie: transmisie, ventilare, surse interne, aporturi solare;

contributia surselor de energie regenerabile;

pierderile din sistem (pe partea de incalzire, racire, apa calda, ventilare si iluminat) si eventualele recuperari ale acestora.

Descrierea procedurii de calcul

Necesarul de energie pentru racire va fi calculat pe baza bilantului termic efectuat pentru intreaga cladire sau pentru fiecare zona a cladirii. Aceste valori constituie date de intrare pentru bilantul de energie la nivelul sistemului de racire.

Structura procedurii de calcul este descrisa in cele ce urmeaza. Detalierea procedurii de calcul este prezentata in diferitele subcapitole mentionate:

- Definirea conturului tuturor spatiilor conditionate (racite) si a celor neconditionate, conform § 2.4.4.1,

- Definirea partitionarii cladirii in mai multe zone; daca acest fapt este necesar, se va proceda conform § 2.4.4.2,

- Calculul, pentru fiecare perioada si zona a cladirii, a energiei necesare pentru racire Q_R, conform § 2.4.5 precum si a duratei sezonului de racire, conform §2.4.6, utilizand informatiile prezentate in § 2.4.7 - 2.4.12,

- Combinarea rezultatelor obtinute in diverse perioade si pentru zone deservite de acelasi sistem si calculul consumului de energie pentru racire tinand cont de energia disipata, se face conform recomandarilor de la § 2.4.13.

- Combinarea rezultatelor pentru diferite zone cu diferite sisteme se face de asemenea conform §2.4.13.

Calculul poate fi realizat in doua etape, daca exista interactiuni semnificative intre zonele termice sau intre sisteme si bilantul energetic al cladirii (de exemplu caldura disipata de sisteme influenteaza bilantul de energie al cladirii).

De asemenea, pentru situatii deosebite, calculul necesarului de energie pentru racire se poate efectua in doua sau trei etape succesive: de exemplu, in prima etapa, se realizeaza calculul necesarului de energie, fara sa se ia in considerare ventilarea nocturna sau ventilarea care se realizeaza in afara perioadei de ocupare, iar in a doua si in a treia etapa, se pot integra efectele acestor tipuri de ventilare (daca ele exista), tinand cont de rezultatele obtinute in prima etapa.

Bilantul de energie la nivelul cladirii include urmatorii termeni (numai caldura sensibila):

- transferul de caldura prin transmisie, dintre spatiul climatizat si mediul exterior, datorat diferentelor de temperatura,

- transferul de caldura pentru incalzirea/racirea aerului de ventilare introdus mecanic sau natural, datorat diferentelor de temperatura dintre spatiul climatizat si aerul introdus,

- transferul de caldura prin transmisie si ventilare dintre zonele adiacente, datorat difentelor de temperatura dintre zona climatizata si spatiile adiacente,

- sursele interioare de caldura (inclusiv cele negative, care absorb caldura),

- sursele de caldura solare, directe (radiatie solara patrunsa prin ferestre) sau indirecte (radiatie solara absorbita in elementele opace de inchidere ale cladirii),

- caldura acumulata sau cedata in masa cladirii,

- energia necesara pentru racirea cladirii sau a unei zone a acesteia; sistemul de racire extrage caldura pentru a micsora temperatura interioara sub un nivel maxim prescris.

Metoda de calcul prezentata este o metoda cvasi-stationara. Efectul inertiei termice a cladirii in cazul racirii intermitente sau a opririi sistemului de racire va fi luat in calcul prin introducerea unei ajustari a temperaturii interioare sau a unei corectii aplicate necesarului de frig calculat pentru cazul racirii continue a cladirii. Folosirea unui "factor de utilizare a caldurii" transferate prin transmisie si prin ventilare permite luarea in considerare a faptului ca numai o parte din aceasta caldura diminueaza necesarul de frig. Partea neutilizata a acestui transfer de caldura are loc in perioade in care climatizarea nu functioneaza (de exemplu noaptea). Bilantul nu ia in considerare parte neutilizata a transferului de caldura, care se considera ca este contrabalansat de nerespectarea perfecta a temperaturii prescrise la interior.

Perioada de calcul utilizata de metoda prezentata este de o luna. Calculele lunare ofera rezultate corecte la nivel anual, insa rezultatele obtinute pentru lunile de inceput si sfarsit ale perioadei de racire pot avea erori relative importante.

Necesarul de energie al cladirii pentru racire este asigurat prin furnizarea de energie de catre sisteme de racire adecvate.

Energia consumata la nivelul sistemului, rezulta din bilantul de energie pentru racire care include urmatorii factori:

necesarul de energie pentru racirea cladirii sau zonei;

energia furnizata de sistemele ce utilizeaza energie regenerabila;

pierderile de energie care au loc la generare, stocare, distributie si emisie in sistemele de racire;

energia introdusa in sistemele de racire;

ca un caz particular, energia primara produsa de aceste sisteme de racire (de exemplu energie electrica ce rezulta dintr-un sistem de co sau trigenerare).

Bilantul de energie al fiecarui sistem cuprinde de asemenea si energia recuperata in sistem de la diverse surse si la diferite nivele. In diagrama din fig. 2.4 este reprezentat un bilant global de energie pentru cladire si sisteme (relativ simplificat, deoarece nu cuprinde toate recuperarile de energie, sursele regenerabile si o eventuala productie de energie prin cogenerare). La nivelul sistemului, s-a considerat echipamentul de generare termodinamica a frigului GTF. Acest echipament absorbe caldura din cladire, cu consum de energie primara introduse in sistem

Fig. 2.4 Diagrama energetica pentru racire in cladiri climatizate.

Notatii: Q_surse,R - caldura totala patrunsa in incapere, provenita de la sursele de caldura, exterioare si interioare, in situatia racirii incaperilor; Q_S - caldura provenita de la soare, Q_int - caldura degajata de sursele interioare; Q_Tr - caldura totala schimbata de cladire cu exteriorul, prin transfer (poate avea si sens invers, in functie de temperatura interioara si exterioara, Q_rec,cl - caldura evacuata la nivelul cladirii (de exemplu prin ventilare nocturna; din punct de vedere al racirii se poate considera o recuperare a energiei, deoarece micsoreaza sarcina de racire), Q_R - energia necesara pentru racirea cladirii; QRsistCTA - energia necesara pentru racire, la nivelul centralei de tratare a aerului; QRsistF - energia necesara pentru racire la nivelul generatoruluin de frig (sursei de frig); Q_neconvCTA - energie neconventionala utilizata pentru racire, la nivelul centralei de tratare a aerului CTA; Q _{pierd aer} - pierderi de energie datorita pierderilor de aer prin neetanseitatile conductelor si datorita incalzirii aerului rece vehiculat in sistem; Q_{pierd ar} - pierderi pe retelele de apa rece, la transport, distributie etc, datorita caldurii care patrunde in sistem; QpierdGTF - pierderi in sistemul de generare a frigului, Q_aux - energie primara consumata pentru echipamente auxiliare (pompe, ventilatoare), care include energia suplimentara datorita pierderilor de aer din sistem, prin neetanseitatile conductelor.

Definirea conturului cladirii si a zonelor de calcul

Pentru o abordare corecta a calculului energetic, trebuie definit de la inceput conturul cladirii. De asemenea, in caz de necesitate, se delimiteaza zonele interioare de calcul, caracterizate prin temperatura prescrisa diferita si/sau de scenarii diferite de utilizare; in acest caz bilantul termic trebuie efectuat la nivelul fiecarei zone. Prin urmare, pentru calcul pot apare urmatoarele situatii:

intreaga cladire poate fi modelata ca o singura zona,

cladirea poate fi divizata in mai multe zone interioare (calcul multi-zonal), tinand cont de cuplajul termic dintre zone,

cladirea poate fi divizata in mai multe zone interioare (calcul multi-zona), fara a tine cont de cuplajul termic dintre zone.

2.4.4.1 Limitele cladirii

Limitele cladirii cuprind toate elementele componente ale anvelopei ce separa spatiul racit sau incalzit (conditionat) de mediul exterior (aer, apa, sol), de alte zone climatizate sau de zonele adiacente neclimatizate.

Aria pardoselii A_p corespunde pardoselii utile. Aria se va calcula utilizand dimensiunile interioare ale incaperii. (Pentru detalii vezi partea I a Metodologiei).

2.4.4.2 Definirea zonelor termice ale cladirii

Din punct de vedere termic, cladirea poate fi considerata:

- ca o singura zona termica sau:

- cladirea poate fi divizata in mai multe zone interioare, tinand cont de cuplajul termic dintre zone,

- cladirea poate fi divizata in mai multe zone interioare, fara a tine cont de cuplajul termic dintre zone.

Partitionarea cladirii in "zone termice" este necesara in cazul urmatoarelor situatii :

spatiile sunt racite pe cale mecanica si temperaturile prescrise pentru racire difera cu mai mult de 4 K;

exista mai multe sisteme de incalzire/racire ce functioneaza simultan si acopera arii diferite in interiorul cladirii climatizate,

Exista mai multe sisteme de ventilare ce deservesc diferite zone ale cladirii climatizate; daca exista un sistem de ventilare ce deserveste mai mult de 80% din volumul cladirii (zonei), celelalte spatii se considera deservite de acelasi sistem, considerat ca "sistem principal",

Debitele de ventilare a spatiilor climatizate, raportate la 1 m² de pardoseala utila, difera intre ele cu mai mult de 4 ori. Aceasta conditie nu este aplicabila atunci cand usile de separare dintre spatiile ventilate sunt supuse unor deschideri frecvente sau cand mai mult de 80% din aria pardoselii are aceeasi rata de ventilare (numar de schimburi orare).

Fiecare zona termica interioara poate fi caracterizata de parametri diferiti (temperatura) sau scenarii diferite de temperatura pe durata unei zile. In cazul definirii mai multor zone, bilantul termic se efectueaza separat pentru fiecare zona in parte.

Spatiile neclimatizate de dimensiuni reduse pot fi incluse in cadrul unui spatiu mare climatizat dar in acest caz trebuie privite si ele ca spatii climatizate.

Decizia cu privire la luarea in considerare sau nu a cuplajului termic dintre zone depinde de scopul calculului si de complexitatea cladirii si a sistemelor sale.

Daca o cladire este divizata in mai multe zone, fara cuplaj termic intre zone, calculul se face utilizand procedura monozona pentru fiecare zona in parte si presupunand frontiere adiabatice intre zonele adiacente.

Daca nici una dintre cele doua proceduri mai sus enuntate ("monozona", respectiv "multizona fara cuplaj termic intre zone") nu poate fi aplicata, se recurge la procedura de calcul multizona cu cuplaj termic intre zone.

2.4.4.2.1 Calculul monozona

Daca se aplica ipoteza de calcul a cladirii formate dintr-o singura zona, iar zona respectiva cuprinde spatii cu temperaturi prescrise diferite (cu diferente mai mici de 4K), temperatura interioara in perioada de racire se scrie ca o medie ponderata dintre temperaturile interioare din aceleasi zone (q_j) cu suprafetele pardoselilor zonelor j (A_p,j):

(2.26)

in care :

temperatura prescrisa a spatiului j in perioada de incalzire sau de racire, [sC];

A_p,j aria pardoselii utile a spatiului j, [m²];

Daca se aplica procedura de calcul monozona iar zona respectiva cuprinde spatii cu utilizari diferite (relativ la surse de caldura interioare, ore de iluminat, de ventilare, debite de ventilare etc.) se va utiliza ca valoare a temperaturii zonei, o medie ponderata cu parametrii stabiliti in functie de utilizare, de acelasi tip cu media ponderata a temperaturilor.

2.4.4.2.2 Calculul multizona, fara cuplaj termic dintre zone

Pentru calculul multizona fara cuplaj termic intre zone, orice transfer termic prin transmisie sau prin transport de aer dintre zone nu este luat in considerare. Din acest motiv, calculul multizona fara cuplaj termic reprezinta o procedura de aplicare succesiva a calculului monozona. Cu toate acestea, conditiile la limita si initiale pot fi cuplate, de exemplu, pentru cazul zonelor deservite de acelasi sistem de racire sau care au aceleasi surse interioare de caldura.

Pentru zonele deservite de acelasi sistem de racire, energia necesara este egala cu suma energiilor necesare calculate pentru fiecare zona in parte (conform § 2.4.13).

Pentru zonele care nu sunt deservite de acelasi sistem de racire, energia consumata este egala cu suma energiilor consumate (utilizate) calculate pentru fiecare zona a cladirii in parte (conform § 2.4.13).

2.4.4.2.3 Calculul multizona, considerand cuplajul termic dintre zone

Pentru calculul multizona care considera cuplajul termic dintre zone, este luat in considerare orice transfer termic prin transmisie sau prin transport de aer interzone.

Procedura de calcul pentru acest caz este detaliata in Anexa II.2.B.

2.4.5 Necesarul de energie pentru racire

2.4.5.1 Procedura de calcul

Aceasta procedura este utilizata pentru a obtine necesarul de energie pentru racire pentru intreaga cladire sau pentru o zona a acesteia, conform urmatoarelor etape de calcul:

calculul transferului de caldura prin transmisie, conform § 2.4.7;

calculul transferului de caldura prin ventilare, conform § 2.4.8;

calculul aporturilor de caldura de la sursele interioare, conform § 2.4.9;

calculul aporturilor solare, conform § 2.4.10

calculul parametrilor dinamici, conform § 2.4.11

calculul necesarului total de energie pentru racire Q_R conform § 2.4.12.

2.4.5.2. Relatii generale de calcul

Pentru fiecare zona a cladirii, necesarul de energie pentru racire, pentru fiecare luna de calcul se calculeaza conform relatiei:

Q _R = Q_surse,R h_R Q_Tr,R pentru situatia Q _R > 0, (2.27)

in care:

Q _R - energia necesara pentru racirea cladirii, [MJ];

Q_Tr,R- energia totala transferata intre cladire si mediul exterior, in situatia racirii cladirilor, [MJ];

Q_surse,R - energia totala furnizata de sursele de caldura, in situatia racirii cladirii, [MJ];

h_R - factorul de utilizare a pierderilor de caldura, in situatia racirii; cf. § 2.4.11

Observatie - Pentru simplificarea scrierii, in cele ce urmeaza nu se va mai utiliza indicele "R", caracteristic situatiei de racire, toate evaluarile fiind facute pentru aceasta situatie.

Transferul de caldura total dintre cladire si mediul adiacent neclimatizat se scrie:

Q_Tr = Q_T + Q_V (2.28)

in care, pentru fiecare zona si pentru fiecare perioada de calcul:

Q_Tr - caldura totala transferata, [MJ];

Q_T - caldura transferata prin transmisie, v, § 2.4.7, [MJ];

Q_V - caldura transferata prin aerul de ventilare, v. § 2.4.8, [MJ];

In functie de diferentele de temperatura cu care se calculeaza termenii Q_T si Q_V si de coeficientii de transfer, (relatiile 2.30 si 2.33), termenul Q_Tr poate fi negativ (caldura extrasa din cladire) sau pozitiv (caldura care patrunde in cladire) - vezi fig. 2.4.

Caldura totala de la sursele interioare, Q_surse :

Q_surse = Q_int + Q_S (2.29)

in care:

Q_int - caldura degajata de sursele interioare , [MJ];

Q_S - caldura provenita de la soare , [MJ].

Sistemele de incalzire/racire constituie ele insele surse interioare de caldura, uneori negative (care absorb caldura). Deoarece caldura datorata acestor surse, depinde de necesarul de energie al cladirii, trebuie sa se faca un calcul in doua etape: initial se evalueaza necesarul de energie al cladirii fara aceste surse si dupa aceea se include si energia care provine de la aceste surse.

2.4.6. Durata sezonului de racire

Pentru aceasta metoda de calcul, durata sezonului de racire se determina prin numararea zilelor pentru care energia necesara pentru racire este mai mare ca zero; pentru lunile caracterizate de un raport "pierderi/surse interne" ridicat, se aplica un factor de corectie <1

Durata sezonului de racire poate fi redusa prin aplicarea unor tehnici care conduc la economii de energie pentru racire (de exemplu, prin utilizarea ventilarii nocturne); in aceste situatii este necesara evaluarea perioadelor de functionare ale eventualelor sisteme auxiliare, pastrand pentru calculul necesarului de energie, doar perioada de timp in care functioneaza sistemul de racire de baza.

2.4.7. Transferul de caldura prin transmisie (conductie)

2.4.7.1. Calculul energiei disipate de cladire prin transmisie

Fluxul de caldura total prin transmisie este calculat pentru fiecare luna a anului si pentru fiecare cladire/zona, cu relatia:

Q_T = Σ_k .t    (2.30)

in care:

H_T,k - coeficientul de transfer de caldura prin transmisie, al elementului k, catre spatiul sau zona de temperatura θ_e,k, [W/K];

θ_i - temperatura interioara a cladirii sau a zonei, cf. § 2.4.12,

θ_e,k - temperatura spatiului, a mediului exterior sau a zonei adiacente elementului k,

t - durata de calcul, determinata conform Anexei II.2.A, [Ms].

2.4.7.2. Coeficientii de transfer termic prin transmisie

Valorile coeficientilor de transfer de caldura prin transmisie, H_T,k ai elementelor k, se stabilesc conform partii I a Metodologiei. In continuare se fac numai cateva precizari importante.

Pentru fereastre, raportul dintre aria tamplariei si aria vitrata trebuie determinata de asemenea conform partii I a Metodologiei. Ca o simplificare, se admite utilizarea aceluiasi raport pentru toate ferestrele cladirii, de regula 0,3 sau 0,2, valori ce conduc in cazul racirii, la o valoare mai mica a coeficientului global de transfer termic prin fereastra U_F.

Transferul de caldura prin transmisie cuprinde atat transferul prin suprafetele corespunzatoare elementelor ce delimiteaza zonele de temperaturi diferite, cat si cel datorat puntilor termice punctuale sau liniare.

In cazul unor proprietati termofizice diferite ale elementelor de constructie pentru situatiile de incalzire si racire, trebuie considerate valori diferite ale coeficientilor de transmisie pentru fiecare mod in parte. Acest lucru apare evident in special in cazul ferestrelor cu jaluzele (sau alte elemente de umbrire) reglabile pe pozitii de iarna sau de vara, in cazul transferului prin sol sau catre spatii puternic vitrate.

In cazul transferului de caldura prin sol, se face o diferentiere intre coeficientul de transfer prin transmisie aferent situatiei de iarna si cel corespunzator situatiei de vara, intrucat acesti coeficienti includ atat efectele de regim stationar (caracteristice transferului perimetral) cat si pe cele periodice (caracteristice transferului prin suprafata).

In calculul coeficientului de transfer termic catre o zona adiacenta neclimatizata, se utilizeaza un factor de reducere b subunitar, pentru a tine cont de diferenta de temperatura mai redusa in realitate fata de cazul in care transferul are loc direct catre mediul exterior.

Valoarea temperaturii se stabileste in functie de urmatoarele situatii :

- Transfer de caldura spre mediul exterior : in acest caz este egala cu temperatura mediului exterior, determinata conform anexei II.2.A.

- Transfer de caldura catre o zona adiacenta climatizata : temperatura este egala in acest caz cu valoarea prescrisa a temperaturii din zona climatizata.

- Transfer de caldura catre o zona adiacenta neclimatizata : temperatura este egala cu temperatura mediului exterior, determinata conform anexei II.2.A ;

- Transfer de caldura catre spatii adiacente foarte vitrate (tip sera): in acest caz, trebuie urmata aceeasi procedura ca in cazul spatiilor adiacente neclimatizate.

Efectul radiatiei solare asupra temperaturii ce se stabileste in interiorul spatiilor foarte vitrate este luat in considerare ca parte din calculul referitor la aporturile solare, dezvoltat in cadrul capitolului 2.4.10.

- Pentru calculul cu zone cuplate termic, transferul de caldura catre spatiile adiacente climatizate tine cont de o temperatura egala cu temperatura spatiului(ilor) adiacente, conform anexei II.2.B ;

- Pentru calculul cu zone necuplate termic, transferul de caldura catre alte zone climatizate nu se ia in considerare;

- Transferul de caldura catre sol: in acest caz, temperatura este egala cu temperatura mediului exterior, determinata conform anexei II.2.A.

- Transfer de caldura catre cladirile adiacente: temperatura reprezinta temperatura cladirii adiacente, bazata pe valori care corespund structurii si utilizarii acesteia din urma.

2.4.7.3. Efectul protectiei nocturne

Efectul radiatiei nocturne trebuie luat in considerare mai ales in cazul ferestrelor protejate prin dispozitive exterioare (obloane sau jaluzele). Pentru aceasta, se introduce un factor adimensional stabilit in functie de caldura acumulata in fereastra, care la randul sau, depinde de modul de utilizare a dispozitivelor de protectie:

(2.31)

in care:

U_F,cor coeficientul global de transfer termic corectat pentru ansamblul fereastra-protectie [W/m²K];

U_F coeficientul global de transfer termic pentru fereastra neprotejata, [W/m²K];

U_F+p coeficientul global de transfer termic pentru fereastra+ protectie, [W/m²K];

f_p factor adimensional functie de caldura acumulata in fereastra si de temperatura interioara prescrisa.

Datorita puternicii dependente de tipul de climat, factorul f_p va fi precizat la nivel national.

Coeficientul global U_F+p corespunde perioadei de la apusul Soarelui pana la ora 7 dimineata pentru toate zilele in care temperatura exterioara medie zilnica este mai mica de 10^oC, iar coeficientul global al ferestrei, considerata neprotejata, este U_F la toate orele.

Scenariile (orarele) de inchidere a jaluzelelor sunt in general diferite de la o regiune la alta si pot fi diferite de asemenea in functie de tipul de utilizare a cladirii.

2.4.7.4. Situatii speciale

Sunt necesare metode particulare pentru a calcula influenta urmatoarelor elemente de constructie speciale:

Pereti solari ventilati;

Alte elemente ventilate ale anvelopei;

Surse interioare de joasa temperatura.

Daca o sursa interioara de caldura cu potential important, are o temperatura apropiata de temperatura interioara, cantitatea de caldura transferata aerului interior este puternic dependenta de diferenta de temperatura dintre temperatura sursei si cea a aerului ambiant; in acest caz, sursa nu trebuie modelata ca orice sursa interioara, ci trebuie reprezentata in cadrul transferului de caldura prin transmisie. Temperatura q_e,k reprezinta in acest caz temperatura sursei, iar valoarea coeficientului de transmisie H_t,k al elementului este egala cu produsul dintre suprafata expusa [m²] si coeficientul de transfer termic U [W/m²K].

2.4.8. Transferul de caldura prin ventilare

2.4.8.1. Calculul energiei disipate de cladire prin ventilare

Energia disipata de cladire prin ventilare, se calculeaza in fiecare zona conform relatiei:

Q_V = _k.t (2.32)

in care:

Q_V energia totala transferata de zona z, prin ventilare, in MJ;

H_V,k coeficientul de transfer prin ventilare datorat aerului refulat in zona z, prin elementul k, [W/K];

_intr,k, temperatura de introducere (refulare), [K];

q_i temperatura interioara a cladirii (zonei) conform § 2.4.12, [K];

t durata de calcul, determinata conform Anexei II.2.A, [Ms].

Observatie - Q_V se va introduce cu semnul rezultat din calcul. Valoarea negativa a fluxului Q_V indica un aport de caldura prin aerul de ventilare.

2.4.8.2. Coeficientii de transfer termic prin ventilare

Valorile coeficientului de transfer pentru ventilare H_v,k corespunzator elementului k traversat de debitul volumic de aer _V,k sunt date in § 2.6, in functie de valorile temperaturii de introducere _intr,k ale acestui debit, pentru una din urmatoarele situatii:

ventilare naturala inclusiv infiltratii de aer din exterior - in acest caz _intr,k este egala cu temperatura aerului exterior _e conform Anexei A

ventilare naturala ce include infiltratii de aer din incaperile adiacente neconditionate sau din poduri, mansarde sau alte spatii inchise insorite (sere) - in acest caz, _intr,k este egala cu temperatura echivalenta a spatiilor adiacente, conform Anexei A

pentru calculul zonelor cuplate, ventilarea include infiltratia de la zonele adiacente _intr,k este egala cu temperatura acestor zone, conform Anexei B

ventilare provenita de la un sistem de ventilare mecanica - caz in care _intr,k este egala cu temperatura de introducere a aerului ce intra prin acest tip de sistem, determinata conform § 2.6. Pentru sisteme ce utilizeaza recuperatoare de caldura, conditiile sunt precizate in continuare.

In cazul in care debitul de aer volumic _V,k este cunoscut (data de intrare), coeficientul de transfer de caldura prin ventilare H_V,k, poate fi calculat pentru fiecare zona a cladirii si pentru fiecare luna de calcul, conform relatiei:

, (2.33)

in care:

_V,k debitul volumic aferent elementului aeraulic k, [m³/s], conform § 2.6;

capacitatea calorica a aerului refulat poate fi considerata cu valoarea de 1200 J/m³K

2.4.8.3. Situatii speciale

In cazul unor proprietati diferite ale aerului in functie de sezon sau de tipul de sistem utilizat si scenariul sezonier sau zilnic de functionare (de ex. "vara/iarna", "ventilare de zi/de noapte", "cu recuperarea caldurii/fara recuperarea caldurii"), trebuie considerate valori diferite pentru temperatura de refulare θ_intr,k si pentru capacitatea calorica a aerului refulat, conform starii aerului refulat.

2.4.8.3.1. Cazul utilizarii recuperatoarelor de caldura

Intrucat prezenta unei unitati de recuperare a caldurii reprezinta un element important in bilantul de caldura al cladirii sau zonei (influenteaza utilizarea aporturilor de la surselor interioare, supraincalzirea zonei etc.), efectul utilizarii recuperarii caldurii asupra temperaturii aerului introdus trebuie luat in considerare in mod particular in calculul necesarului de energie pentru racire. Recuperarea caldurii din aerul evacuat se ia in considerare prin reducerea debitului de aer real, proportional cu eficienta recuperatorului sau inlocuind temperatura exterioara cu temperatura aerului introdus, obtinuta ca functie de temperatura zonei si de eficienta recuperatorului.

Pentru a determina datele de intrare in situatia recuperarii caldurii, trebuie tinut cont de urmatoarele aspecte:

valorile coeficientului de transfer termic pentru ventilare H_V,k sau ale debitului de aer volumic refulat _V,k, ale temperaturii aerului introdus si energia aditionala utilizata in sistem (aferenta puterii ventilatoarelor, dezghetului etc.) trebuie sa se foloseasca aceleasi date climatice utilizate pentru toate calculele din aceasta metoda, conform celor specificate in Anexa II.2.A;

daca unitatea de recuperare a caldurii nu are un bypass actionat in functie de temperatura interioara sau in functie de sezon, acest lucru trebuie luat in considerare permanent prin calculul efectiv al temperaturii de introducere θ_intr,k rezultata de trecerea aerului exterior prin recuperator;

daca unitatea de recuperare a caldurii este oprita sau by-passata pentru a reduce riscul de inghet al aerului in recuperator, modelul de calcul trebuie sa tina cont de acest lucru; de asemenea, in masura posibilitatilor, trebuie sa se ia in considerare si eventualele surse de caldura din aerul exterior ce pot modifica temperatura aerului ce intra in recuperator si implicit, cea de de iesire din aparat θ_intr,k.

2.4.8.3.2. Cazul ventilarii nocturne

Efectul ventilarii nocturne poate fi evaluat astfel :

- debitul volumic mediu suplimentar si factorii de corectie ce tin cont de diferenta de temperatura, de efectele dinamice si de eficienta sistemului, se calculeaza conform relatiei :

(2.34)

in care:

termen de debit suplimentar datorat ventilarii nocturne, in m³/s ;

c_temp coeficient adimensional ce tine cont de temperatura nocturna in raport cu temperatura medie pe 24 de ore ; in lipsa unor valori bine precizate, se poate lua c_temp=1 ;

c_din coeficient adimensional ce tine cont de inertia constructiei ; in lipsa unor valori bine precizate, se poate lua c_din=1 ;

c_efic coeficient adimensional ce tine cont de eficienta sistemului de ventilare nocturna ; in lipsa unor valori bine precizate, se poate lua c_efic=1 ;

debitul suplimentar datorat ventilarii nocturne, in m³/s ;

- in timpul perioadei de racire, trebuie precizate ca date suplimentare de intrare, scenariile de functionare "zilnic" si "saptamanal" ale sistemului de ventilare nocturn, ca si debitul volumic de aer suplimentar.

Acest debit suplimentar poate fi calculat in functie de tipul cladirii, climat, expunere la vant, utilizare etc. Debitul de aer nocturn suplimentar trebuie insumat la debitul diurn pe perioada de noapte, adica intre orele 23 pm si 7 am, pentru toate zilele corespunzatoare perioadei de racire.

Sunt posibile scenarii diferite de functionare in raport cu cel prezentat. Ele pot diferi functie de ziua saptamanii, de zilele de weekend si de tipul de utilizare al cladirii. Un exemplu in acest sens este redat in Anexa II.2.D

2.4.8.3.3. Alte situatii speciale

Sunt necesare metode de calcul speciale atunci cand sunt intalnite urmatoarele situatii:

pereti solari ventilati;

alte elemente de anvelopa cu strat de aer ventilat;

pompe de caldura ce utilizeaza aerul evacuat ca sursa termica; daca debitul de aer necesar functionarii corecte a pompei de caldura este mai mare ca debitul ce ar fi trebuit introdus in calcul ca data de intrare, trebuie utilizata valoarea maxima dintre cele doua debite.

2.4.9. Degjari de caldura de la surse interioare

2.4.9.1. Calculul energiei disipate de sursele interioare de caldura

Sursele de caldura interioare, inclusiv cele cu contributii negative la bilantul termic, constau din orice tip de caldura degajata la interiorul spatiului conditionat, (altele decat caldura introdusa controlat pentru incalzirea si racirea acestui spatiu sau cea utilizata pentru prepararea apei calde de consum).

Aceste surse de caldura includ:

caldura metabolica degajata de ocupantii spatiului;

caldura degajata de aparate electrice aflate in incapere si de corpurile de iluminat;

caldura degajata sau absorbita datorita curgerii apei calde si reci prin instalatiile ce strabat incaperea, inclusiv cele de canalizare;

caldura disipata sau absorbita de instalatiile de ventilare, incalzire sau racire, inafara celei introduse controlat pentru climatizarea spatiului respectiv;

caldura ce rezulta (sau care este absorbita) din procesele tehnologice desfasurate in incapere sau din prepararea hranei.

Energia totala disipata de sursele de caldura, in situatia racirii cladirii, intr-o zona a acesteia, Q_surse,R se calculeaza cu relatia:

(Pentru simplificarea scrierii, in cele ce urmeaza, nu se va mai folosi indicele "R" corespunzator racirii)

(2.35)

in care:

unde:

Q_surse energia furnizata de sursele interioare de caldura in timpul lunii considerate, [MJ];

Q_surse,k energia furnizata de sursa k in spatiul climatizat, in timpul sezonului sau lunii considerate, [MJ];

Q_surse,nc,l energia furnizata de sursa interioara l dintr-un spatiu adiacent neclimatizat, in timpul sezonului sau lunii considerate, [MJ];

b_l factor de reducere al efectului sursei interioare l din spatiul adiacent neclimatizat,

fluxul de caldura mediu degajat de sursa interioara k, obtinut pe baza datelor definite la § 2.4.9.2, [W];

fluxul de caldura mediu degajat de sursa interioara l, aflata in spatiul adiacent neclimatizat, obtinut pe baza datelor definite in § 2.4.9.2 , [W];

t durata perioadei de calcul (luna sau sezon), conform Anexei II.2.A, [Ms];

Un spatiu adiacent neclimatizat reprezinta un spatiu neclimatizat aflat in afara conturului ce delimiteaza spatiul pentru care se calculeaza necesarul de energie pentru racire. in cazul unui spatiu neclimatizat adiacent mai multor zone climatizate, valoarea fluxului de caldura cedat spatiului climatizat datorita sursei l, trebuie divizata pentru fiecare zona climatizata in parte.

2.4.9.2. Fluxul de caldura mediu degajat de sursele interioare

Pentru calcularea degajarilor de caldura de la sursele interioare, se fac urmatoarele precizari:

o parte din caldura degajata de sursele interioare, poate fi recuperata fie in cladire, fie chiar in sistemul care se calculeaza, fie in alt sistem; in cele ce urmeaza se considera numai caldura recuperata in cladire;

pentru simplificare, cantitatile mici de caldura disipate in sistem si recuperate in cladire pot fi ignorate in calculul necesarului de energie pentru racire, putand fi evaluate in cadrul calculului performantei energetice globale a sistemului, prin introducerea unor factori de corectie;

o sursa rece, ce contribuie la eliminarea unei cantitati de caldura din zona de calcul trebuie tratata ca o sursa obisnuita, dar de semn opus (negativa);

daca o sursa calda de marime importanta are o temperatura apropiata de cea a mediului ambiant interior, fluxul de caldura degajat depinde in mod esential de diferenta de temperatura dintre sursa si mediu; in acest caz, acest flux va fi luat in considerare ca transfer de caldura prin transmisie, (cf. § 2.4.7.4.)

Cu aceste observatii, fluxul total de caldura datorat surselor interioare se scrie:

(2.36)

in care:

fluxul de caldura total datorat surselor interioare, cedat incaperii climatizate, [W];

fluxul de caldura cedat de ocupanti, cf. § 2.4.9.2.1., [W];

fluxul de caldura cedat de aparatura electrica, cf. § 2.4.9.2.1., [W];

fluxul de caldura cedat de iluminat, cf. § 2.4.9.2.2., [W];

fluxul de caldura cedat de instalatiile de apa calda menajera si canalizare, cf. § 2.4.9.2.3 si cap.3, [W];

fluxul de caldura cedat de instalatiile de incalzire, racire si ventilare, cf. § 2.4.9.2.4., [W];

fluxul de caldura cedat de procese tehnologice si prepararea hranei, cf. § 2.4.9.2.5., [W];

2.4.9.2.1.Caldura metabolica degajata de ocupanti si caldura de la aparatura electrica

Valorile orare si saptamanale ale fluxului de caldura cedat de ocupanti si de aparatura electrica aflata in incapere trebuie determinate in functie de tipul si gradul de ocupare al cladirii, de modul de utilizare a cladirii, si de scopul calculului.

In absenta altor valori, pot fi utilizate datele din Anexa II.2.D, in care exista informatii detaliate pentru cladiri rezidentiale si din domeniul tertiar, cat si valori globale pentru un anumit numar de utilizari ale cladirilor.

2.4.9.2.2. Caldura degajata de la iluminatul artificial

Valoarea fluxului de caldura degajat de la iluminat este suma dintre:

fluxul de caldura cedat de corpurile de iluminat si

fluxul de caldura degajat de alte aparate de iluminat prezente in incapere si care nu fac parte din prima categorie : corpuri de iluminat decorative, iluminat de siguranta, lampi speciale, ingropate etc. Pentru toate aceste dispozitive, trebuie utilizate valorile existente in documentatia de specialitate, in functie de utilizarea cladirii si scopul calculului.

Observatie : Fluxul de caldura nu cuprinde caldura evacuata direct prin sistemul de ventilare utilizat pentru evacuarea caldurii de la corpurile de iluminat (daca este utilizat un astfel de sistem).

2.4.9.2.3. Caldura degajata de la instalatiile de apa calda, apa rece si canalizare

Fluxul de caldura cedat/primit de instalatiile de apa rece, apa calda de consum si canalizare catre/de la incaperea climatizata, se scrie conform relatiei:

(2.37)

in care:

unde:

fluxul de caldura cedat/primit de instalatiile de apa rece, apa calda de consum si canalizare, [W] ;

flux de caldura datorat apei calde din sistemul de circulatie permanenta, [W];

fluxul de caldura datorat apei calde de consum in afara sistemului de circulatie, [W];

fluxul de caldura datorat circulatiei apei reci si canalizarii interioare, [W];

fluxul de caldura unitar cedat de instalatia de apa calda de consum, [W/m] ;

lungimea conductelor din sistemul de circulatie a apei calde menajere din zona de cladire considerata, [m].

Valoarea fluxului de caldura unitar precum si fluxul de caldura datorat apei calde de consum in afara sistemului de circulatie, precum si fluxul de caldura datorat circulatiei apei reci si canalizarii interioare, se determina conform capitol 3. Daca se apreciaza ca fiind neimportante in raport cu alte fluxuri de caldura, ele pot fi neglijate.

2.4.9.2.4. Caldura disipata sau absorbita de la sistemele de incalzire, racire si ventilare

Fluxul de caldura disipat de la sistemele de incalzire, racire si ventilare se scrie :

(2.38)

in care :

fluxul de caldura total, disipat de la sistemele de incalzire, racire si ventilare

flux de caldura de la sistemul de incalzire din spatiul climatizat, [W];

flux de caldura de la sistemul de racire din spatiul climatizat, [W];

flux de caldura de la sistemul de ventilare din spatiul climatizat, [W];

Observatii pentru incalzire:

Valoarea fluxului de caldura de la sistemul de incalzire se refera la disiparea de caldura in zona considerata, provenita de la surse de energie auxiliara (pompe, ventilatoare si componente electronice), precum si la caldura disipata in procesele de emisie, circulatie, distributie si inmagazinare a caldurii din sistemul de incalzire. Aceste date trebuie considerate, fie ca medii lunare, fie ca o medie pe intreg sezonul de incalzire.

Observatii pentru sistemul de racire:

Valoarea fluxului de caldura provenit de la sistemul de racire se refera la sursele de energie auxiliara (pompe, ventilatoare si componente electronice) din zona considerata precum si la caldura disipata in procesele de emisie, circulatie, distributie si stocare din sistemul de racire. Pentru aceasta metoda, aceste date trebuie obtinute ca valori medii lunare.

Observatii pentru ventilare:

Valoarea fluxului de caldura transferat de la sistemul de ventilare, se refera la caldura disipata in zona de calcul de catre sistemul de ventilare. Caldura disipata datorita aerului care este introdus in zona respectiva, trebuie luata in considerare printr-o crestere a temperaturii de introducere si de aceea nu trebuie considerate ca o sursa interioara in sine.

Caldura de la sistemul de ventilare care nu conduce la cresterea temperaturii aerului introdus, include de exemplu caldura disipata de motoarele ventilatoarelor plasate inafara curentului de aer si de ventilatoarele locale care braseaza aerul.

Observatie : Inainte de a calcula caldura disipata sau absorbita de la sistemele de incalzire sau racire, este de multe ori nevoie de a calcula necesarul de energie de incalzire sau racire fara a lua in calcul aceste surse potentiale.

2.4.9.2.5. Caldura degajata de la procese tehnologice si prepararea hranei

Fluxul de caldura transferat catre sau de la incapere ce rezulta din procese tehnologice sau de preparare a hranei - - depinde de tipul de utilizare a cladirii si de scopul calculului si poate fi determinat pe baza documentatiei de specialitate.

2.4.10 Aporturi de caldura solare

2.4.10.1 Calculul aporturilor solare totale

Aporturile de caldura solare sunt functie de radiatia solara la nivelul localitatii in care se afla cladirea, de orientarea suprafetelor receptoare, de coeficientii lor de transmitere, absorbtie si reflexie a radiatiei solare, precum si de caracteristicile de transfer ale acestor suprafete. Pentru a lua in considerare aria si caracteristicile suprafetei de captare a radiatiei solare, precum si efectul umbririi acesteia se introduce in calcule marimea denumita arie de captare efectiva.

Astfel, energia totala patrunsa in interior, intr-o zona a cladirii, datorita radiatiei solare (aportul solar) se calculeaza cu relatia:

(2.39)

in care:

si

unde:

Q_s energia solara totala patrunsa in zona de calcul climatizata, pentru luna considerata, datorata aporturilor solare ale zonei de calcul si de la zonele adiacente (neclimatizate), [MJ];

Q_s,c energia solara patrunsa in zona de calcul, prin elementele perimetrale exterioare ale cladirii, pentru luna considerata, [MJ];

Q_s,nc,j energia solara patrunsa in zona de calcul pentru luna considerata, datorata aporturilor solare din zona adiacenta "j", neclimatizata), [MJ];

b_l factor de reducere a aporturilor de la spatiul neclimatizat j,

F_su,k factor de reducere a aporturilor solare datorita umbririi prin elemente exterioare, a ariei de captare efectiva corespunzatoare suprafetei k,

A_s,k aria de captare efectiva a suprafetei k, pentru o orientare si un unghi de inclinare dat, in zona considerata, determinata conform § 2.4.10.2.1 (pentru suprafete vitrate), si § 2.4.10.2.2 (pentru elemente de anvelopa opace),

A_s,j aceeasi interpretare ca la A_s,k, pentru aporturi solare catre spatiul adiacent j neclimatizat, [m²];

I_s,k radiatia solara totala integrata pe perioada de calcul, egala cu energia solara captata de 1 m² al suprafetei k, pentru o orientare si inclinare data a acesteia, ce se determina conform Anexei A, [MJ/m²];

I_s,j aceeasi interpretare ca la I_s,k, pentru aporturi solare catre spatiul adiacent j neclimatizat, [m²];

Se ia in considerare in calcul un factor subunitar F_su denumit factor de reducere al aporturilor solare datorat umbririi exterioare. Acest factor reprezinta reducerea fluxului de caldura solar patruns in incaperea climatizata datorita prezentei unor elemente de umbrire permanente cum ar fi:

cladiri invecinate;

forme de relief invecinate (dealuri, copaci etc,);

elemente de constructie exterioare ale cladirii (cornise, aticuri, balcoane etc.);

retragerea fereastrei fata de planul exterior al peretelui.

Factorul F_su se exprima prin relatia:

in care:

F_su factor de reducere al aporturilor solare datorat umbririi exterioare

I_su radiatia totala primita de planul captator in prezenta elementelor de umbrire exterioare, integrata pe perioada de calcul, [MJ/m²];

I_s radiatia totala primita de planul captator in conditiiile lipsei oricarui element de umbrire exterior, integrata pe perioada de calcul, [MJ/m²];

Radiatia solara directa este singura componenta redusa de obstacolelor ce produc umbra; radiatia difuza si cea reflectata de sol raman neschimbate. Aceasta este echivalent cu un obstacol care, prin reflexie, produce aceeasi radiatie ca cea obstructionata.

Arii de captare efective a radiatiei solare

Ariile de captare a radiatiei solare se determina pentru toate tipurile de elemente perimetrale ale unei cladiri, care capteaza radiatia solara (suprafete vitrate exterioare, elemente opace exterioare, pereti si plansee interioare din spatii tip sera, precum si pereti aflati in spatele unor elemente de acoperire sau izolatii transparente. Caracteristicile de captare ale acestor suprafete depind de climatul local si de factori dependenti de perioada de calcul, cum ar fi pozitia soarelui sau raportul dintre radiatia directa si difuza. in consecinta, trebuie alese valori medii adecvate scopului urmarit (incalzire, racire sau verificarea confortului termic de vara).

2.4.10.2.1. Aria de captare efectiva a radiatiei solare pentru elemente vitrate

Aria de captare efectiva a unui element de anvelopa vitrat se calculeaza cu relatia:

(2.41)

in care:

A_F aria totala a elementului vitrat, inclusiv rama, [m²];

F_t factor de tamplarie (de reducere a suprafetei ferestrei), egal cu raportul dintre aria ramei si aria totala a geamului;

F_u factor de umbrire al fereastrei datorat dispozitivelor de umbrire mobile, cu care aceasta este prevazuta;

factor de transmisie (transmitanta) a energiei solare prin elementul vitrat

Relativ la factorul de tamplarie, pentru fiecare fereastra, ponderea ramei din aria efectiva de captare a ferestrei trebuie determinata conform specificatiilor tehnice ale ferestrelor. Ca o alternativa, se poate utiliza o pondere fixa a ramei pentru intreaga cladire F_t

Transmitanta elementului vitrat reprezinta media temporala a raportului dintre energia solara transmisa prin elementul vitrat neumbrit si energia solara incidenta. Transmitanta maxima se obtine la incidenta normala a radiatiei solare (unghi de incidenta zero) si scade odata cu cresterea unghiului de incidenta. Pentru a modela acest fenomen, se introduce un factor de corectie a transmitantei in functie de unghiul de incidenta, folosind relatia:

(2.42)

in care:

F_τ - factor de corectie a transmitantei

τ_n - transmitanta la incidenta normala a radiatiei solare

Parte I a metodologiei face referiri la metodele de calcul pentru determinarea transmitantei totale a suprafetelor vitrate echipate cu dispozitive de protectie solara.

Reducerea aporturilor solare prin utilizarea elementelor de umbrire mobile, se ia in considerare prin factorul de reducere a aporturilor, care se calculeaza cu relatia:

(2.43)

in care:

F_u    Factorul de reducere a aporturilor solare datorat elementelor de umbrire mobile

transmitanta totala a ferestrei, in situatia in care elementele de umbrire mobile nu sunt utilizate;

transmitanta totala a ferestrei, in situatia in care sunt utilizate elementele de umbrire mobile;

f_u factor de corectie in functie de durata de utilizare a elementelor de umbrire mobile.

Factorul f_u se determina pe baza unor asa cum este aratat in Anexa II.2.D.

Umbrirea elementelor vitrate trebuie luata in calcul atunci cand radiatia solara incidenta pe suprafata elementului la ora de calcul depaseste 300 W/m² si neglijata daca radiatia este inferioara acestei valori de prag.

Ca o alternativa la aceasta ipoteza, este posibila definirea unor alte valori de prag la nivel national, diferentiate in functie de de tipul de control solar existent, cum ar fi:

fara nici un fel de control solar;

control manual al elementelor de umbrire mobile;

control automat motorizat al acesto elemente;

control automat inteligent al elementelor mobile

2.4.10.2.2. Aria de captare efectiva a radiatiei solare pentru elemente opace

Pentru situatiile de racire vara sau a determinarii conditiilor de confort de vara, aporturile solare prin elementele opace nu pot fi neglijate. Pe de alta parte, daca pierderile de caldura prin radiatie (catre bolta cereasca) sunt estimate ca importante, pierderile prin transmisie pot fi intensificate in acelasi timp, fapt modelat prin introducerea unui factor de corectie al efectului aporturilor solare asupra zonei climatizate.

Aria de captare efectiva a unui element opac de anvelopa (perete, terasa) A_s,p (m²) se calculeaza cu formula:

(2.44)

in care:

F_cer factor de corectie ce tine cont de schimbul de caldura prin radiatie al peretelui catre bolta cereasca, [m²K/W];

coeficient de absorbtie a radiatiei solare de catre elementul opac considerat;

A_p aria totala a peretelui considerat de calcul, [m²];

R_p,se rezistenta termica a elementului exterior opac, determinata conform Partea I a Metodologiei, [m²K/W];

U_p coeficientul global de transfer termic al peretelui, determinat conform Partea I a Metodologiei , [W/m²K];

Factorul de corectie F_cer se calculeaza cu relatia :

(2.45)

in care :

fluxul de caldura unitar datorat transferului de caldura prin radiatie catre bolta cereasca, [W/m²] ;

I_s,P radiatia solara totala integrata (energia solara) la nivelul elementului opac, [MJ/m² ] ;

t perioada de calcul, [Ms] ;

Fluxul de caldura unitar transferat prin radiatie catre bolta cereasca se srie sub forma:

(2.46)

in care:

F_f factor de forma dintre elementul opac si bolta cereasca (1 pentru terasa orizontala deschisa, nemascata de vreun element constructiv, 0,5 pentru un perete exterior ne mascat) ;

h_r,e coeficient de transfer de caldura prin radiatie la exterior, [W/m²K] ;

diferenta medie de temperatura dintre aerul exterior si temperatura aparenta a boltii ceresti, [sC];

Coeficientul de transfer de caldura prin radiatie la exterior h_r,e poate fi aproximat prin relatia :

(2.47)

unde:

emisivitatea suprafetei exterioare a peretelui;

constanta Stefan-Boltzmann, egala cu 5,67*10^-8 W/(m²K⁴);

media aritmetica dintre temperatura suprafetei exterioare a peretelui si temperatura boltii ceresti, [sC];

La o prima aproximare, h_r,e poate fi luat egal cu 5 W/m²K, valoare ce corespunde la o temperatura medie a suprafetei exterioare de 10 sC.

Atunci cand temperatura boltii ceresti nu este disponibila in bazele de date climatice, pentru conditiile Romaniei, diferenta medie de temperatura va fi luata egala cu 11K.

2.4.10.2.3. Aporturi de caldura solare in incaperi puternic vitrate (sky-domuri)

Ariile de captare efectiva a radiatiei solare in incaperile cu grad mare de vitrare (sky-domuri) nu pot fi calculate in acelasi mod ca pentru ferestrele obisnuite; modul de calcul al aporturilor solare prin aceste elemente va fi descris de modele detaliate.

2.4.11. Calculul parametrilor dinamici

2.4.11.1 Calculul factorului de utilizare a pierderilor de caldura

In metoda de calcul lunara, efectele dinamice sunt luate in considerare prin introducerea unui unui factor de utilizare a pierderilor de caldura in situatia racirii. Efectul inertiei termice a cladirii in cazul racirii intermitente sau opririi furnizarii frigului este luat in considerare prin introducerea unei ajustari (corectii) a temperaturii interioare prescrise sau a unei corectii aplicate necesarului de energie pentru racire; aceste aspecte sunt descrise in § 2.4.12.

Factorul de utilizare a pierderilor de caldura este functie de raportul dintre pierderile si aporturile de caldura si de inertia termica a cladirii, conform urmatoarelor relatii:

Notand:

λ_R raportul dintre pierderile si aporturile de caldura in situatia racirii,

- daca λ_R>0 si λ_R ≠ 1 atunci ; (2.48)

- daca λ_R =1 atunci ;

- daca λ_R < 0 atunci   

in care, pentru fiecare luna si pentru fiecare zona considerata:

η_Tr,R    factorul de utilizare a pierderilor de caldura in situatia racirii;

λ_R    raportul dintre aporturile si pierderile de caldura ale zonei in perioada de racire;

(2.49)

Q_surse,R aporturile de caldura totale pentru racire, determinate cf § 2.4.5.2, [MJ];

Q_Tr,R energia totala transferata intre cladire si mediul exterior, in situatia racirii cladirilor, [MJ] - cf § 2.4.5.2;

α_R    parametru numeric adimensional ce depinde de constanta de timp a cladirii pentru racire τ_R, care se calculeaza cu relatia:

(2.50)

unde:

parametru numeric de referinta, determinat conform tabelului 2.9;

constanta de timp pentru racire, determinata conform 12.2.1.3, in ore;

constanta de timp de referinta pentru racire, determinata conform tabelului 2.9

Tabelul 2.9: Valorile parametrului numeric si ale constantei de timp de referinta

In figura 2.5 este reprezentata variatia factorului de utilizare η_tR pentru o perioada de calcul lunara si pentru diverse constante de timp ale cladirilor din clasa I.

NOTA: Factorul de utilizare a pierderilor de caldura pentru racire se defineste independent de caracteristicile sistemului de racire, presupunand un control perfect al temperaturii si flexibilitate optima a controlului. Un sistem de racire ce raspunde lent si un control imperfect al temperaturii interioare poate afecta utilizarea optima a pierderilor.

Fig. 2.5 Nomograma pentru determinarea factorului de utilizare a pierderilor pentru racire η_t,R pentru constante de timp: 8, 24, 48 ore , o saptamana si infinit, valabile pentru perioade de calcul lunare si cladiri racite continuu (cladiri tip I).

2.4.11.2. Constanta de timp a cladirii pentru racire

Constanta de timp a cladirii pentru modul de racire caracterizeaza inertia termica cladirii/zonei in timpul perioadei de racire. Se calculeaza cu relatia :

(2.51)

unde :

constanta de timp a cladirii pentru modul de racire, [ore];

C_m capacitatea termica a cladirii, [kJ/K];

H_T coeficient de transfer de caldura prin transmisie ale cladirii, in modul de racire, calculat conform § 2.4.7, [W/K];

Valori conventionale ale constantei de timp pentru diverse tipuri de cladiri pot fi calculate pentru tipuri de cladiri reprezentative construite. Valori curente sunt date in partea I a Metodologiei.

Capacitatea termica interna a cladirii sau a unei zone, C_m se obtine prin insumarea capacitatilor termice ale tuturor elementelor de constructii aflate in contact cu aerul interior al zonei luate in considerare:

(2.52)

in care:

C_m capacitatea termica interna a cladirii, [kJ/K];

X_j capacitatea termica interna a elementului interior j, [kJ/(m²K)];

A_j aria elementului j, [m²];

densitatea materialului din stratul i al elementului j, [kg/m³];

caldura specifica a materialului din stratul i al elementului j, [kJ/(kgK)];

grosimea stratului i al elementului j, [m];

Suma este realizata pentru toate straturile aceluiasi element de perete, incepand dinspre suprafata interioara si pana la primul strat izolant. Grosimea maxima luata in calculul capacitatii termice interioare este valoarea minima dintre cea data in tabelul 2.10 si jumatate din grosimea peretelui.

Tabelul 2.10 Grosimea maxima considerata in calculul capacitatii termice interioare

2.4.12 Conditii interioare de calcul

2.4.12.1. Cazul functionarii in regim continu

Pentru racirea continua a cladirii pe toata perioada sezonului de racire, trebuie utilizata ca temperatura interioara, temperatura prescrisa θ_i (in grade Celsius).

2.4.12.2.Cazul racirii in regim intermitent

Datorita variatiei diurne a parametrilor climatici in perioada de vara si a inertiei termice a cladirii, functionarea unui termostat programat pentru functionare de zi/noapte sau pornit/oprit are un efect mai mic asupra necesarului de racire decat ar avea pe perioada de iarna, asupra necesarului de incalzire. Acest fapt conduce la diferente importante in procedurile de calcul pentru modul de racire.

Energia necesara pentru racire in cazul racirii intermitente se calculeaza cu relatia:

(2.53)

unde:

Q_R,interm energia necesara pentru racire tinand cont de efectul intermitentei, [MJ];

Q_R energia necesara pentru racire, calculata conform § 2.4.5.2. presupunand ca pentru toate zilele lunii, controlul si setarea termostatului de ambianta corespunde unei situatii de racire in regim continu, [MJ];

Q_R,tot,interm energia necesara pentru racire, calculata conform § 2.4.5, presupunand ca pentru toate zilele lunii, controlul si setarea termostatului de ambient corespund perioadei de intermitenta, [MJ];

a_R,interm factor adimensional de corectie pentru racirea intermitenta, determinat cu relatia:

(2.54)

avand ca valoare minima:

in care:

factor reprezentand raportul dintre numarul de zile din saptamana cu racire normala si numarul de zile dintr-o saptamana (ex. 5/7) ;

b_R,interm factor de corelatie empiric cu valoare constanta b_R,interm=3 ;

constanta de timp pentru racire, determinata conform § 2.4.11. [ore];

constanta de timp de referinta pentru racire, determinata conform § 2.4.11., [ore];

λ_R raportul dintre pierderile si aporturile de caldura ale cladirii (zonei) in modul de racire, determinat conform § 2.4.11.

NOTA 1: Factorul de corectie a_R,interm tine cont de faptul ca impactul intermitentei de functionare a sistemului de racire asupra necesarului de energie este functie de lungimea perioadei de intermitenta, de raportul dintre aporturile si pierderile de caldura si de inertia termica a cladirii - a se vedea figura 2.6.

Figura 2.6 Nomograma de alegere a factorului de corectie a_R,interm pentru racirea intermitenta

2.4.12.3. Cazul racirii cu perioade mari de intrerupere a functionarii

In anumite cladiri cum ar fi scolile, perioadele de vacanta in timpul sezonului de racire conduc la o reducere importanta a necesarului de frig.

Necesarul de frig in timpul perioadei de vacanta se calculeaza astfel:

pentru luna ce include o perioada de vacanta, calculul se face diferentiat: a) pentru perioada de racire normala; si b) pentru perioada de vacanta;

se interpoleaza liniar rezultatele obtinute tinand cont de raportul dintre perioada de timp de vacanta si perioada de timp normala, utilizand urmatoarea relatie:

(2.55)

unde:

necesarul de energie pentru racire ce tine cont de perioadele de vacanta, [MJ];

necesarul de energie pentru racire calculat conform § 2.4.5, presupunand ca pentru toate zilele lunii, setarile si controlul termostatului de ambianta sunt cele corespunzatoare perioadei normale, [MJ];

necesarul de energie pentru racire calculat conform § 2.4.5, presupunand ca pentru toate zilele lunii, setarile si controlul termostatului de ambianta sunt cele corespunzatoare perioadei de vacanta, [MJ];

factor reprezentand numarul de zile din luna cu racire normala, raportate la numarul total de zile al perioadei (ex. 10/31) ;

Obs. Metoda nu este aplicabila pentru cazuri complexe

2.4.13 Energia utilizata (consumata) anual pentru racirea cladirilor

2.4.13.1 Necesarul de energie anual pentru racire, pentru fiecare zona

Necesarul anual de energie pentru racire, pentru o zona de cladire data, se calculeaza insumand necesarul de energie pe perioadele distincte din an in care este necesara racirea, tinand cont de durata acestor perioade de-a lungul unui an calendaristic:

(2.56)

in care:

Q_R,an necesarul anual de racire pentru zona considerata, [MJ];

Q_R,j necesarul de racire al zonei considerate pentru luna j, determinat conform § 2.4.5, [MJ];

Lungimea sezonului de racire ce determina perioada de functionare a sistemelor de racire se obtine conform § 2.4.6.

2.4.13.2 Necesarul de energie anual pentru racire, pentru o combinatie de sisteme

In cazul unui calcul multizona (cu sau fara interactiune termica intre zone), energia anuala necesara pentru racire, pentru o combinatie data de sisteme de racire si ventilare, care deservesc zone diferite, se obtine prin insumarea necesarului de energie al tuturor zonelor z deservite de aceeasi combinatie de sisteme considerate:

(2.57)

in care:

necesarul de caldura anual pentru racire pentru cladirea multizona deservita de aceeasi combinatie de sisteme ca si zona z, [MJ] ;

necesarul de caldura anual pentru racire pentru zona z, [MJ] .

Energia totala utilizata pentru sisteme de racire si de ventilare

2.4.13.3.1 Pierderile de energie ale sistemului

In cazul existentei unei singure combinatii de sisteme de racire si ventilare in cladire, energia anuala utilizata pentru racire, Q_sist,R (inclusiv pierderile de energie din sisteme), se determina in functie de energia necesara pentru racire, intr- una din urmatoarele 3 variante:

calcul direct al energiei totale utilizate de sistemul de racire Q_sist,R,,i pentru fiecare resursa de energie i, incluzand sau tratand separat energia auxiliara, [MJ];

calculul pierderilor de energie si energiei auxiliare consumate pentu racire: Q_sist,pierd,R si Q_sist,aux,R pentru fiecare resursa de energie i, exprimate in MJ; pierderile de energie si energia auxiliara consumata cuprind etapele de generare, transport, control, distributie, acumulare si emisie de energie din cadrul fiecarui sistem in parte;

pierderile de energie ale sistemului pot fi indicate prin intermediul unei eficiente globale a sistemului; in acest caz se utilizeazarelatia:

(2.58)

unde:

Q_sist,R    energia utilizata de sistemul de racire, inclusiv pierderile de energie ale sistemului, [MJ];

Q_R energia necesara pentru racire a cladirii sau zonei, [MJ];

eficienta globala a sistemului de racire, incluzand pierderile de energie la generarea, partea electronica de comanda si control, transportul, acumularea, distributia si emisia de agent termic din sistem, cu exceptia cazului cand sunt raporttate separat ca energie auxiliara.

Aceste trei optiuni de calcul ar trebui sa conduca la acelasi rezultat final, iar alegerea reprezinta doar o alegere personala. Prima varianta este totusi preferabila, intrucat conduce cel mai direct la calculul energiei totale utilizate.

Pierderea totala de energie a sistemului ar trebui luata egala cu pierderile de energie directe plus cele recuperate in sistem. Calculul separat al pierderilor este justificat deoarece :

- pierderile sistemului care sunt recuperate in cladire (ca surse calde sau reci) sunt luate deja in considerare in cadrul necesarului de energie pentru racirea cladirii,

- in cazul a mai mult de un agent termic de transport a energiei in cladire poate sa nu apara in mod evident care parte din energia utilizata de unul din agenti este utilizata si care parte este pierduta,

- pentru cladirile cu cogenerare, nu este rezonabil sa se atribuie cantitatea de combustibil utilizata pentru producerea caldurii si electricitatii ca pierdere de energie in sistem. O defalcare trebuie realizata intr-un mod cat mai rational.

In diagrama energetica din fig. 2.4 s-au pus in evidenta patru nivele la care trebuie calculate pierderile si aporturile de energie in sisteme si anume:

nivelul cladirii,

nivelul centralei de tratare a aerului,

nivelul sursei de frig, pe partea de agent secundar (de racire)

nivelul sursei de frig, pe partea de agent primar (agent frigorific).

La acestea se adauga energia auxiliara necesara functionarii pompelor, ventilatoarelor, recuperatoarelor etc.

La nivelul generatorului termodinamic de frig, GTF sunt evidentiate doua intrari: pe de o parte este energia primara furnizata sistemului frigorific si pe de alta parte este energia (caldura) absorbita de circuitul secundar care va alimenta centrala de tratare a aerului, CTA.

De asemenea sunt puse in evidenta doua circuite energetice distincte:

circuitul cladire - centrala de tratare - centrala frigorifica si

circuitul energie primara - centrala frigorifica.

Diferenta esentiala dintre cele doua circuite este ca in primul circuit, fluxul de energie care iese din sistem are un rol pozitiv, micsorand necesarul de racire la fiecare nivel iar pe circuitul al doilea, energia care iese din sistem reprezinta un consum suplimentar de energie.

Evaluarea la nivelul cladirii a energiei care iese din sistem (prin transfer de caldura si prin ventilare nocturna au fost detaliate la § 2.4. La nivelul centralei de tratare a aerului, trebuie evaluate in detaliu urmatoarele componente energetice:

contributia energetica a surselor neconventionale, Q_{neconv CTA},

consumul suplimentar de energie la nivelul CTA, datorita incalzirii aerului rece pe conducte,

consumul suplimentar de energie datorita pierderilor de aer prin neetanseitatile sistemului de transport si distributie a aerului, Q_{pierd aer}.

Evaluarea contributiei surselor neconventionale trebuie sa se faca cu luarea in considerare a tuturor componentelor sistemului de recuperare, inclusiv energia auxiliara suplimentara.

Pierderile de aer din sistem conduc la pierderi mari de energie in sistem deoarece aerul tratat, de cele mai multe ori, nu mai ajunge in incaperi. Aceste pierderi trebuie evaluate in functie de clasa de etansare a sistemului de conducte si de locul de montaj al acestora.

Pierderile de energie datorita incalzirii pe circuit a apei reci, Q_{pierd ar}, trebuie sa fie luata in considerare la nivelul circuitului secundar de racire.

Pierderile de energie ale sistemului pot include si pierderile energetice ale cladirii datorate distributiei neuniforme a temperaturii si controlului imperfect al temperaturii ambientale, daca acestea nu au fost deja considerate in cadrul corectiilor la temperatura interioara.

Se mentioneaza ca nu a fost introdus in bilantul de energie pentru racire, consumul de energie datorat condensarii vaporilor de apa pe bateria de racire din centrala de tratare a aerului; dupa cum s-a mentionat la inceputul § 2.4, acesta se refera numai la caldura sensibila.

2.4.13.3.2 Rezultate pe grupuri de zone si pe intreaga cladire

Rezultatele calculelor sunt redate in tabelul 2.11, acest tabel fiind repetabil pentru diverse alte sisteme ce deservesc alte zone, rezultatele din toate aceste tabele putand fi la nevoie insumate pentru a afla valorile consumurilor de energie pentru intreaga cladire.

Liniile si coloanele din tabel trebuie adaptate pentru cladirea studiata. Coloanele includ date pentru cele mai importante resurse de energie. Liniile includ diversele zone sau grupuri de zone, deservite de catre fiecare grup de sisteme in parte.

Tabelul 2.11 Tabel centralizator al calculelor de consum de energie

Pentru fiecare sistem ce produce energie in-situ se adauga o linie in matricea cladirilor fara productie proprie. Energia primara consumata de sistem (ex. Gaz pentru cogenerare) este indicata in celula corespunzatoare din tabel. Pentru fiecare alta resursa de energie se adauga o coloana suplimentara in tabel, la dreapta. Energia produsa de sistem este indicata printr-o valoare negativa in celula corespunzatoare. Energia produsa si consumata in-situ este indicata printr-o valoare pozitiva in celula corespunzatoare. Un numar negativ in dreptul totalului pe o linie a tabelului semnifica energia exportata catre alte sisteme sau cladiri.

Cantitatile de energie exportate (electricitate sau caldura in majoritatea cazurilor) sunt contabilizate separat, din cauza factorilor de conversie ce trebuie aplicati acestor forme de energie.

Pentru energia utilizata in sistemele de ventilare, a se vedea § 2.6.

Utilizarea anuala de energie suplimentara de catre sistemele de ventilare

Energia anuala aditionala ceruta de un sistem de ventilare include:

energia utilizata la ventilatoare;

energia utilizata pentru dezghet si in recuperatoarele de caldura;

energia utilizata pentru preincalzirea aerului exterior;

energia utilizata pentru preracirea aerului exterior;

Calculul necesarului de energie pentru racirea cladirilor - metoda

de calcul orar

Domeniul de aplicare si obiectiv

Metoda de calcul orar este o alternativa de calcul a consumului de energie pentru racirea cladirilor. Domeniul de aplicare ca si obiectivul metodei orare sunt aceleasi ca pentru metoda lunara simplificata (v. § 2.4). Se fac in plus urmatoarele precizari:

- metoda orara permite introducerea unor scenarii de functionare orare referitoare la temperaturile prescrise, modul de ventilare, sursele interioare de caldura, utilizarea dispozitivelor de umbrire etc.

- deoarece modelarea realizata este mai apropiata de fenomenele fizice si de regimul de utilizare, rezultatele obtinute sunt mai apropiate de realitate.

Metoda este in mod special de preferat celei lunare in cazul cladirilor cu inertie termica mare, cu intermitenta mare de functionare sau in alte situatii speciale.

2.5.2. Continut general

Metoda are la baza un model analogic termo - electric si utilizeaza o schema de tip R-C (Rezistente - Capacitati) - cf. fig. 2.7. Este o metoda dinamica ce modeleaza rezistentele si capacitatile termice precum si fluxurile de caldura emise de sursele interioare. Metoda este simplificata deoarece combina rezistenta la transfer termic si capacitatea termica a cladirii sau a unei zone, intr-o singura pereche "rezistenta-capacitate".

Prin modelul realizat, se urmareste :

reprezentarea relativ simpla a fenomenelor de transfer de caldura dintr-o cladire si o formulare matematica usor de implementat informatic;

realizarea unui nivel de acuratete ridicat, in special pentru incaperile climatizate in care comportamentul termic in regim dinamic are un impact semnificativ.

Pentru calcul, se utilizeaza un pas de timp orar, pentru intreaga cladire.

Datele de intrare privitoare la functionarea sistemului pot fi introduse cu variatii orare utilizand tabele de variatie (temperatura interioara prescrisa, degajari de la surse interioare de caldura etc).

Modelul face distinctie temperatura aerului interior si temperatura medie a suprafetelor interioare (temperatura medie de radiatie). Aceasta abordare imbunatateste gradul de reprezentare a confortului termic interior si creste acuratetea reprezentarii schimburilor de caldura prin radiatie, datorita posibilitattii de a lua in considerare partea convectiva si radiativa pentru iluminat, aporturi solare sau degajari de caldura de la surse interioare.

Temperatura interioara prescrisa (de calcul) este temperatura aerului interior, deoarece majoritatea aparatelor de control si reglare reactioneaza la aceasta valoare.

Energia necesara pentru incalzire/racire (pozitiva/negativa) se calculeaza ca fiind energia ce trebuie adaugata/extrasa la fiecare ora in/din nodul care reprezinta aerul interior (θ_i ) pentru a mentine temperatura interioara prescrisa. Energia totala pe perioda de calcul (luna, sezon de racire) se va calcula prin insumarea valorilor orare.

2.5.2.1. Descrierea modelului

Modelul analogic conecteaza 5 noduri prin 5 conductante si o capacitate. Din punct de vedere termic, nodurile corespund temperaturilor urmatoare:

temperatura aerului interior, q_i

temperatura aerului exterior, q_e

temperatura aerului introdus (refulat) pentru ventilare q_intr

temperatura medie de radiatie, q_mr

temperatura q_s, scrisa ca o medie dintre temperatura aerului interior q_i si temperatura medie de radiatie q_mr

Transferul de caldura datorat ventilarii se scrie ca o conexiune intre nodul de temperatura al aerului q_i si nodul de temperatura caracteristica aerului refulat q_intr, prin interimediul coeficientului de transfer prin ventilare (conductantei) H_V.

Transferul de caldura prin transmisie este divizat intre transferul prin fereastra, caracterizata prin inertie termica nula si conductanta H_F, si transferul prin elementele masive. Transferul prin fereastra are loc intre nodurile de temperatura exterioara q_e si nodul de temperatura q_s.Transferul prin elementele masive care au o conductanta totala Hop are doua componente :

- transferul dintre nodul de temperatura exterioara q_e si nodul de temperatura medie de radiatie a elementelor masive, q_mr, prin conductanta H_em si

- transferul dintre nodul de temperatura q_s, si cel cu temperatura medie de radiatie q_mr, prin conductanta H_ms. Masa termica care caracterizeaza inertia elementelor masive este reprezentata printr-o capacitate unica C_m plasata in nodul de temperatura q_mr, intre H_ms si H_em. Efectul surselor de caldura interioare este materializat prin impartirea in mod egal pe cele 3 noduri de temperatura: q_i q_s si q_mr, a fluxului provenit de la soare si cel degajatat de sursele interioare. O conductanta de cuplare H_is este introdusa intre nodul aerului interior si cel al suprafetei interioare.

Figura 2.7 Modelul simplificat cu 5 rezistente si o capacitate (5R-1C)

Marimile de intrare in model sunt obtinute pe baza urmatoarelor date:

coeficientii de transfer termic prin ventilare H_v si temperatura aerului introdus in incaperi (de refulare) q_intr obtinute conform § 2.4.8;

coeficientii de transfer termic prin transmisie, pentru ferestre H_F si elementele masive de anvelopa se determina H_T conform § 2.4.7;

conductanta de cuplare H_is este egala cu :

H_is = h_is A_t (2.59)

si

A_t = R_at . A_p

unde:

H_is conductanta de cuplare dintre nodurile de temperatura q_i si q_s

At aria tuturor suprafetelor elementelor perimetrale ale inaperii/zonei de calcul, [m²]

Ap Aria utila a pardoselii, [m²],

h_is coeficientul de transfer de caldura la interior (prin convectie), se poate considera cu valoarea h_is=3,45 W/(m².K)

R_at raport dintre aria tuturor suprafetelor si aria pardoselii, considerat R_at=4,5

Divizarea conductantei H_T intre H_ms si H_em se face considerand rezistentele 1/ H_ms si

1/ H_em inseriate si atunci:

H_em = 1/(1/ H_T - 1/ H_ms) (2.60)

unde:

H_ms = h_ms . A_m

pentru:

h_ms coeficientul de transfer de caldura dintre nodurile de temperatura q_s si q_mr , care poate fi considerat h_ms = 9,1 W(m².K)

A_m aria efectiva a elementelor masive se determina conform § 2.4.10.2 si 2.5.3.

2.5.2.2. Ecuatiile modelului orar simplificat

Schema generala de calcul este aceeasi cu a modelului de calcul lunar (§ 2.4). In acest paragraf, se detaliaza procedura specifica de calcul pentru urmatoarele marimi :

degajarile de caldura de la sursele interioare si aporturile solare ce vor fi distribuie ca solicitari pentru nodurile de calcul interioare,

temperaturile in nodurile interioare de calcul, atunci cand in aceste noduri exista o solicitare cunoscuta (un flux de cadura pentru incalzire/racire, _I,R,

necesarul de incalzire sau racire _nec,I,R, daca se impune o temperatura interioara prescrisa (de set-point) sau temperaturile interioare care se stabilesc daca se impune un disponibil de energie maxim pentru incalzire sau racire.

2.5.2.2.1 Calculul fluxurilorde caldura care constituie solicitari ale nodurilor interioare de calcul: Φ_ia , Φ_st si Φ_m

Degajarile de la sursele interioare de caldura catre interiorul zonei climatizate, provenind de la iluminatul electric, prepararea hranei, metabolism etc., precum si caldura patrunsa in interior ca urmare a aporturilor solare, sunt divizate in cadrul modelului orar in trei componente, dupa cum urmeaza (corespunzatoare nodurilor cu temperaturile : θ­_i , θ­_m si θ­_s) :

, (2.61)

in care :

_surse (W) si Φ_S (W) reprezinta caldura totala degajata de sursele interioare (conform § 2.4.9), iar Q_S caldura totala patrunsa la interior datorita aporturilor solare (conform § 2.4.10). Valorile obtinute conform § 2.4 sunt exprimate in MJ; pentru a fi introduse in relatiile (2.61) ca fluxuri de caldura exprimate in W, se vor diviza prin 0,036.

2.5.2.2.2 Determinarea temperaturii aerului si a temperaturii operative pentru o valoare cunoscuta a unui flux de caldura disponibil, Φ_d

Fluxul Φ_d reprezinta un flux de caldura furnizat in incapere prin sistemele de incalzire/racire. Utilizarea acestui model permite sa se evalueze temperaturile interioare (temperatura aerului si temperatura operativa), in conditiile in care exista o sursa de incalzire/racire si trebuie sa se aprecieze daca aceasta este suficienta sau nu pentru asigurarea confortului interior. La limita, cand Φ_d = 0, se pot obtine temperaturile interioare, in absenta sistemelor.

Solutia numerica a modelului de calcul se bazeaza pe o schema de rezolvare de tip Crank-Nicholson cu un pas de timp egal cu o ora. Temperaturile au valori medii orare cu exceptia θ_m,t si θ_m,t-1 care sunt valori instantanee la momentele de timp t, respectiv t-1.

Pentru un pas de timp de o ora, θ_m,t se calculeaza la sfarsitul pasului de timp in functie de valoarea la ora precedenta, θ_m,t-1 , conform relatiei :

, (2.62)

in care :

Marimile H_em , H_v , θ_e, θ_aer,r si C_m se stabilesc conform relatiilor de la § 2.4.

Pentru pasul de timp considerat, valorile medii ale temperaturilor in nodurile de calcul se obtin cu urmatoarele relatii :

in care H_ms se calculeaza cu relatia (2.60).

Temperaturile interioara (θ­_i) si operativa (θ_op) se obtin cu relatiile :

(2.64)

Temperatura operativa este egala cu media ponderata dintre temperatura aerului interior si temperatura medie de radiatie, cu coeficientii superficiali de schimb de caldura prin convectie si prin radiatie.

2.5.2.2.3 Calculul temperaturii aerului si energiei necesare pentru incalzire/racire

Pentru fiecare ora, modelul de calcul tip R-C permite calculul temperaturii interioare θ­_i pentru orice flux de caldura furnizat de sistemul de incalzire sau racire Φ_I,R

Schema de rezolvare presupune o dependenta lineara dintre Φ_I,R si θ­_i. Pentru o ora data, comportamentul termic al incaperii/zonei exprimat printr-o dreapta, se determina aplicand ecuatiile prezentate anterior la 2.5.2.2.2, pentru doua valori ale Φ_I,R

Energia de incalzire sau racire furnizata incaperii/zonei poate fi reprezentata pe acelasi grafic cu temperaturile prescrise (de set-point) θ­_i,set si cu necesarul de energie maxim pentru incalzire sau racire la ora respectiva.

Temperatura interioara ce rezulta din acest grafic se afla la intersectia celor doua curbe.

Pot apare cinci cazuri distincte :

Incaperea necesita incalzire, iar energia de incalzire disponibila nu este suficienta pentru a se atinge temperatura prescrisa. In acest caz necesarul de incalzire este limitat superior la valoarea corespunzatoare energiei maxime disponibile pentru incalzire, iar temperatura interioara ce se stabileste in incapere/zona este inferioara valorii prescrise θ­_i,set. Acest fenomen se intalneste de obicei in perioada de demarare din sezonul de incalzire, cand pierderile de caldura ale incaperii/zonei sunt maxime.

Incaperea necesita incalzire iar energia de incalzire disponibila este suficienta pentru a se atinge temperatura prescrisa. In acest caz necesarul de incalzire este mai mic decat energia maxima disponibila pentru incalzire, iar temperatura interioara ce se stabileste in incapere/zona este egala cu valoarea θ­_i,set.

Incaperea/zona nu necesita nici incalzire, nici racire (regim "liber" de evolutie a temperaturii). Temperatura interioara se calculeaza din bilantul de energie pentru zona respectiva, fara a introduce in ecuatia de bilant nici un fel de energie auxiliara pentru incalzire sau racire.

Incaperea necesita racire iar energia de racire disponibila este suficienta pentru a se atinge temperatura prescrisa. In acest caz necesarul de racire este mai mic decat energia maxima disponibila pentru racire, iar temperatura interioara ce se stabileste in incapere/zona este egala cu valoarea θ­_i,set.

Incaperea necesita racire, iar energia de racire disponibila nu este suficienta pentru a se atinge temperatura prescrisa. In acest caz necesarul de racire este limitat superior la valoarea corespunzatoare energiei maxime disponibile pentru racire, iar temperatura interioara ce se stabileste in incapere/zona este superioara valorii θ­_i,set.

Procedura de calcul stabileste valoarea temperaturii interioare reale obtinute in incapere, θ_i,real si valoarea necesarului de incalzire/racire real Φ_I,R,real . In toate cazurile, valoarea temperaturii θ_m,t este calculata si stocata in memorie, fiind utilizata la pasul de timp urmator.

Pasii de calcul sunt urmatorii:

Pasul 1:

se verifica daca este nevoie de incalzire sau de racire (cazul 3

se considera Φ_I,R si se aplica setul de ecuatii 2.62 - 2.64.

Se considera θ_i = θ_i0 (temperatura interioara in regim liber) si se verifica indeplinirea conditiei (dublei inegalitati) :

θ_i,set,I < θ_i0 < θ_i,set,R

Daca aceasta conditie este satisfacuta atunci nu este nevoie de incalzire sau racire astfel incat Φ_I,R,real si θ_i,real =θ_i0 si calculul se opreste. In caz contrar se trece la pasul 2.

Pasul 2:

Se alege valoarea temperaturii prescrise si se calculeaza necesarul de incalzire si cel de racire.

Daca θ_i0 > θ_i,set,R se considera θ_set = θ_set,R.

Daca θ_i0 < θ_i,set,I se considera θ_set = θ_set,I .

Se aplica apoi setul de ecuatii 2.62 - 2.64 luand _{I,R nec I,R,10} cu _{nec I,R,10} calculat la o valoare a ariei pardoselii de 10 ori mai mare (10*A_p), pentru a calcula o temoeratura interioara ce se va nota cu θ_i,10.

Se inlocuieste apoi θ_i = θ_i,10 si se calculeaza Φ_{nec,I,R,nelim} (nelimitat) adica necesarul de incalzire sau racire nelimitat inferior sau superior pentru a se obtine temperatura prescrisa:

(2.65)

Pasul 3 :

Se verifica dupa aceea daca energia disponibila pentru incalzire sau racire este suficienta (cazul 2 sau 4).

Daca Φ_{nec,I,R,nelim} se situeaza intre valorile Φ_I,max si Φ_R,max atunci :

Φ_I,R,real Φ_I,R,nelim si θ_i,real = θ_i,set

Astfel, s-au obtinut valorile fluxurilor orare necesare si calculul este incheiat.

Daca nu s-a indeplinit conditia, se trece la pasul 4 (ultimul).

Pasul 4 :

Se calculeaza temperatura interioara (cazul 1 sau cazul 5).

Daca Φ_I,R,nelim>0 se ia Φ_I,R,real Φ_I,max ; daca Φ_I,R,nelim<0 se ia _I,R,real = Q_R,max

Se calculeaza apoi θ_i,real utilizand ecuatiile (2.62 - 2.64).

NOTA: In acest caz temperatura de prescrisa nu este niciodata atinsa.

Pe baza valorilor orare de energie calculate, care reprezinta energia ce trebuie adaugata/extrasa la fiecare ora in/din nodul care reprezinta aerul interior (θ_i ) pentru a mentine temperatura interioara prescrisa, se determina, prin insumarea valorilor orare, energia totala pe perioda de calcul (luna, sezon de racire).

2.5.3. Precizari pentru aplicarea metodei orare

Fata de metoda lunara simplificata, prezentata la § 2.4, se fac urmatoarele precizari pentru aplicarea metodei de calcul lunare. Astfel:

▪ Durata sezonului de incalzire si de racire (numar de zile sau ore) se determina considerand momentul de inceput si de sfarsit al perioadei de incalzire/racire atunci cand necesarul de caldura sau frig depaseste 1 W/m². Aceasta durata va fi luata in considerare si pentru calculul energiei auziliare consumate in sisteme (pentru functionarea pompelor, ventilatoarelor etc).

▪ Conditiile la limita si datele de intrare se vor stabili dupa aceleasi reguli ca in cazul metodei lunare simplificatesi anume:

coeficientii de transfer termic prin transmisie si ventilare se vor lua in calcul cu valorile recomandate la § 2.4.7 si § 2.4.8,

transferul de caldura prin sol si luarea in considerare a puntilor termice asa cum se precizeaza la § 2.4.7.

degajarile de la sursele interioare de caldura se considera conform datelor de la § 2.4.9, dar se introduc la fiecare pas de calcul (ora de ora), conform scenariilor de functionare ale zonei/cladirii,

aporturile de caldura solare se considera conform datelor de la § 2.4.10, dar se introduc la fiecare pas de calcul (ora de ora); la o valoare a intensitatii radiatiei solare >300W/m2 se considera ca trebuie utilizate protectii solare la ferestre, pentru diminuarea necesarului de energie pentru racire,

▪ Pentru calculul orar simplificat, efectul radiatiei nocturne trebuie luat in considerare direct la fiecare ora, in functie de graficul diurn de inchidere a jaluzelelor si corelat cu coeficientii de transfer ai ferestrei neprotejate respectiv complet protejate (cu jaluzele, obloane etc). Precizari referitoare la modul de calcul sunt date la § 2.4.8.3.

▪ Ca si in cazul metodei lunare simplificate, sunt necesare metode detaliate pentru a modela comportamentul dinamic al urmatoarelor elemente de constructie speciale:

Pereti solari ventilati,

Alte elemente ventilate ale anvelopei,

Surse interioare de joasa temperatura.

▪ Metoda orara prezentata, cu un singur nod capacitiv, necesita determinarea "ariei masei interioare efective a cladirii", conform relatiei:

(2.66)

in care:

C_m capacitatea termica interna a cladirii, determinata conform § 2.4.11.2, in kJ/K;

A_m aria masei interioare efective a cladirii, in m²;

A_j aria elementului j determinata conform § 2.4, in m²;

X_j capacitatea termica interna a elementului interior j, in kJ/(m²K);

▪ Pentru racirea continua a cladirii pe timpul sezonului de racire, trebuie utilizata ca temperatura interioara, temperatura prescrisa θ_i. In cazul perioadelor de intrerupere mare de functionare (de exemplu vacante scolare) se aplica metoda expusa la § 2.4.13. In cazul racirii intermitente, calculul se va face in conformitate cu programul orar de utilizare a cladirii.

▪ Calculul energiei utilizate anual pentru racirea cladirii se realizeaza in conformitate cu

Complexitatea datelor de intrare si modul in care se efectueza calculul orar, pun in evidenta interesul aplicarii acestei metode pentru situatia unor cladiri cu sarcini interioare mari, cu un regim de solicitare diferit pe parcursul unei zile, a unei saptamani etc.

Pentru calcule mai riguroase, complexitatea fenomenelor termice si aeraulice din cladiri necesita utilizarea unor programe de calcul performante. Indiferent de modelul de calcul utilizat pentru integrarea ecuatiei caldurii si a modului in care sunt descrise solicitarile interioare si exterioare (conditiile la limita), pentru ca programele sa fie considerate conforme Metodologiei de calcul a eficientei energetice, ele trebuie sa fie testate conform normei europene WI 16 "Thermal Performance of buildings - Sensible Room Cooling Load Calculation. General Criteria and Validation Procedures".
2.6 Calculul debitelor de aer pentru ventilare naturala si mecanica

2.6.1. Domeniu de aplicare: cladiri ventilate si climatizate

cladiri ventilate mecanic (sisteme cu un circuit: evacuare sau introducere mecanica sau dublu circuit: evacuare si introducere mecanica);

evacuare naturala prin cisuri de ventilare (conducte de aer pasive);

sisteme hibride care comuta in functionare naturala mecanica;

aerisire prin deschiderea manuala a ferestrelor.

Debitul de aer necesar pentru asigurarea calitatii aerului interior, pentru evacuarea fumului in caz de incendiu precum si permeabilitatea la aer a cladirilor, nu fac obiectul metodelor de calcul expuse in acest paragraf. De asemenea, nu sunt tratate sistemele de ventilare industriala. Debitele de aer necesare se stabilesc in conformitate cu normativele nationale (de exemplu I5). In completare se pot utiliza valorile din anexa II.2 E. Pentru bucatarii, metoda este valabila pentru situatiile de preparare a hranei pentru uz imediat si pentru restaurante.

Obiectiv: calculul debitelor reale de aer de ventilare din cladiri, necesare la calculul

consumurilor de energie, a sarcinilor de racire/incalzire, la evaluarea confortului termic interior

si a calitatii aerului interior.

2.6.3. Continut general

Debitele de aer sunt calculate pentru intreaga cladire sau pentru o zona a cladirii.

O cladire poate fi separata in diferite zone in situatia in care:

zonele diferite sunt racordate fiecare la un sistem de ventilare propriu;

zonele pot fi considerate ca independente din punct de vedere al transferului de aer (nu exista transfer de aer intre zone)

Calculul corect din punct de vedere fizic se bazeaza pe bilantul masic de aer uscat din zona sau cladirea considerata. Pentru simplificare, se permite si bilantul volumic de aer, in anumite situatii. Bilantul masic de aer este obligatoriu pentru sistemele de incalzire cu aer cald si pentru sistemele de climatizare, datorita diferentelor mari de densitate dintre aerul introdus de sisteme si aerul interior.

Datele de intrare pentru calcul sunt debitele de aer ale sistemului de ventilare si caracteristicile debit-presiune ale orificiilor de ventilare sau ale neetanseitatlor prin care se infiltreaza aer.

Datele de iesire sunt debitele de aer ce intra sau ies din cladire prin :

neetanseitati;

orificii de ventilare;

deschiderea ferestrelor;

sistemul de ventilare, inclusiv neetanseitatile conductelor de aer

Conventional, se noteaza cu valori pozitive debitele de aer ce intra in cladire si negative cele ce ies din cladire.

Calculul debitelor de aer ce traverseaza anvelopa cuprinde urmatoarele etape:

- stabilirea relatiilor de calcul pentru debitele de aer, pentru o presiune interioara de referinta

- calculul presiunii interioare de referinta pe baza bilantului masic de aer pentru debitele care intra si ies din cladire

- calculul debitelor de aer pentru presiunea interioara de referinta stabilita.

Divizarea interioara a cladirii se bazeaza la randul ei pe urmatoarele considerente:

- separarea cladirii in diferite zone independente aeraulic (intre care se poate neglija transferul aeraulic);

- descrierea, daca este cazul, fiecarei dintre aceste zone ca sub-zone conectate la o zona comuna (hol, casa scarii)

Schema generala a acestei ipoteze de calcul este reprezentata in figura 2.8.

Figura 2.8 Schema de calcul pentru debitele de aer in ipoteza divizarii in zone interioare

Pentru toate tipurile de aplicatii ale acestei metode de calcul, s-a ales solutia de rezolvare implicita. Solutii explicite se folosesc numai punctual, cand anumiti parametri pot fi clar identificati ca valoare pentru aplicatia respectiva.

Metoda de calcul iterativa este utilizata pentru a calcula debitul de aer al unei centrale de ventilare sau debitul care trec prin orificiile si neetanseitatile din anvelopa cladirii in conditiile in care sunt cunoscute:

climatul exterior (vant si temperatura);

conditiile interiore (temperatura);

functionarea sistemului

Etapele de calcul ce trebuie parcurse sunt urmatoarele:

calculul ventilarii mecanice;

calculul pentru conductele pasive pentru cladiri rezidentiale sau nerezidentiale mici;

calculul infiltratiilor/exfiltratiilor;

debitele de aer pentru combustie in cladiri rezidentiale si nerezidentiale (daca este cazul);

calculul debitelor de aer suplimentare provenite din deschiderea ferestrelor;

calculul debitului total de aer

2.6.4 Calculul ventilarii mecanice

Acest calcul se bazeaza pe debitul de aer necesar (introdus q_intr sau evacuat q_ev) in fiecare incapere, stabilit conform normelor nationale (Normativ I.5), in ipoteza unui sistem de ventilare de tip "amestec complet". Pentru a transforma acest debit in debitul ce corespunde ventilatorului central, trebuie luati in considerare urmatorii coeficienti de corectie:

1) C_util : coeficient de utilizare corespunzator pozitiei "pornit" (C_util=1) sau "oprit" (C_util=0) a ventilatorului.

2) ε_V: indicele de eficienta a ventilarii

3) C_contr: coeficient ce depinde de sistemul local de control al debitului de aer

4) C_sist: coeficient ce depinde de imperfectiunile componentelor sistemului (ajustare, instalare, etc.)

5) C_pierd: coeficient ce depinde de pierderile de aer din conductele de transport si din centrala de ventilare

6) C_rec: coeficient de recirculare, in special pentru sistemele VAV (cu volum de aer variabil)

Coeficientul C_util descrie starea de functionare ("pornit" sau "oprit") a ventilatorului. El depinde de scopul instalatiei de ventilare: consum redus de energie, igiena, asigurarea calitatii aerului si de obisnuintele ocupantilor. Din considerente igienice, instalatia ar trebui pornita inainte de inceperea perioadei de ocupare in scopul "curatirii" aerului interior de poluantii acumulati in perioada de neocupare si oprita la catva timp dupa plecarea ocupantilor, in vederea diluarii poluantilor acumulati. Din considerente energetice, se poate utiliza ventilarea pentru racirea nocturna.

Eficienta ventilarii ε_v este marimea care exprima relatia existenta intre concentratia de poluant din aerul introdus, cea din aerul evacuat si concentratia interioara din zona ocupata a incaperii. eficienta se calculeaza pe baza relatiei:

(2.67)

unde :

C_ev concentratia de poluant in aerul evacuat din incapere,

C_intr concentratia de poluant in aerul introdus in incapere,

C_i concentratia de poluant in interior, in zona ocupata.

Aceasta marime depinde de concentratia din aerul evacuat si de cea din zona de ocupare. Pentru sisteme de ventilare eficiente, 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_contr trebuie calculat in functie de eficienta sistemului de control al instalatiei. Pentru sistemele de ventilare cu volum de aer variabil, coeficientul C_contr (<1) reprezinta raportul dintre debitul de aer realizat la un moment dat de instalatie q_intr (sau q_ev) si debitul necesar q_intr,nec (sau q_ev,nec), (valoare impusa din proiectarea instalatiei).

Coeficientul de permeabilitate a canalelor de transport ale aerului este dat de relatia:

(2.68)

in care:

debitul de aer pierdut din conducta in lungul traseului de distributie (dm³/s);

A_cond aria laterala a conductei de transport (m²);

dP_cond diferenta de presiune dintre aerul din conducta si aerul exterior (Pa) - cu urmatoarele particularizari:

pentru canalul de refulare, se considera ca media dintre diferenta de presiune masurata la iesirea din centrala de ventilare si diferenta de presiune masurata inainte de iesirea aerului din gura de refulare;

pentru canalul de aspiratie-evacuare, se ia ca media dintre diferenta de presiune masurata imediat dupa intrarea aerului in gura de aspiratie si diferenta de presiune masurata la intrarea in centrala de ventilare

K etanseitatea canalului de aer (m³/s.m²) pentru o diferenta de presiune de 1 Pa - determinata conform EN 12337 (pentru conducte circulare) sau prEN 1507 (pentru conducte rectangulare)

(2.69)

Aceasta ecuatie poate fi aplicata fie pentru debitul refulat, fie pentru cel aspirat sau evacuat. Aria canalului trebuie calculata conform EN 14239a.

Coeficientul de permeabilitate la aer al centralei de ventilare C_pierd, este exprimat prin:

(2.70)

unde debitul care se pierde in centrala, q_V,pierdCTA se determina cf. EN 1886.

Coeficient de permeabilitate la aer interior si exterior se considera:

Daca centrala de ventilare este amplasata la interior atunci:

si (2.71)

Daca centrala de ventilare CV este amplasata la exterior atunci:

(2.72)

in care:

unde A_{cond_int} reprezinta aria laterala a conductelor situate la interior.

NOTA: in dimensionarea ventilatoarelor si calculul debitelor de aer la ventilatoare, pierderile de aer ale conductelor de transport ale aerului si CTA-urilor trebuie adaugate la suma debitelor proiectate pentru refularea/aspiratie din incaperile ventilate.

Coeficientul de recirculare C_{rec .} Acest coeficient (>1) este utilizat in principal pentru sistemele cu debit de aer variabil, tip VAV cu recirculare. El ia in considerare necesitatea de a introduce mai mult aer proaspat decat cel recomandat. Anexa II.2.G ofera o metoda pentru determinarea acestui coeficient.

Pe baza coeficientilor enumerati, se determina debitele de aer.

Debitul de aer refulat si evacuat pe cale mecanica din zona ventilata

Aceste doua debite se calculeaza cu relatiile:

- debitul de ventilare introdus in zona de calcul,

(2.73)

respectiv:

- debitul de ventilare evacuat din zona de calcul

(2.74)

in care:

q_{v_sup,r} reprezinta debitul maxim ce trebuie refulat in zona (valoare de proiect) si

q_{v_ev,r} reprezinta debitul maxim ce trebuie evacuat din zona (valoare de proiect).

Debitul de aer refulat si evacuat pe cale mecanica din centrala de ventilare

Aceste doua debite se calculeaza cu relatii similare si anume:

- debitul de ventilare refulat la iesirea din CTA,

(2.75)

respectiv:

- debitul de ventilare evacuat la iesirea din CTA

(2.76)

unde:

C_pierd= C_pierd,int + C_pierd,ext reprezinta pierderile de aer totale din instalatie (la interior si la exterior

2.6.5 Ventilarea pasiva si hibrida

Un sistem de ventilare naturala cu cos de ventilare este compus din:

guri de introducere a aerului;

dispozitiv de evacuare a aerului in exterior (caciula, deflector);

canal de transport al aerului;

guri de evacuare a aerului din incapere sau zona

Scopul calculului este de a determina debitul de aer din sistem, tinand cont de conditiile interioare si exterioare.

Un sistem de ventilare hibrida reprezinta un sistem ce comuta ventilarea naturala in ventilare mecanica si invers, in functie de tipul de control utilizat.

Pentru determinarea debitului din sistem, se urmareste curgerea aerului prin dispozitive de evacuare de tip "caciuli de ventilare".

O caciula de ventilare este caracterizata de urmatoarele marimi:

coeficientul de pierderi de sarcina ξ;

efectul de suctiune datorat vitezei vantului in jurul caciulii, dependent de viteza vantului de referinta v_v,ref (dependenta de zona eoliana in care se gaseste cladirea studiata) si de viteza aerului in conducta de evacuare v_cond; acest efect este caracterizat de un coeficient adimensional C conform relatiei:

(-) (2.77)

in care (Pa) este presiunea dinamica datorata vantului, iar v_v (m/s) viteza vantului de calcul; (Pa) reprezinta diferenta de presiune (pierderea de sarcina) la nivelul caciulii de ventilare, ce se poate determina cu relatiile:

- pentru cazul absentei vantului (v_­v=0): (2.78)

- pentru cazul prezentei vantului: (2.79)

Pentru diferite viteze ale vantului, este posibila utilizarea unei legi de similitudine dupa cum urmeaza:

Pentru o viteza a vantului v_v,real diferita de cea de referinta v_v,ref coeficientii C raman neschimbati daca v_cond se inmulteste cu raportul v_v,real/v_v,ref ceea ce permite existenta relatiei de similitudine:

(2.80)

Relatiile de mai sus se aplica dupa cum urmeaza:

- se cunoaste viteza reala a vantului v_v ;

- se aplica legea similitudinii pentru a afla viteza reala a aerului in conducta:

(2.81)

in care v_cond,max este viteza maxima a aerului in conducta obtinuta la testare.

Cazuri posibile:

pentru viteze ale aerului in conducta mai mici ca v_cond,1, se calculeaza utilizand legea similitudinii si prin interpolare intre diferitele puncte obtinute in urma testarii experimentale.

pentru viteze ale aerului in conducta mai mari ca v_cond,1, este importanta tranzitia catre curba ce caracterizeaza situatia "fara vant" pastrand totusi o curba monotona; pentru aceasta se recomanda cautarea unui punct v_cond,2 pentru care este mai mare decat (v_cond,1). Acest lucru se poate face prin incercari, punand intai v_cond,2=2 v_cond,1, apoi: v_cond,2= 3 v_cond,1 si asa mai departe.

pentru v_cond situat intre v_cond,1 si v_cond,2, valoarea lui c se obtine prin interpolare liniara intre cele 2 puncte: (v_cond,1;(v_cond,1)) si (v_cond,2;(v_cond,2))

pentru v_cond mai mare decat v_cond,2, curba pierderii de sarcina este (0,v_cond).

Se poate introduce un factor de corectie in functie de unghiul acoperisului si pozitiafata de coama a caciulii. Dispozitivele normale de evacuare a aerului in exterior (caciuli de ventilare, deflectoare) nu sunt pozitionate la nivelul coamei acoperisului, ci sunt suprainaltate cu o distanta de 0,1 pana la 2 m fata de aceasta. Presiunea dinamica a vantului exercitata asupra unui astfel de dispozitiv sau asupra unei guri de ventilare amplasate in fatada depinde si de unghiul de inclinare (panta) acoperisului - a se vedea figura 2.9.

Fig. 2.9 Pozitia unei caciuli de ventilare pe acoperis si a coeficientilor de presiune dinamica. S-au notat: 1. Gura de evacuare sau dispozitiv de evacuare pe acoperis (caciula ventilare) 2. Inaltimea de amplasare a dispozitivului deasupra coamei acoperisului 3. C_p pentru caciula de ventilare C_p,caciula 4. C_p mediu pe inaltime C_p,inalt (corectie pentru pozitionarea caciulii deasupra acoperisului) 5. C_p la nivelul coamei acoperisului C_p,acop 6. Panta acoperisului 7. Conducta de evacuare a aerului pe acoperis

Coeficientul de presiune datorat vantului la nivelul dispozitivului de evacuare se obtine prin insumarea celor trei coeficienti de presiune definiti anterior:

C_p=C_p,caciula+C_p,inalt+C_p,acop

Pentru C_p,inalt (corectia de inaltime) a se vedea tabelul 2.12.

Tabelul 2.12 Corectii de inaltime

2.6.6 Debite de aer pentru combustie (ardere)

Debitul suplimentar de aer preluat din exterior, necesar pentru functionarea corecta a aparatelor de incalzire cu combustie locala (pe gaz sau alt combustibil) avand puterea instalata P (in kW) trebuie calculat astfel:

q_v,comb = 3,6 Fas Ff P [m3/h] (2.82)

unde:

Fas factor de aparat/sistem de combustie

Ff    factor de combustibil

P    puterea termica a aparatului [kW]

Factorul de aparat/sistem de combustie tine cont daca debitul de aer pentru combustie traverseaza sau nu incaperea, valorile pentru acest factor fiind date in tabelul 2.13.

Factorul de combustibil depinde de debitul specific de aer necesar pentru arderea tipului de combustibil utilizat (debit normalizat la temperatura interioara).

Tabel 2.13 Date pentru factorul de aparat/sistem de combustie

2.6.7 Calculul debitelor de aer infiltrat/exfiltrat prin metoda iterativa

Debitele de aer sunt determinate de orientarea si inaltimea la care este amplasat fiecare element aeraulic (orificiu, fisura) precum si de caracteristicile cladirii, zonei si gradului de adapostire.

Fiecare component aeraulic al anvelopei exterioare este caracterizat prin:

coeficientul sau de presiune dinamica C_p,comp si

inaltimea sa fata de planul 0 al zonei considerate h_comp

Diferenta de presiune la nivelul acestui component se va scrie ca o diferenta intre presiunea exterioara si presiunea interioara de o parte si de alta a componentului aeraulic:

(2.83)

in care:

,

in care:

: presiunea exterioara la nivelul componentului aeraulic (Pa);

: presiunea interioara la nivelul componentului aeraulic (Pa);

: presiunea interioara de referinta (Pa);

: temperatura exterioara de referinta, egala cu 293.15 K;

: temperatura exterioara reala masurata, functie de ora zilei si localitatea respectiva;

: temperatura interioara de referinta, egala cu 293.15 K;

T_i temperatura interioara reala masurata, in functie de ora;

: densitatea de referinta a aerului, egala cu 1,2 kg/m³ (la 293.15 K), in functie de care se aplica corectiile necesare.

Fiecare component aeraulic al anvelopei exterioare, supus unei diferente de presiune va fi traversat de un debit de aer volumic care se calculeaza cu relatiile:

(2.84)

pentru debite exfiltrate/infiltrate prin fisuri sau neetanseitati ale anvelopei,

respectiv:

(2.85)

pentru debite care patrund prin orificii mari din anvelopa.

In cazul unor deschideri particulare, aceasta ultima ecuatie poate fi inlocuita cu o alta mai precisa, in cazul cand componentul a fost testat conform normei EN 13141-1 (pentru debitul prin deschideri).

Rezolvand iterativ ecuatia:

q_vinf + q_vev +∑ q_vcomp + q_vpas + q_vcomp = 0 (2.86)

unde singura necunoscuta este presiunea interna de referinta pref , se determina valoarea acestei presiuni. Debitul real de aer care traverseaza fiecare component (deschidere) se calculeaza cu relatiile (2.84) si (2.85), folosind diferentele de presiune raportate la presiunea de referinta calculata.

2.6.8 Calculul debitului de aer prin deschiderile ferestrelor (aerisire)

Pentru o fereastra amplasata pe o singura fatada a incaperii de calcul (absenta unei ventilari transversale) debitul volumic patruns prin fereastra q_F (m³/h) se scrie:

, (2.87)

in care v_v (viteza vantului, in m³/h) se exprima prin relatia:

(2.88)

in care:

A_F: aria ferestrei (m²);

C_t=0,01 coeficient functie de turbulenta vantului;

C_v=0,001 coeficient functie de viteza vantului;

C_tt=0,0035 coeficient functie de efectul tirajului termic (presiunii termice);

V_ref : viteza de referinta a vantului masurata la 10m inaltime deasupra solului;

T_i: temperatura interioara (K);

T_e: temperatura exterioara (K).

Raportul dintre debitul de aer cu fereastra partial deschisa si debitul de aer cu fereastra complet deschisa se calculeaza in functie de unghiul de deschidere si este independent de raportul dintre latimea si inaltimea ferestrei:

(2.89)

Acest raport se poate aproxima cu un polinom in functie de unghiul α :

(2.90)

cu conditiile la limita: =0 pentru α=0 (fereastra complet inchisa) si =1 pentru α=180 (fereastra complet deschisa).

Ca alternativa, se poate folosi un calcul simplificat, dupa cum urmeaza:

Atunci cand criteriul de deschidere a ferestrei este imbunatatirea calitatii aerului interior, se considera ca utilizatorii recurg la un comportament in sensul maririi debitului de aer prin ferestre fata de cel stipulat in reglementari ca valoare minima. Coeficientul C_aerare tine cont de acest comportament, conform relatiei:

(2.91)

Coeficientul C_aer tine cont de frecventa si perioada diurna a deschiderii ferestrei de catre ocupanti, precum si de gradul diurn de ocupare al incaperii in care se afla fereastra respectiva. Acest coeficient trebuie definit pentru fiecare situatie in parte, in special daca ventilarea naturala prin deschiderea ferestrelor se considera un sistem de ventilare separat si autonom.

In lipsa altor valori in documentatia tehnica, pentru marimile utilizate in relatiile din § 2.6, se pot utiliza valorile din anexa II.2. E date de proiectare

2.6.9 Calculul consumului anual de energie pentru ventilare naturala si mecanica

▪ Valori de calcul pentru sistemele de distributie a aerului din incaperi

C_util=0 pe perioada nefunctionarii sistemului de ventilare (ventilator oprit), respectiv C_util=1 pe perioada de functionare;

ε_v=1

C_contr=1

C_sist=1.2 ;

C_aer=1.8

_{Pentru ventilarea in regim liber si in regim de noapte nu se pot defini valori implicite, fiind necesara interventia unui expert tehnic autorizat la instalatia de ventilare, care sa evalueze strategia de control a sistemului pe perioada de functionare a acestuia.}

▪ Valori implicite pentru sistemul de ventilare centralizat (centrala de ventilare CV) sau local (ventilator local, aeroterma etc..)

- Pierderile de aer in canalele de transport ale aerului aflate in suprapresiune si CV

Se propune neglijarea pierderilor de aer in centrala de ventilare daca aceasta a fost testata conform normativului EN 1886 si a obtinut clase de etanseitate de minim L3.

Se recomanda urmatoarele valori pentru permeabilitatea K (m³/s*m²) a canalului de aer, raportul dintre debitul pierdut din canal catre exterior si debitul total transportat, r (%) si pentru coeficientul de pierdere de aer din canal C_pierd,c.

Tabel 2.15 Marimi necesare pentru calculul pierderilor de aer in conducte

Valorile pentru CV sunt redate in tabelul de mai jos:

Tabel 2.16 Marimi necesare pentru calculul pierderilor de aer in CV

Valori ale coeficientului de presiune dinamica C_p tinand cont si de posibila ventilare transversala

Valori C_p pentru cladiri cu ventilare transversala

Valorile lui C_p vor fi indicate in Anexa II.2.F atat pentru fatadele neadapostite la vant cat si pentru cele adapostite (opuse directiei vantului). Pentru acoperis, valoarea lui C_p se considera egala cu cea a fatadei adapostite.

- Valori ale C_p pentru cladiri fara ventilare transversala

In acest caz, pentru a lua in considerare suprapresiunea vantului pe fatada neadapostita, se majoreaza C_p din cazul anterior cu 0.05 pentru aceasta, si se scade C_p cu 0.05 pentru fatada adapostita.

Repartizarea rosturilor si neetanseitatilor la nivelul intregii anvelope

In cazul necunoasterii amplasarii exacte a rosturilor si neetanseitatilor anvelopei prin care se produc infiltratii/exfiltratii, se considera o repartizare conventionala a acestora pe cele doua fatade, dupa cum urmeaza:

_{Cinfiltr/exfiltr,zona (pierderea de aer din zona) = 0.67 (conventional);}

_{- pentru fatada}

    _{; (2.92)}

_{- pentru acoperis}

_(2.93)

- In functie de pozitia pe inaltime a unui component aeraulic fata de zona respectiva (H_c fata de H_z inaltimea zonei), se considera urmatorii coeficienti de pierderi aeraulice, in functie de tipul fatadei si de prezenta acoperisului tip sarpanta:

Tabel 2.17

Repartizarea gurilor de ventilare naturala la nivelul intregii anvelope

Tabel 2.18

▪ Concentratii exterioare de calcul pentru poluantii gazosi

Deoarece nu exista recomandari sau reglementari pentru totalitatea poluantilor si cele existente nu sunt omogene intre tari, sunt necesare interpretari documentate din partea proiectantului. Se ia in considerare impactul potential al amestecurilor de poluanti si nu numai al poluantilor individuali.

Poluantii gazosi tipici care se iau in considerare la evaluarea aerului exterior pentru proiectarea instalatiilor de ventilare si de climatizare a incaperilor sunt monoxidul de carbon, bioxidul de carbon, bioxidul de sulf, oxizi de azot si compusi organici volatili (VOC - de exemplu benzen, solventi si hidrocarburi poliaromatice). Impactul asupra mediului interior al acestor poluanti exteriori depinde de reactivitatea acestora. De exemplu, monoxidul de carbon este relativ stabil si prezinta o absorbtie redusa la nivelul suprafetelor interioare. Prin contrast, ozonul din aerul exterior nu este in mod uzual luat in calcul pentru proiectarea instalatiei datorita reactivitatii sale ridicate si reducerii foarte rapide a concentratiei acestuia in instalatia de ventilare si in incapere. Alti poluanti gazosi sunt in cele mai multe cazuri intre aceste extreme.

Prin continut de particule se intelege cantitatea totala a particulelor solide si lichide din aer, de la praful vizibil si pana la particulele sub un micron. Majoritatea ghidurilor se refera la PM (continut de particule cu un diametru aerodinamic de pana la 0 µm), insa se accepta din ce in ce mai mult faptul ca, in scopul asigurarii protectiei sanatatii,o atentie deosebita trebuie acordata particulelor mici. In cazul in care este necesar sa se tina seama de particulele biologice, ghidurile PM nu sunt aplicabile si cel mai important aspect il constituie riscul imunologic sau infectios reprezentat de aceste particule.

Ca o recomandare, in tabelul sunt prezentate exemple de niveluri pentru calitatea aerului exterior.

Tabelul 2.19 : Exemple de concentratii ale poluantilor din aerul exterior

NOTA Valorile indicate pentru poluantii aerului reprezinta concentratii anuale si nu trebuie sa fie utilizate pentru proiectarea instalatiilor. Concentratiile maxime sunt mai ridicate. Pentru informatii suplimentare se utilizeaza masurarile locale si ghidurile nationale.

Debite specifice de aer proaspat (exterior) pentru o persoana

Aceasta metoda este o metoda practica bine fundamentata pentru toate situatiile in care incaperile sunt destinate ocuparii umane tipice. Debitele de aer exterior (furnizate de instalatia de ventilare) pentru o persoana in cazul activitatii normale intr-un birou sau in casa cu o rata metabolica de 1,2 met, sunt indicate in tabelul 2.20. Aceste valori sunt utilizate in mod curent la proiectarea instalatiei. Valorile trebuie sa fie respectate in zona ocupata. Debitele indicate pentru zone de nefumatori tin seama atat de metabolism, cat si de emisiile tipice in cladiri cu poluare redusa In cazuri cu niveluri ridicate de activitate (met >1,2), debitele de aer exterior trebuie sa fie majorate cu un factor de (valoare reala met)/1,2.

Tabel 2.20 Debitul specific de aer proaspat pe persoana

Este recomandata in mod special alegerea materialelor de constructie nepoluante sau cu poluare redusa inclusiv mobila, covoarele si instalatia de ventilare propriu-zisa in locul cresterii debitului de aer exterior in scopul diluarii acestor emisii posibil a fi evitate.

Debitele indicate pentru zonele de fumatori sunt valabile pentru zonele in care este permis fumatul. Se recomanda definirea zonelor de fumatori si nefumatori si adaptarea instalatiei la situatia corespunzatoare.

Debitele specifice de aer exterior raportate la aria pardoselii

Aceasta metoda poate fi utilizata in anumite cazuri la proiectarea instalatiei pentru incaperi fara ocupare umana si fara o destinatie clara (de exemplu incaperi de depozitare). Debitele de aer pe unitate de arie a pardoselii sunt indicate in tabelul 2.21. Acestea se bazeaza pe un timp de functionare de 50% si pe o inaltime a incaperii de 3 m. Pentru timp de functionare mai mic si pentru incaperi mai inalte, debitele de aer trebuie sa fie mai mari.

Tabelul 2.21 Debite de aer exterior sau transferat pe unitate de arie utila a pardoselii pentru

incaperi cu alta destinatie decat ocupare umana

2.7. Calculul consumului de energie pentru ventilarea cladirilor

2.7.1. Domeniu de aplicare: cladiri dotate cu sisteme de ventilare si climatizate, fara controlul umiditatii interioare in perioada de vara. Pot fi incluse si sistemele de incalzire si racire cu aer, daca acestea au si rol de ventilare.

Calculul se aplica la cladiri rezidentiale sau nerezidentiale sau parti ale acestora.

2.7.2. Obiectiv: evaluarea impactului energetic al sistemelor de ventilare din cladiri, ca parte a procedurilor complexe de evaluare energetica a cladirilor si sistemelor aferente. In acest scop sunt detaliate:

- temperatura si umiditatea aerului de ventilare care patrunde in cladiri,

- calculul consumului de energie pentru vehicularea aerului si

- calculul energiei pentru pretratarea aerului de ventilare/climatizare.

2.7.3. Continut general

In acest paragraf se dau metodele de calcul pentru:

- necesarul de energie la ventilatoare si alte elemente auxiliare ale sistemului de ventilare;

- energia necesara pentru dezghetul bateriilor de preincalzire si preracire;

Necesarul de energie pentru incalzirea aerului infiltrat nu face obiectul prezentului standard

Aceste energii vor depinde de sistemul si de combustibil utilizat si vor fi defalcate pe tipuri de procese termodinamice (incalzire, racire sau ventilare). In unele cazuri este necesar de precizat ipotezele de calcul, de exemplu daca un ventilator este utilizat in cadrul unor procese de incalzire, racire sau ventilare simpla.

2.7.4 Metoda de calcul

Pe baza debitelor de introducere considerate cunoscute, procedura de calcula:

temperaturile si umiditatile debitelor de aer ce sunt refulate in zonele incalzite sau racite;

energia consumata pentru a realiza aceasta tratare

In cazul in care aerul este introdus in incaperi prin deschideri pasive (guri pentru ventilarea naturala) sau ferestre, se considera ca acest aer are caracteristicile termodinamice ale aerului exterior.

Daca acest aer este preluat dintr-un spatiu adiacent zonei de calcul, temperatura acestui spatiu se calculeaza conform § 2.4.

Daca aerul este introdus in incaperi printr-un sistem de ventilare echilibrat sau nu aeraulic se determina modul in care se modifica parametrii termodinamici ai aerului, precum si modul de calcul al energiei necesare pentru tratarea acestuai.

2.7.4.1 Pierderi de caldura prin suprafata canalelor de transport al aerului

a) Pierderi de caldura prin conductele (canalele) situate in incaperea/zona climatizata

Aceste pierderi trebuie luate in considerare doar atunci cand diferenta dintre temperatura aerului transportat si temperatura incaperii sau zonei climatizate este semnificativa. Ele pot fi neglijate in cazul cand sistemul nu asigura incalzirea sau racirea aerului, ci doar ventilarea simpla.

b) Pierderi de caldura prin conductele situate in afara incaperii/zonei climatizate :

Temperatura si umiditatea aerului din conducta se calculeaza cu relatiile:

θ₂ = θ₁ + ΔT_cta

x₂ = x₁ (2.94)

si    

(2.95)

unde :

θ₁, x₁ temperatura si continutul de umiditate al aerului la intrare in conducta, [⁰C, respectiv g_vapori/kg _{aer uscat}],

θ₂, x₂ temperatura si continutul de umiditate al aerului la iesre din conducta, [⁰C, respectiv g_vapori/kg _{aer uscat}],

H_cta pierderea de caldura a aerului prein peretii conductei, catre mediul ambiant, [W/K],

q_v,cta debitul de aer din conducta [m3/h].

c) Pierderi de aer din conductele de transport ale aerului

Aerul infiltrat in/din conductele de transport de aer se calculeaza conform § 2.6.7. Daca aerul este exfiltrat din conducta, nu exista o modificare a parametrilor termodinamici ai aerului transportat de aceasta. Daca insa se infiltreaza aer in conducta, acesti parametri se modifica in functie de parametrii aerului infiltrat, care se amesteca cu cel transportat.

Ventilatoare

Cresterea de temperatura a aerului la trecere prin ventilator, ΔT_vent se calculeaza cu relatia :

(2.96)

unde :

- diferenta de temperatura cu care se incalzeste aerul in ventilator, [sC],

ρ_aer (kg/m³) este densitatea aerului,

c_p,aer (J/kgK) caldura specifica masica a aerului.

Se cunosc:

debitul volumic la ventilator q_v,vent (m³/h);

puterea instalata la ventilator P_vent (W);

rata de transformare a energiei electrice in caldura, absorbita de aer R_rc - (valori in tabelul 2.22 )

La 20 sC, produsul ρ_aer c_p,aer este aproximativ egal cu 1215 J/m³K.

Tabel 2.22 Rata de recuperare e e puterii ventilatorului

Pentru ventilarea mecanica controlata cu volum de aer constant (sistem CAV - Constant Air Volume) sau variabil (sistem VAV - Variable Air Volume) fara aer recirculat (adica 100% aer exterior) se poate afirma ca puterea medie consumata este similara cu cea obtinuta pentru un debit volumic de aer C_cont q_v (m³/h), pentru simplificarea calculului.

Pentru sistemele VAV cu recirculare, C_cont depinde de actiunea asupra clapetei de reglare pe aerul exterior in timp ce puterea absorbita de ventilator depinde de raportul dintre debitul mediu refulat si debitul maxim refulat.

In orice situatie, reglarea ventilatorului trebuie luata in calcul pentru a determina cat de mult scade puterea absorbita de ventilator in raport cu puterea absorbita in conditii nominale de functionare.

Daca nu este disponibila nici o informatie, urmatoarele curbe caracteristice q_v - P_abs (%) pot da o idee asupra diverselor tipuri de reglare posibile la ventilator - figura 2.10.

Figura 2.10 : Curbe de dependenta q_v - P_abs in diverse cazuri de reglare a ventilatoarelor

PB - Palete curbate inapoi; CV PB - Control variabil al paletelor curbate inapoi;

PI - Palete curbate inainte; SR - Sibar de reglaj ;

TV - Turatie variabila; IV - Inclinare variabila a paletelor de pe aspiratie;

De exemplu, daca s-a determinat un coeficient C_cont = 0,5 pentru un sistem de tip CAV, se poate presupune ca puterea consumata este echivalenta cu puterea nominala la un raport de 50%, adica in acest caz 30% din puterea maxima cu variatia turatiei.

In tabelul 2.23 este redat raportul ce trebuie aplicat puterii absorbite la viteza maxima in functie de valoarea C_cont si de tipul de reglare.

Tabelul 2.23 Exemplu de rapoarte de putere absorbita in functie de reglare si de raportul de debite

2.7.4.3 Schimbatoare de caldura (recuperatoare)

▪ Recuperatoare de caldura sensibila

marimi de intrare :

θ_ev,1 ; x_ev,1 - temperatura si continutul de umiditate al aerului evacuat inainte de intrarea in recuperator;

θ_ref,1 ; x_ref,1 - temperatura si continutul de umiditate al aerului exterior inainte de intrarea in recuperator;

q_v,ref ; q_v,ev - debitul volumic refulat si evacuat ce trec prin recuperator;

ε_rec - eficienta de transfer termic a recuperatorului pentru un set de debite refulat/evacuat aproximativ egale

P_el,nec - puterea electrica necesara la recuperator (in W)

- cresterea de temperatura a aerului datorata prezentei ventilatorului in curentul de aer (considerata atat pentru circuitul de refulare cat si pentru cel de evacuare).

Pentru unitatile de recuperare din sectorul rezidential (testate conform EN 13141-7) eficienta globala include cresterea de temperatura la ventilator

Elemente de calcul:

(2.97)

marimi de iesire :

θ_ev,2 ; x_ev,2 - temperatura si continutul de umiditate al aerului evacuat dupa iesirea din recuperator;

θ_ref,2 ; x_ref,2 - temperatura si continutul de umiditate al aerului exterior dupa iesirea din recuperator;

2.7.4.4 Recuperatoare de caldura sensibila si latenta (entalpice)

▪ Probleme legate de dezghet

Prevenirea inghetului apei ininstalatiile de ventilare/climatizare se poate face in doua moduri:

Control direct al dezghetului prin actiune asupra recuperatorului de caldura (prin montarea unui bypass, a altor baterii auxiliare de incalzire sau a unui schimbator rotativ);

Prin utilizarea unei baterii de pre-incalzire a aerului exterior, inainte de intrarea acestuia in recuperator

In ambele cazuri, valoarea temperaturii la iesirea din compartimentul de preincalzire - θ_ref,2 este limitata la +5 sC pentru cladirile rezidentiale si la 0 sC pentru cele rezidentiale. Valoarea de referinta pentru recuperatoarele cu regenerare higroscopica din cladirile comerciale este de -5 sC.

Valori de referinta pentru θ_ref,2 :

5 sC pentru sectorul rezidential;

0 sC pentru schimbatoare cu placi din sectorul non-rezidential;

- 5 sC pentru schimbatoare rotative din sectorul non-rezidential

a) Control direct al dezghetului

- in acest caz trebuie aplicata o corectie asupra temperaturii de iesire :

daca

- daca debitul refulat si evacuat sunt egale, aceeasi corectie trebuie aplicata si lui θ_ref,2 :

- in cazul lipsei oricarui element pentru dezghet, este suficient de a seta temperatura la o valoare foarte scazuta - ex. - 100 sC.

b) baterie de preincalzire pentru dezghet

In acest caz aerul exterior este preincalzit pana la o valoare , ce serveste la calculul , corespunzatoare iesirii aerului evacuat din recuperator.

▪ Limitarea temperaturii de refulare la regimul de evolutie libera "free-cooling"

Temperatura θ_ref,2 poate fi limitata maximal la o valoare θ_ref,2,max pentru a opri incalzirea excesiva a aerului refulat in timpul perioadei de racire. Valoarea diferentei de temperatura pe circuitul de refulare inainte si dupa recuperator trebuie corectata cu valoarea :

Daca nu se impune o limitare, este suficient sa se aplice aceeasi formula de calcul setand θ_ref,2,max la o valoare maxima, de ex. 100 sC. Noua valoare controlata a temperaturii de refulare θ_ref,2,c se va scrie in aceasta ioteza:

2.7.4.5 Camere de amestec

In aceste aparate componente ale CTA, aerul recirculat din incaperile climatizate este amestecat cu aerul exterior (proaspat) in vederea recuperarii energiei. Camerele de amestec sunt echipate cu clapete de reglare a debitului atat pe partea aerului exterior, cat si pe cea a aerului recirculat.

Marimi de intrare:

θ_ev,1 ; x_ev,1 - temperatura si continutul de umiditate al aerului evacuat din incaperea (zona) climatizata inainte de intrarea in camera de amestec;

θ_ref,1 ; x_ref,1 - temperatura si continutul de umiditate al aerului exterior inainte de intrarea in camera de amestec;

q_rec (echivalent ca notatie cu q_ev,1) - debitul masic de aer recirculat prin camera de amestec;

q_ext (echivalent ca notatie cu q_ref,1)- debitul masic de aer exterior (proaspat) prin camera de amestec, in functie de conditiile de diluare a nocivitatilor din aerul interior respirabil (conditii igienico-sanitare);

Calculul raportului de recirculare al camerei de amestec:

(-) reprezinta raportul de recirculare in camera de amestec, scris ca raport dintre debitul masic de aer recirculat q_rec si debitul masic de aer exterior, ce patrund in camera de amestec

Marimi de iesire:

θ_ref,2 ; x_ref,2 - temperatura si continutul de umiditate al aerului exterior la iesirea din camera de amestec, calculate pe baza relatiilor de bilant masic si de umiditate la nivelul camerei de amestec:

(2.98)

q_ref,2=q_ext(1+R_rec) - debitul de refulare la iesirea din camera de amestec;

q_ev,2=q_ext - debitul evacuat in exterior;

2.7.4.6 Preincalzirea aerului

In urma preincalzirii, aerul este incalzit la o temperatura impusa θ_preinc .

Marimi de intrare:

θ₁ , x₁ - temperatura si continutul de umiditate al aerului la intrarea in baterie de preincalzire (aer exterior sau iesit din camera de amestec pe circuitul de refulare);

q_preinc - debitul masic de aer ce trece prin bateria de preincalzire (aer exterior sau iesit din camera de amestec pe circuitul de refulare);

Calculul puterii termice necesare preincalzirii :

(kW) (2.99)

Marimi de iesire:

θ₂= θ_preinc - temperatura aerului la iesirea din bateria de preincalzire

x₂=x₁ - continutul de umiditate la iesirea aerului din bateria de preincalzire, egal cu cel de la intrarea in baterie (nu exista schimb de energie latent)

2.7.4.7 Preracirea aerului

In general, in situatia de vara, aerul exterior este preracit pana la o temperatura θ_prerac impusa.

Marimi de intrare:

θ₁ , x₁ - temperatura si continutul de umiditate al aerului la intrarea in baterie de preiracire (aer exterior);

q_v,prerac - debitul volumic de aer ce trece prin bateria de preracire (aer exterior);

θ_BR - temperatura medie a bateriei de racire, functie de temperaturile de tur/retur ale apei de racire (in cazul prezentei unui agregat frigorific de preparare a apei racite) sau egala cu temperatura de vaporizare a fluidului frigorific (in cazul racirii prin detenta directa)

Calcul:

- variatia temperaturii aerului in timpul procesului de preracire :

(2.100)

- θ₂ - temperatura aerului la iesirea din bateria de preracire:

(2.101)

- eficienta procesului de preracire :

(2.102)

- continutul de umiditate al aerului la suprafata exterioara a baterie de racire x_BR :

(2.103)

- variatia continutului de umiditate al aerului in urma preracirii :

(2.104)

- continutul de umiditate al aerului la iesirea din bateria de preracire x₂ :

(2.100)

- puterea necesara pentru a asigura procesul de preracire P_prerac (kW) :

(2.105)

Marimi de iesire:

θ₂ , x₂ , P_prerac

2.7.4.8 Umidificarea izoterma a aerului iarna

In special in situatia de iarna, atunci cand aerul exterior are un continut de umiditate redus, acesta trebuie umidificat pana la o valoare setata impusa x_umidif . Acest proces se realizeaza tehnci prin injectarea de abur saturat in curentul de aer, procesul termodinamic de evolutie a aerului camera de umidificare fiind cvasi-izoterm.

Marimi de intrare:

θ₁ , x₁ - temperatura si continutul de umiditate al aerului la intrarea in camera de umidificare (aer exterior sau nu);

q_v.umidif -debitul volumic de aer in procesul de umidificare;

x_umidif - valoare setata a continutului de umiditate al aerului dupa umidificare.

Calcul:

θ₂ = θ₁ (temperatura la iesirea din umidificator este egala cu cea la intrare, in conditiile mentionate);

x₂ = max(x₁;x_umidif) - continutul de umiditate al aerului la iesirea din umidificator;

- puterea termica necesara umidificarii izoterme a debitului de aer volumic q_v,umidif . (2.106)

Aceste formule se vor aplica exclusiv in situatia de iarna, la crestera umiditatii aerului inainte de a fi refulat in incaperile climatizate, pentru a se evita senzatia de uscaciune la interior din cauza unei umiditati relative scazute. In conditii de vara, nu se utilizeaza umidificarea aerului.

Marimi de iesire

θ₂ , x₂ , P_umidif

2.7.5. Aplicatii

Domeniile principale de aplicare ale metodelor prezentate in 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 mecanica, caracteristicile termodinamice ale aerului de ventilare corespund celor pentru aerul exterior, asa cum s-a aratat in subcapitolul 6.2 al prezentului standard. In acest caz, se va calcula numai energia necesara pentru antrenarea ventilatorului montat pe circuitul de evacuare al aerului viciat din incaperi (daca acesta exista).

In restul cazurilor (ventilare mecanica controlata pe circuitul de refulare, cu sau fara tratarea termodinamica a aerului), pasii de calcul trebuie sa urmeze urmatoarea ordine cronologica:

se defineste la inceputul calculului anual, caracteristicile sistemului de ventilare, cu exceptia conditiilor privind climatul exterior si interior;

se definesc, ca valori orare:

caracteristicile aerului exterior (temperatura si continut de umiditate) θ_ext , x_ext

caracteristicile aerului interior (temperatura si continut de umiditate) θ_int , x_int ; pentru a evita probleme de convergenta, se recomanda preluarea valorilor calculate pentru ora precedenta

valorile de temperatura si/sau continut de umiditate pre-setate (impuse);

debitele de aer din sistem (exterior, recirculat, evacuat, refulat)

In continuare se procedeaza astfel:

se calculeaza caracteristicile termodinamice ale aerului dupa recuperatorul de caldura (daca el exista) atat pe circuitul de refulare, cat si pe cel de evacuare;

se calculeaza caracteristicile termodinamice si energiile necesare pentru desfasurarea urmatoarelor procese termodinamice:

- preincalzire;

- preracire;

- umidificare;

- pierderi de energie prin suprafata exterioara a conductelor de transport ale aerului amplasate la exterior;

- incalzirea suplimentara a aerului la trecerea prin ventilator(oare)

Aceasta ordine poate sa nu fie respectata de functionarea reala a instalatiei, insa ea este corecta principial tinand cont de urmatoarele ipoteze:

controlul preincalzirii si preracirii este realizat pentru aerul refulat in zona incalzita sau racita; in acest caz, impactul pierderilor de energie la suprafata conductelor si castigurilor de energie in ventilator sunt astfel compensate;

temperatura setata pentru preracire este (OBLIGATORIU!) mai mica decat cea setata pentru preincalzire;

continutul de umiditate setat pentru umidificare este mai mic decat cel corespunzator temperaturii de saturatie izoterme;

▪ Metode anuale si lunare

- Sistem fara impact asupra umiditatii

Se mentin aceleasi ipoteze de calcul ca in cazul metodelor orare, tinand cont de distributia anuala (lunara) a temperaturii exterioare si aplicand aceeasi ipoteza la calculul temperaturilor interioare.

Rezultatele finale vor fi sub forma unor energii anuale (lunare) necesare pentru preincalzire, preracire si auxiliarele acestora.

- Sistem cu impact mediu sau mare asupra umiditatii

Se mentin aceleasi ipoteze de calcul, tinand 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 preincalzire, preracire, umidificare si auxiliarele acestora.

2.8. Calculul consumului anual de energie pentru sistemele centralizate si descentralizate de climatizare si aer conditionat.

2.8.1. Domeniu de aplicare: cladiri climatizate, cu controlul umiditatii, echipate cu unul din urmatorele tipuri de sisteme de climatizare:

- sisteme de climatizare de tip "numai aer",

- sisteme de climatizare de tip "aer-apa" cu aparate terminale - ventiloconvectoare

Calculul se aplica la cladiri rezidentiale sau ne-rezidentiale sau parti ale acestora, care vor fi denumite generic "cladire".

Metoda de calcul poate fi dezvoltata pentru estimarea consumurilor energetice si in cazul altor tipuri de sisteme de climatizare.

2.8.2. Obiectiv: calculul energiei necesare climatizarii cladirilor pentru asigurarea unei temperaturi si a unei umiditati interioare prescrise precum si energia consumata de sistemul de climatizare in acest scop.

2.8.3. Continut general

Metoda de calcul pentru necesarul de energie pentru racire si dezumidificare este de tip "grade-zile".

Sunt luati in calcul factori specifici, corespunzatori domeniului de aplicare si anume:

consumurile de energie datorate sarcinilor de caldura latenta

existenta unor sarcini importante datorate debitelor mari de aer proaspat

utilizarea in cadrul sistemelor de climatizare a recuperatoarelor de caldura (sensibila sau sensibila si latenta)

inertia termica a elementelor de constructie

varietatea mare de tipuri de instalatii de climatizare si a surselor de frig utilizate (sisteme centralizate "numai aer", sisteme cu aparate terminale de tip"aer-apa", chillere cu compresie mecanica, chillere cu absorbtie, chillere reversibile - pompe de caldura, etc.)

Metoda de calcul a consumului de energie este lunara.

Pentru a se putea evalua consumul total de energie corespunzator tuturor echipamentelor din cadrul unui sistem de climatizare, se introduce de asemenea o metodologie de calcul pentru energia necesara proceselor de umidificare si vehiculare aer.

2.8.3.1. Principalele date de intrare necesare pentru efectuarea calculelor

Datele necesare de calcul sunt:

caracteristicile elementelor de anvelopa pentru incaperea climatizata;

scenariul de ocupare al incaperii climatizate;

sursele interne de caldura si umiditate;

climatul exterior;

date privind sistemul de climatizare:

▪ debitul de aer; debitul de aer proaspat,

▪ valorile prescrise pentru parametrii de confort (temperatura, umiditate),

▪ temperatura si umiditatea aerului refulat in incapere,

▪ coeficientul de performanta al instalatiei frigorifice,

▪ pierderea de sarcina din sistem,

▪ randamentul ventilatorului,

▪ modul de functionare al ventilatorului (1 treapta de turatie, 2 trepte de turatie, variatie continua turatie),

▪ eficacitatea recuperatorului de caldura (daca exista).

2.8.3.2. Principalele date de iesire (rezultate) ale prezentului standard sunt:

necesarul de energie lunar si anual pentru climatizarea cladirilor (racire, incalzire, umidificare, vehiculare aer)

2.8.4. Necesarul de energie pentru climatizare

2.8.4.1. Necesarul de energie pentru racire si dezumidificare

Calculul de tip grade-zile se efectueaza pe baza relatiei:

(2.107)

unde:

N - numar de zile (pentru luna de calcul considerata) (zile)

J_aem - temperatura medie lunara a aerului exterior (pentru luna de calcul considerata) (°C)

J_b - temperatura de baza calculata conform metodologiei de mai jos, in functie de tipul sistemului de climatizare (°C)

K - constanta, valoare utilizata de regula: 0,71

Calculul consumului de energie pentru racire si dezumidificare se efectueaza pe baza numarului de grade-zile si a valorii coeficientului de performanta al chiller-ului, astfel:

(kWh) (2.108)

(kWh) (2.109)

unde:

Q_chiller - necesarul de energie la sursa de frig a sistemului de climatizare (kWh)

Q_r - necesarul de energie pentru racire si dezumidificare (kWh)

COP - coeficient de performanta al chiller-ului

m - debitul masic de aer vehiculat in sistemul de climatizare (kg/s)

cp - caldura specifica a aerului (kJ/kg°C)

Temperatura de baza se calculeaza in functie de tipul sistemului de climatizare dupa cum urmeaza:

a) sisteme de climatizare "numai aer":

Temperatura de baza utilizata in metoda de calcul grade-zile depinde de:

temperatura de confort a aerului interior (valoarea setata) din incaperea climatizata,

sarcina de racire sensibila datorata aerului proaspat

incalzirea aerului in ventilatorul de introducere (termenul al doilea din ecuatia de mai jos),

degajarile de caldura sensibila de la surse interioare din incaperea climatizata si aporturile de caldura datorate radiatiei solare (termenul al treilea din ecuatia de mai jos)

aporturile de caldura prin transmisie pentru incaperea climatizata (termenul al patrulea din ecuatia de mai jos)

degajarile de caldura latenta de la surse interioare din incaperea climatizata si sarcina de racire latenta datorata aerului proaspat (ultimul termen din ecuatia de mai jos)

(°C) (2.110)

unde:

J_ai - temperatura prescrisa a aerului interior din incaperea climatizata (°C)

v - debitul volumic de aer vehiculat in sistemul de climatizare (m³/s)

ΔP - presiunea introdusa in sistem de ventilator (Pa)

h_v - randamentul ventilatorului

Q_sm - degajari de caldura sensibila de la surse interioare: ocupanti, iluminat, echipamente - calculul conform si aporturi de caldura de la radiatia solara - calculul conform (kW) - pe baza valorilor calculate se determina valoarea medie lunara (pentru luna de calcul considerata) (kW)

U' = AU (kW/K), A - suprafata elementului de constructie prin care au loc aporturi de caldura prin transmisie (m²); U - coeficient global de transfer termic al elementului de constructie prin care au loc aporturi de caldura prin transmisie (kW/m²°C)

J_aezi - temperatura medie a aerului exterior pe perioada de ocupare a incaperii climatizate (pentru luna de calcul considerata) (°C)

Δx = x_e - x_s, diferenta medie lunara de continut de umiditate (pentru luna de calcul considerata), (kg/kg), x_e - continutul de umiditate al aerului exterior (kg/kg) si x_s - continutul de umiditate la iesirea din bateria de racire (kg/kg); diferenta medie de continut de umiditate se determina utilizand relatia:

(kg/kg) (2.111)

cu - continutul de umiditate mediu lunar al aerului exterior (pentru luna de calcul considerata) (kg/kg) si k - parametru calculat pe baza expresiei:

(2.112)

s_x - deviatia standard pentru continutul de umiditate lunar al aerului exterior; valoarea depinde de amplasarea geografica a cladirii climatizate

Obs.

1) Pentru luarea in considerare a inertiei termice, expresia de calcul a temperaturii de baza se modifica astfel:

(°C) (2.113)

unde:

(kW)

Q_c - rata medie zilnica de stocare termica a elementelor de constructie (kW)

C = rc_pmV (kJ/°C), capacitatea termica a elementelor de constructie ale incaperii climatizate

r - densitatea materialelor elementelor de constructie (kg/m³)

c_pm - caldura specifica a materialelor elementelor de constructie (kJ/kg°C)

V - volumul elementelor de constructie (m³)

(°C) (2.114)

ΔJ_i - rata de racire a elementelor de constructie (diferenta de temperatura intre temperatura elementelor de constructie si temperatura aerului interior) (°C)

t - perioada de neocupare a incaperii climatizate (h)

τ - constanta de timp a elementelor de constructie (h)

J_aen - temperatura medie a aerului exterior noaptea (pentru luna de calcul considerata) (°C)

2) In cazul in care exista in cadrul sistemului de climatizare recuperatoare de caldura (numai sensibila sau sensibila si latenta) calculul numarului de grade-zile se realizeaza pe baza relatiei:

* (2.115)

unde:

e - eficacitatea recuperatorului de caldura; in absenta unei valori, se poate determina conform relatiei:

m_AP - debitul de aer proaspat (kg/s; m³/s)

m_R - debitul de aer recirculat (kg/s; m³/s)

* Notatiile din aceasta ecuatie sunt identice cu cele utilizate anterior, cu mentiunea ca in expresia temperaturii de baza se modifica calculul diferentei medii de continut de umiditate dupa cum urmeaza:

(kg/kg) (2.116)

unde:

x_r - continutul de umiditate din aerul recirculat (considerat egal cu continutul de umiditate din incaperea climatizata) (kg/kg)

b) sisteme de climatizare de tip "aer-apa" cu aparate terminale - ventiloconvectoare

Exista doua situatii de calcul, in functie de configuratia sistemului de climatizare:

- cazul in care ventiloconvectoarele din incaperi preiau sarcinile latente; in aceasta situatie metoda de calcul este similara metodologiei descrisa mai sus pentru determinarea temperaturii de baza, considerand toate ventiloconvectoarele prin intermediul unui ventiloconvector echivalent si utilizand sarcini medii la nivelul intregii cladiri

- cazul in care ventiloconvectoarele asigura doar partea sensibila, bateria de racire a centralei de tratare pentru aerul proaspat asigurand sarcina latenta; in aceasta situatie expresia de calcul a temperaturii de baza pentru calculul numarului de grade-zile se scrie:

(°C) (2.117)

unde:

J_s - temperatura aerului la iesirea din bateria de racire a ventiloconvectorului (°C)

J_r - temperatura aerului din incaperea climatizata (°C)

2.8.4.2. Necesarul de energie pentru umidificarea aerului

Consumul energetic se determina in functie de urmatorii parametrii:

valoarea minima a umiditatii aerului din incapere

sursele de umiditate din incapere

umiditatea aerului exterior

debitul de aer proaspat al incaperii

In cadrul metodologiei de calcul se considera valori medii zilnice pentru aceste marimi. Metoda de calcul tine seama si de eventuala prezenta a unui recuperator de caldura latenta in cadrul sistemului de climatizare.

Umiditatea transferata aerului din instalatia de climatizare prin intermediul echipamentelor specifice se calculeaza conform relatiei:

(g/m³) (2.118)

unde:

x_Z - umiditatea adaugata aerului tratat de sistemul de climatizare, g/m³

x_i,min - valoarea minima a umiditatii din aerul interior, g/m³

x_g - degajarile medii de umiditate de la surse interne, g/h,m² (valori recomandate conform Anexa II.2.I)

m'_e - debitul de aer proaspat raportat la unitatea de suprafata, m³/h,m²

Cantitatea totala anuala de apa utilizata pentru umidificare se determina pe baza debitului de aer tratat si a diferentei zilnice intre valoarea continutului de umiditate al aerului refulat in incapere si valoarea continutului de umiditate al aerului exterior:

(g/an) (2.119)

Obs.

Relatia de mai sus este utilizata numai pentru momentele de timp pentru care este satisfacuta inegalitatea:

(2.120)

Daca sistemul de climatizare este prevazut cu un recuperator de caldura latenta, umidificarea aerului exterior pe baza schimbului de masa din recuperator se determina astfel:

(2.121)

unde:

h_recuperator - eficienta schimbului de caldura latent la nivelul recuperatorului

In acest caz, cantitatea de apa necesara pentru umidificare este:

(g/an) (2.122)

Obs.

Calculul pe baza relatiei anterioare se efectueaza pentru momentele de timp pentru care:

(2.123)

Energia consumata pentru umidificare se determina pe baza consumului de apa necesar pentru umidificare estimat cu relatiile de mai sus, in functie de configuratia sistemului de climatizare:

Q_h = C_h W (Wh/an) (2.124)

unde:

C_h - coeficient de consum specific de energie electrica pentru umidificare, in functie de tipul procesului de umidificare folosit (umidificare cu abur sau umidificare cu apa) (Wh/g). Valorile recomandate sunt date in Anexa II.2.J.

2.8.4.3. Necesarul de energie pentru vehicularea aerului

Consumul de energie pentru vehicularea aerului se bazeaza pe calculul consumului specific de energie electrica. Consumul specific de energie electrica se determina pentru fiecare incapere sau grup de incaperi cu aceeasi destinatie. Consumul specific de energie electrica pentru cladirea climatizata sau o parte din aceasta rezulta prin medierea consumului specific pentru fiecare incapere sau grup de incaperi prin intermediul suprafetei pardoselii. Consumul total de energie electrica pentru vehicularea aerului dintr-un sistem de climatizare se obtine prin inmultirea consumului specific cu suprafata totala a spatiilor climatizate din cladire:

Q_vt = Q_v S

Relatia de calcul pentru consumul specific de energie electrica al motoarelor ventilatoarelor din cadrul sistemelor de climatizare este:

(kWh/m²,an) (2.125)

unde:

Q_v - consum specific de energie electrica al ventilatorului (kWh/m²,an)

(W/m²) (2.126)

P_v - putere electrica specifica pentru antrenarea ventilatorului (W/m²)

Δp - pierderea de presiune din sistem (Pa) - valoarea luata in calcul este valoarea medie intre doua schimburi ale filtrului de praf

V' - debit volumic specific de aer (raportat la suprafata incaperii, m³/m²,h)

h_v - eficienta ventilarii (pentru intregul sistem de climatizare)

N_h - numar de ore de functionare la sarcina nominala (h/an) - valoarea se considera conform datelor de functionare ale sistemului de climatizare; valorile indicate sunt date in Anexa II.2.K.

Obs.

1) Daca nu sunt date disponibile privind pierderea de presiune si eficienta ventilarii, puterea electrica specifica se determina conform relatiei:

P_v = P_spV' (W/m²) (2.127)

unde:

(W/m³/h) (2.128)

P_sp - putere specifica ventilator (W/m³/h)

h - randament ventilator

Valorile indicate pentru puterea specifica a ventilatorului (pentru intregul sistem de climatizare) sunt date in Anexa II.2.L in functie de tipul instalatiei (destinatia incaperii) si eficienta energetica a instalatiilor.

2) Numarul de ore de functionare la sarcina nominala este echivalat cu o valoare energetica echivalenta astfel incat pentru numarul de ore de functionare la sarcina partiala trebuie sa se tina cont de raportul dintre puterea electrica specifica la sarcina redusa si cea la sarcina nominala pentru a obtine o marime echivalenta. Daca nu sunt disponibile date privind functionarea in sarcina redusa si eficienta energetica pentru aceasta, se recomanda utilizarea valorilor din Anexa II.2.K.

ANEXA II.2.A - Date climatice

Date generale - timpul total de simulare pe parcursul anului

Date climatice

In ceea ce priveste datele climatice, indispensabile simularii regimului termic al cladirilor si a consumurilor de energie pentru incalzire/racire, sunt necesara urmatoarele marimi climatice orare :

temperatura exterioara orara, [sC];

radiatia totala orara pe un plan orizontal, [W/m²];

indicatori pentru conversia radiatiei totale in radiatie incidenta pe suprafete verticale, cum ar fi, de exemplu : radiatia directa orara perpendiculara pe directia razei solare si gradul de acoperiri cu nori a cerului (grad de nebulozitate)

viteza si directia locala a vantului, [m/s];

albedoul (raportul dintre radiatia solara reflectata si radiatia incidenta) solului;

umiditatea relativa a aerului exterior, [%].

Datele climatice orare pentru un an reprezentativ trebuiesc selectate din baze de date recente urmand procedurile standardului ISO 15927-4

ANEXA II.2.B

Calcul multizona utilizand cuplajul termic intre zone adiacente

B.1 Generalitati

Un calcul multizona al cuplajului termic dintre zonele unei cladiri trebuie utilizat cu precautie si pentru situatii bine cunoscute, in contextul unei proceduri simplificate de evaluare a consumurilor de energie.

NOTA: Un calcul multizona al cuplajului termic inter-zone necesita:

date de intrare precum: proprietati de transfer termic prin transmisie, debite de aer inter-zone (cu valoare si sens)

cunoasterea sistemului de reglare a temperaturilor din zone si regulile de partitionare interna a zonelor, cu restrictii speciale de temperatura (ex. Restaurante, spitale etc.)

O complicatie in plus o reprezinta prezenta unor sisteme diferite de incalzire, racire si ventilare pentru zone diferite, conducand la o complexitate a calculului ce depaseste granita impusa pentru calculul global simplificat al consumurilor de energie.

B.2 Metoda lunara

In cazul calculului multizona cu cuplaj termic intre zone, procedura de calcul lunara este descrisa in cele ce urmeaza.

In primul rand , trebuie colectate datele referitoare la transferurile inter-zone, conform celor descrise in B.2.

Ulterior, trebuie adaugate la transferul de caldura prin transmisie si ventilare caracteristice zonei z luate separat, termeni ce reprezinta transferurile de caldura prin transmisie si ventilare dinspre zonele adiacente zonei z catre zona z :

in care :

reprezinta temperatura medie din zona y adiacenta zonei z incluzand orice supraincalzire (in modul de imcalzire) sau supraracire (in modul de racire) fata de valoarea prestabilita de set-point. Aceasta temperatura se determina conform urmatoarelor doua relatii :

- pentru modul de incalzire :

pentru modul de racire :

,

in care :

Q_inc necesarul de energie pentru incalzire pentru zona y, determinat conform 7.2.1.1, in MJ ;

H_y,inc,k coeficientul de transfer global (transmisie+ventilatie) pentru elementul k catre zona y determinat conform 7.2.2, in MJ/K ;

Q_ap,inc suma totala a surselor de caldura interioare in modul incalzire pentru zona y, conform 7.2.1.2, in MJ ;

Q_rac necesarul de energie pentru racire pentru zona y, determinat conform 7.2.1.1, in MJ ;

pentru un element k ce transfera caldura prin transmisie este egala cu , temperatura pe suprafata exterioara a elementului k ;

pentru un element k ce transfera caldura prin ventilatie este egala cu , temperatura de refulare a aerului in zona z prin elementul k

Calculul necesarului de energie pentru incalzire si racire trebuie realizat iterativ (doua sau trei iteratii sunt in general suficiente) :

se face ipoteza initiala ca temperatura medie a zonei la pasul de timp curent este egala cu temperatura de set-point pentru incalzire sau racire in zona respectiva (sau cu temperatura echivalenta interioara, daca avem un sistem de incalzire sau racire intermitenta) ;

calculul energiei necesare pentru incalzire sau racire pentru fiecare zona in parte, tinand cont de contributia transferurilor de caldura prin transmisie si ventilatie dintre zone, asa cum s-a specificat ;

pe baza acestor rezultate, se calculeaza pentru fiecare zona temperatura medie interioara, conform relatiilor deja prezentate ;

daca temperatura medie calculata difera cu mai mult de o eroare relativa acceptabila fata de temperatura impusa la pasul 1), se seteaza aceasta noua temperatura ca data de intrare si se reia calculul de la pasul 2), pana cand eroarea relativa devine cea minim acceptata

B.3 Date de intrare pentru toate metodele de calcul

Aceste date de intrare au fost deja detaliate in cadrul normativului, de aceea aici vor fi doar re-enumerate :

H_T,z-y coeficient de transfer de caldura prin transmisie intre zonele z si y, in W/K ;

H_V,z-y coeficient de transfer de caldura prin ventilatie intre zona z si zona y, in W/K ;

H_V,y-z coeficient de transfer de caldura prin ventilatie intre zona y si zona z, in W/K ;

NOTA : H_V,z-y si H_V,y-z pot fi diferite daca debitele de aer ce traverseaza interfata de aer dintre zona y si zona z in cele doua sensuri sunt diferite. Acesti doi coeficienti se pot determina cu relatiile :

,

respectiv :

in care q_v,z-y si q_v,y-z (in m³/s) sunt debitele de aer ce trec din zona z catre zona y, respectiv din zona y catre zona z.

ANEXA II.2.C

Date pentru calculul aporturilor solare

C.1 Energia solara totala transmisa printr-o suprafata vitrata

Energia solara transmisa catre incaperea climatizata printr-o suprafata vitrata transparenta depinde esential de tipul de geam utilizat (calitate, grosime, emisivitate, tratamente termice), de tipul de protectie solara (jaluzele, rulouri, obloane), daca aceasta exista (vezi G.2), si de umbrirea suprafetei vitrate datorata prezentei unor obstacole exterioare in calea radiatiei solare incidente (alte cladiri invecinate sau elemente de arhitectura exterioare ale cladirii) - vezi G.3. Rata de transmitere (sau transmitanta) energiei solare prin elementele vitrate, definita in EN 410, se calculeaza cu EN 13363-2, tinand cont de radiatia solara incidenta normala (perpendiculara) pe suprafata exterioara elementului respectiv, in (W/m²) si de radiatia patrunsa in incaperea climatizata print transmisie, I_t (W/m²). Aceasta transmitanta "normala" se noteaza cu τ_n si cateva valori ale sale sunt redate in tabelul G.1, pentru elemente vitrate uzuale, presupunand ca au suprafata curata si geamuri normale netratate.

Pentru metodele de calcul lunare, se utilizeaza un factor F_v (definit in 11.4.1), definit ca raportul dintre transmitanta totala τ la un unghi de incidenta oarecare, si transmitanta normala τ_n la un unghi de incidenta egal cu 90s :

Acest factor depinde de tipul de geam, de latitudine si de orientarea elementului vitrat.

Tabelul C.1 : Valori ale transmitantei normale τ_n pentru tipuri uzuale de elemente vitrate

O alta metoda de calcul a energiei solare transmise utilizeaza raportarea la energia transmisa printr-o fereastra de referinta simpla sau dubla, de la caz la caz; in acest mod, energioa solara transmisa printr-o fereastra oarecare, Q_s,t (in MJ) se va scrie:

in care :

Q_s,tRef energia solara transmisa prin fereastra de referinta (simpla sau dubla, dupa caz), in MJ;

transmitanta totala a ferestrei oarecare (-);

τ_ref transmitanta totala a ferestrei de referinta (-);

C.2 Efectul elementelor de umbrire permanente

Aceste elemente de umbrire (ecranare) a ferestrelor, care pot fi de tipul: perdele, jaluzele, storuri, obloane, reprezinta accesorii optionale, manevrabile de ocupantii cladirii, pentru reducerea sau dimpotriva intensificarea aporturilor solare catre interior, in functie de sezon. Ele pot fi plasate la fata interioara sau exterioara a ferestrelor sau intre foile de geam (la ferestre duble).

Aceste elemente introduc o reducere a energiei solare transmise catre interior, cu un factor de umbrire g_u ce depinde de tipul de element utilizat, de culoarea si proprietatile optice ale acestuia, precum si de pozitionarea sa in cadrul ferestrei (la interior, exterior sau intre geamuri). in tabelul G.2 sunt date cateva valori ale acestui coeficient g_u pentru tipuri uzuale de elemente de umbrire permanente (de ex. Jaluzele).

Tabel C.2 : Factor de reducere a energiei solare transmise la interior datorat prezentei unor elemente de umbrire permanente (g_u)

Alte elemente de umbrire cu utilizare intermitenta, precum si protectiile solare reglabile, sunt luate in calcul in cadrul factorului de utilizare pentru modul de racire, deja descris in cadrul prezentului standard.

C.3 Factori de umbrire datorati unor obstacole exterioare

C.3.1 Principiu de calcul

Prezenta unor cladiri invecinate sau a unor elemente de arhitectura anexe ce depasesc planul ferestrei la exterior (cornise, balcoane, stalpi exteriori) conduce la aparitia unei suprafete umbrite in planul ferestrei, ce impiedica patrunderea prin fereastra a radiatiei solare directe la nivelul acestei suprafete, permitand totusi trecerea radiatiei difuze prin intreaga suprafata vitrata. in vederea evaluarii acestui tip de umbrire, se introduce un factor de umbrire adimensional datorat obstacolelor exterioare cladirii F_u,oe, exprimat prin relatia :

,

in care :

F_u,oe-orizont factor de umbrire datorat obstacolelor exterioare cladirii aflate la orizont (copaci, forme de relief sau alte cladiri);

F_oe-v factor de umbrire datorat obstacolelor exterioare apropiate in plan vertical, de tip: retragerea ferestrei in plan vertical fata de planul fatadei, balcoane, caschete etc.

F_oe-l factor de umbrire datorat obstacolelor exterioare apropiate in plan lateral, de tip: retragerea ferestrei in plan lateral fata de planul fatadei, stalpi exteriori etc.

C.3.2 Umbrirea datorata obstacolelor exterioare aflate la orizont

Efectul de umbrire datorat obstacolelor exterioare cladirii aflate la orizont depinde de unghiul la orizont, latitudine, climatul local si sezonul de incalzire. in tabelul C.3 sunt redate valorile factorului de umbrire datorat obstacolelor exterioare de la orizont, F_u,oe-orizont, pentru trei latitudini diferite si patru orientari verticale diferite ale ferestrei. Unghiul la orizont este un unghi mediu fata de orizontala sub care "se vede" obstacolul exterior din planul fatadei cladirii studiate (vezi figura C.1).

Tabelul C.3: Valori ale factorului de umbrire partiala datorat obstacolelor exterioare aflate la orizont

Figura C.1 : Unghiul la orizont α

C.3.3 Factorul de umbrire datorat elementelor exterioare ale cladirii

Tabelul C.4: Valori ale factorului de umbrire partiala datorat obstacolelor exterioare verticale, F_u,oe-v

Tabelul C.5: Valori ale factorului de umbrire partiala datorat obstacolelor exterioare laterale, F_u,oe-l

ANEXA II.2.D

Date de intrare conventionale

D.1 Introducere

Aceasta anexa contine datele de intrare conventionale pentru anumiti parametri din cadrul normativului, in lipsa unor valori reglementate la nivel national.

D.2 Surse de caldura interioare de la ocupanti si aparatura de birou

Scenariile zilnice si saptamanale privind degajarile de caldura provenite de la ocupanti datorita activitatii metabolice, precum si degajarile provenite de la aparatura electrica de birou, trebuie in general definite la scara nationala, in functie de utilizarea cladirii, gradul de ocupare si scopul calculului.

In absenta unor valori nationale, trebuie utilizate datele din prezenta anexa, ce sunt detaliate pentru cladiri rezidentiale, birouri, precum si pentru o gama mai larga de utilizari a cladirilor. in tabelele J1, J2, J3 si J4 sunt date valori ale acestor degajari, in W pentru un m² de pardoseala ocupata.

Tabelul D.1 : Densitatea fluxului de caldura degajat de ocupanti si aparatura electronica (in W/m²)-valori conventionale pentru cladiri rezidentiale

Tabelul D.2 : Densitatea fluxului de caldura degajat de ocupanti si aparatura electronica (in W/m²)-valori conventionale pentru birouri

Tabelul D.3 : Densitatea fluxului de caldura degajat de ocupanti (in W/m²)-valori conventionale globale pentru sectorul non-rezidential, in functie de gradul de ocupare

Tabelul D.4 : Densitatea fluxului de caldura degajat de aparatura electronica (in W/m²)-valori conventionale globale pentru sectorul non-rezidential, in functie de gradul de ocupare

D.3 Factori de reducere a radiatiei solare datorati protectiilor solare variabile

Perioada de timp in care protectia solara de tip: jaluzele, rulorui etc. este utilizata sau nu depinde in general de luna de calcul. Pentru fiecare tip de climat se pot utiliza valori conventionale (implicite) ale factorului pentru protectii solare variabile in timp, F_psv, pentru diferite orientari si inclinari ale ferestrei fata de planul orizontal. Tabelul J.4 cuprinde aceste valori medii pentru toate lunile anului (exemplu preluat din Danemarca).

Tabelul D.4 : Valori ale factorului de umbrire F_psv datorat protectiilor solare variabile

ANEXA II.2 E

Ipoteze si valori necesare proiectarii instalatiilor de ventilare si climatizare

E 1. Cele mai importante ipoteze de proiectare cu referire la calitatea aerului interior sunt informatiile cu privire la ocuparea umana faptul ca fumatul este permis sau nu, si emisiile din partea surselor altele decat metabolism si fumat. De asemenea trebuie sa se tina seama de faptul ca perceperea calitatii aerului interior se face intr-o maniera negativa pe masura cresterii temperaturii si umiditatii.

Valori tipice pentru ocuparea umana sunt indicate in tabelul 2. Valorile de proiectare se bazeaza oriunde este posibil pe date reale specifice proiectului. Oricum, in cazul in care nu este declarata nici o valoare, se aplica valorile prin lipsa indicate in tabelul 2. Daca nu se specifica nici o informatie cu privire la fumat, se presupune ca fumatul este interzis pentru toate destinatiile indicate in tabelul 12. In cazul in care fumatul este permis se recomanda cu tarie defalcarea clara intre zonele de fumatori si cele de nefumatori.

Aria utila a pardoselii pe incapere.

Tabelul 12 : Ipoteze de proiectare a debitelor de aer in functie de densitatea de ocupare a incaperii

Emisiile din partea altor surse decat metabolism si fumat trebuie sa fie specificate cat se poate de clar Daca nu se specifica nimic, trebuie clarificat cu beneficiarul faptul ca nu trebuie sa fie luate in considerare emisii suplimentare.

E2 Debite de introducere a aerului

E 2.1 Generalitati

Debitul de ventilare (debitul de aer exterior si introdus) se determina utilizand urmatoarele criterii:

ocupare umana cu sau fara fumat

. alte emisii cunoscute

degajarile pentru incalzire sau racire sunt disipate prin ventilare.

In vederea prevenirii pierderilor necontrolate de aer introdus, conductele si canalele trebuie sa fie etanse.

E 2.2 Ocupare umana

Debitul de ventilare pentru ocupare umana se determina utilizand informatiile din 5.2.5 sau utilizand valori specifice pentru debitul de aer pe baza reglementarilor sau de experientei.

E 2. Alte emisii cunoscute

Debitul de ventilare necesar pentru debitul emisiilor si pentru nivelul admisibil al concentratiei in incapere conduce la diluarea emisiilor cunoscute dupa cum urmeaza

,

in care :

q_v,ref debitul volumic de aer refulat, in m³ / s;.

q_m,E : debitul masic al emisiilor in incapere, in mg / s;

C_int : concentratia maxima admisibila din incapere, in mg / m³ ;

C_ref : concentratia din aerul refulat, in mg / m³ ;

In cazul poluantilor diferiti este necesara verificarea tuturor poluantilor relevanti in vederea determinarii celui mai critic dintre acestia. De regula, se prefera reglarea sursei in loc de ventilare.

Relatia indicata mai sus, este valabila pentru regim stationar (situatie prin lipsa) cu emisie constanta pe o durata lunga de timp. Atunci cand durata emisiei este scurta, concentratia de echilibru in regim stationar nu poate fi atinsa sau debitul de aer poate fi redus pentru un nivel maxim de concentratie precizat. Dependenta de timp a nivelului concentratiei in incapere se determina cu relatia urmatoare (debit de aer introdus = debit de aer extras):

,

in care :

C_int(t) concentratia in incapere la momentul t, in mg / m³ ;

C_ref : concentratia din aerul refulat, in mg / m³ ;

C_int(0) concentratia in incapere la momentul t=0, in mg / m³ ;

q_v,ref debitul volumic de aer refulat, in m³ / s;.

q_m,E : debitul masic al emisiilor in incapere, in mg / s;

V_inc : volumul incaperii, in m³ ;

t : timpul, in s ;

E 2.4 Sarcina de incalzire si de racire

In anumite cazuri degajarile de caldura pentru incalzire sau racire care trebuie sa fie disipate prin instalatia de ventilare conduc la determinarea debitului de ventilare. Daca din acest motiv debitul de ventilare devine mult mai mare decat cel precizat in atunci poate fi mai eficienta din punct de vedere energetic o solutie alternativa de disipare a caldurii.

Debitul de ventilare necesar pentru incalzire sau racire se determina dupa cum urmeaza

,

in care :

q_v,ref debitul volumic de aer refulat, in m³ / s;.

sarcina termica a incaperii, in kW;

densitatea aerului din incapere, in kg / m³ ;

c_p,aer    caldura specifica a aerului, ≈ 1 Kj / kg K;

temperatura interioara din incapere, in sC;

temperatura de refulare, in sC;

Densitatea si capacitatea termica a aerului depind de temperatura si presiunea acestuia. Calculul se efectueaza cu valorile aplicabile pentru situatia reala

E 3 Debite de evacuare a aerului

Intr-o instalatie de ventilare mecanica la echilibru cu aer introdus si extras, debitul de aer extras este determinate de debitul de aer introdus si de conditiile de presiune necesare.

Pentru instalatiile cu extractie a aerului, debitele de aer extras se calculeaza in conformitate cu principiile precizate in paragrafele de la 6.4.2.2 pana la 6.4.2.4. Valori tipice de proiectare pentru bucatarii si toalete/grupuri sanitare sunt indicate in tabelul 3. Aerul extras poate fi inlocuit cu aerul exterior sau cu aer din alte incaperi. Pentru aplicatii specializate (de exemplu anumite cladiri industriale si spitalicesti), debitele de aer extras trebuie sa fie calculate conform unor cerinte specifice, tinand seama de asemenea de influenta posibila asupra mediului exterior. Aceasta este in afara domeniului de aplicare al acestui document.

Tabelul 13 : Valori de proiectare pentru debitele de aer aspirat din incaperi poluate

Debitele de aer extras pentru bucatarii se dimensioneaza in conformitate cu situatia specifica.

In utilizare cel putin din timp. Pentru durate de functionare mai mici sunt necesare debite mai mari. Valori mai mici sunt posibile pentru aer extras direct din cabina de WC (valoare tipica: de la pana la

m .h pentru o cabina de WC)

E4. Umiditatea aerului interior

In domeniul tipic al temperaturilor aerului dintr-o incapere intre 20°C si 26°C evaporarea joaca un rol minor in reglarea temperaturii corpului omenesc. Prin urmare in mod normal apar putine probleme cu referire la confortul termic atunci cand umiditatea relativa este intre 30% si 70%.

Limita inferioara de 30% este precizata pentru a preveni uscarea ochilor si iritarea mucoaselor. Totusi, in climate severe se permite convenirea unei umiditati mai scazuta p o durata limitata, intre beneficiar si proiectant, tinand seama de normele locale si de preferinte. Reclamarea aerului prea uscat este adesea cauzata de praf sau de alti poluanti din aer. Umiditatea relativa este adesea prea scazuta datorita temperaturii din incapere si/sau debitului de aer exterior prea mari. Toate aceste cauze trebuie sa fie luate in considerare inainte de prevederea umidificarii.

Datorita faptului ca umiditatea relativa ridicata stimuleaza dezvoltarea fungilor si a acarienilor, precum si degradarea materialelor de constructie, perioade prea lungi cu umiditate relativa prea ridicata trebuie sa fie evitate. Concentratii prea ridicate in particule din aceste organisme pot constitui de asemenea un risc pentru persoanele sensibile si trebuie sa fie evitate.

In lipsa unor informatii alternative, proiectarea se bazeaza pe ipoteza ca exista alte surse de umiditate decat ocuparea umana si aerul introdus si infiltrat.

ANEXA II. 2 F

Date privind coeficientii de presiune dinamica C_p datorati vantului

Descrierea procedurii

In cadrul acestui calcul, trebuie urmati urmatorii pasi :

calcululu vitezei vantului la o inaltime de 10 m deasupra solului, pentru siteul respectiv;

determinarea existentei si caracteristicilor de adapostire a fatadelor de catre elemente de constructie sau obstacole exterioare (de tipul : adapostire mica, medie sau mare);

gasirea valorilor C_p pentru aceste trei tipuri de adapostire, si

determinarea valorilor C_p pe ansamblul intregii zone.

Viteza de referinta a vantului pe site v_site

Trebuie introdusa o corectie pentru viteza vantului din site v_site in raport cu cea masurata v_meteo, in functie de diferentele dintre rugozitatea terenului corespunzator siteului investigat si rugozitatea siteului meteorologic unde se face masuratoarea v_meteo. Pentru aceasta se considera trei tipuri de terenuri:

teren deschis, neadapostit;

teren amplasat in mediu rural sau suburban;

teren amplasat in mediu urban.

Legea logaritmica de variatie a vitezei vantului cu inaltimea este data de relatia de similitudine:

,

in care:

v₁: viteza vantului la inaltimea h₁, in m/s;

v₂: viteza vantului la inaltimea h₂, in m/s;

h₁: inaltimea h₁ , in m;

h₂: inaltimea h₂, in m;

z₀:    rugozitatea terenului, in m;

Aceasta lege este valabila strict de la o inaltime de 60-100 metri deasupra solului, conform prEN ISO 15927-1, insa ea poate fi aplicata in cadrul prezentului standard pentru viteze ale vantului > 2 m/s si pentru inaltimi h > 20 z₀; de exemplu, pentru un teren situat la altitudinea de 80 metri, in tabelul A1 sunt dati factorii de corectie in functie de rugozitatea terenulii la o inaltine de 10 m deasupra solului.

Tabelul F.1: Factor de corectie pentru v_site/v_meteo la 10 m inaltimii

Clase de adapostire

Pe inaltime, fatadele cladirilor sunt divizate in trei parti, in functie de adapostire:

partea joasa (inferioara), intre 0 si 15 m inaltine;

partea medie, intre 15 si 50 m inaltime;

partea inalta (superioara), la mai mult de 50 m inaltime.

La randul ei, fiecare parte de fatada, mai putin cea inalta, poate fi adapostita de un obstacol, daca sunt indeplinite conditiile:

daca H_obstacol > 0,5*min(H_cladire ; 15), partea inferioara a fatadei este adapostita

daca H_obstacol - 15 > 0,5*min(H_cladire - 15 ; 35), partea medie a fatadei este adapostita

Pentru o viteza a vantului data, un obstacol este definit ca orice structura sau cladire invecinata pentru care L_obstacol / L_cladire > 0,5. Clasa de adapostire depinde de raportul H_obstacol / D_obstacol , in care (figura A.1

H_obstacol : inaltimea obstacolului cel mai apropiat (m);

L_obstacol : latimea celui mai apropiat obstacol (m);

L_cladire : latimea cladiri (m);

D_obstacol : distanta dintre cel mai apropiat obstacol si cladire (m);

Partea inalta 5. Latimea L_obstacol

Vant 6. Partea joasa (0-15 m)

Partea medie (15-50 m) 7. Distanta D_obstacol

Inaltimea H_obstacol 8. Latimea L_obstacol

Figura F.1 : Cladirea si obstacolul

Tabel F.2 : Clase de adapostire functie de inaltimea obstacolului si de distanta relativa dintre obstacol si cladire

Valori ale coeficientilor C_p pentru fatade

In functie de partea de fatada considerata (dependenta de inaltime, asa cum s-a afirmat anterior), valorile coeficientului de presiune dinamica C_p datorata vantului sunt redat in tabelul A.3 :

Tabelul F.3 - Coeficientii de presiune dinamica C_p

NOTA : Coeficientii de presiune dinamica datorati vantului sunt valabili pentru o deviere a vitezei vantului de ±60s fata de normala la planul fatadei.

Valori ale C_p pentru zone

Pentru fiecare zona, valorile coeficientului C_p sunt luate in considerare tinand cont de inaltimea medie a fatadelor corespunzatoare acelei zone :

daca inaltimea medie este mai mica de 15 m, C_p -urile zonei sunt luate egale cu cele corespunzatoare partilor joase ale fatadei;

daca inaltimea medie este cuprinsa intre 15 si 50 m (inclusiv), C_p -urile zonei sunt luate egale cu cele corespunzatoare partilor medii ale fatadei;

daca inaltimea medie este mai mare de 50 m, C_p -urile zonei sunt luate egale cu cele corespunzatoare partilor inalte ale fatadei;

ANEXA II.2.G

Caracteristici de permeabilitate ale cladirii

Caracteristicile de permeabilitate ale unei cladiri depind de numarul si tipul neetanseitatilor anvelopei exterioare (rosturi de dilatare, fisuri, infiltratii de aer prin tamplaria exterioara), fiind exprimate prin debitul de aer total ce patrunde in cladire la o diferenta de presiune exterior-interior data.

Se pot defini la nivel national sau se pot prelua ca valori implicite din tabelul B.1, urmatoarele valori:

numarul de schimburi de aer orare datorat infiltratiilor n_infiltr (in vol/h) sau debitul de aer infiltrat q_v,infiltr raportat la aria laterala a anvelopei cladirii sau la aria pardoselii (in m³/h*m²);

debitul de aer infiltrat q_v,infiltr corespunzator unor diferente de presiune exterior-interior de 4, 10 sau 50 Pa

Tabelul G.1 : Valori ale debitului specific infiltrat sau numarului de schimburi de aer infiltrate pentru diverse clase si geometrii de cladiri

ANEXA II.2 H

Calculul coeficientului de recirculare C_rec

In cazul utilizarii unor debite de aer variabile in incaperile climatizate si a aerlui recirculat in CTA, coeficientul de recirculare C_rec (-) tine cont de necesitatea ca in fiecare incapere sa fie asigurat debitul minim de aer proaspat.

Daca q_v,nec,i este debitul minim de aer proaspat necesar pentru incaperea i si q_v,ref,i este debitul volumic total refulat in aceeasi incapere i, se poate calcula si impune o valoare C_rec data prin relatia :

In scopul de a mentine un nivel de poluare echivalent in toate incaperile climatizate de acelasi sistem de ventilare, se poate impune o valoare a C_rec data de relatia :

Aceasta relatie se bazeaza pe respectarea concentratiei limite admise de poluant in fiecare incapere.

Anexa II.2.I. Degajari medii de umiditate de la surse interne, g/h,m²

Anexa II.2.J Coeficient de consum specific de energie electrica pentru umidificare, Wh/g

Anexa II.2.K Numar de ore de functionare pe an la sarcina nominala (echivalent energie)

Anexa II.2.L Valori recomandate pentru puterea specifica a ventilatorului, Psp (W/m³/h)

* ventilare naturala

Referinte normative