Instalatii Ventilatie Si Climatizare

1

Program Leonardo da Vinci PROIECT PILOT No.HU 170003-2003

Vocational Education Training for Building Observation, Operation and Maintenance

V E T – B O O M

Modul de curs no.6

UNIVERSITATEA TEHNICA DIN CLUJ-NAPOCA 2005

2

PROGRAMUL Leonardo da Vinci PROIECT PILOT No.HU 170003-2003 Formare Profesionala in Monitorizarea, Operarea si Intretinerea Cladirilor V E T – B O O M PARTENERI: UNIVERSITATEA DE STIINTE TEHNICE SI ECONOMICE, BUDAPESTA, promotor (HU)

COLEGIUL UNIVERSITAR VITUS BERING, HORSENS, partener (DK)

COLEGIUL UNIVERSITAR DIN DUBLIN, partener (IRL)

ASOCIATIA IMOBILIARA “INTERCISA”, partener (HU)

UNIVERSITATEA DIN TRENTO, partener (IT)

UNIVERSITATEA TEHNICA DIN CLUJ, partener (RO)

PRIMARIA MUNICIPIULUI ZALAU, partener (RO)

UNIVERSITATEA TEHNICA DIN KOŠICE, partener (SK)

ASOCIATIA IMOBILIARA STAVEBNÉ BYTOVÉ DRUŽSTVO I. KOŠICE, partener (SK)

AUTORI: UNIVERSITATEA DE STIINTE TEHNOLOGICE SI ECONOMICE DIN BUDAPESTA COORDONAREA SI MANAGEMENTUL PROIECTULUI: Prof.dr.ing.MARIANA BRUMARU UNIVERSITATEA TEHNICA CLUJ, 2005 Continutul acestui material nu reprezinta in mod necesar pozitia oficiala a Uniunii Europene

INSTALATII DE VENTILARE SI CLIMATIZARE

Modul de curs nr. 6 CUPRINS 6.1.Principalele elemente ale unei instalatii de ventilare 4

6.1.1 Clasificarea instalatiilor de ventilare 4

6.1.2 Elementele instalatiei de ventilare locala 6

6.1.3 Instalatii de ventilare generala 7

6.1.4 Instalatia de aer conditionat de inalta presiune 15

6.1.5 Racirea locala 16

6.1.6 Perdelele de aer 21

6.1.7 Ventilarea teatrelor, salilor de concert si cinematografelor 23

6.1.8 Ventilarea salilor pentru piscine 24

6.2. Moduri de distributie a aerului in incaperi 25

6.2.1 Ventilatia ca inlocuire 26

6.2.2 Ventilatia ca deplasare 27

6.2.3 Solutia zonala 30

6.2.4 Ventilatia prin amestecare 32

6.3. Elemente ale instalatiilor de ventilare si conditionarea aerului 41

6.3.1 Ventilatoare 41

6.3.2 Baterii de incalzire si racire 51

6.3.3 Recuparatoare de caldura 54

6.3.4 Filtre 58

6.3.5 Canale 60

6.3.6 Atenuatoare de zgomot 60

4

6.1.PRINCIPALELE ELEMENTE ALE UNEI INSTALATII DE VENTILARE 6.1.1. Clasificarea instalatiilor de ventilare

Rolul instalatiilor de ventilare din punctual de vedere al confortului este de a aduce aer curat, proaspat in interiorul incaperilor si a spatiilor ocupate. Ventilarea, care are ca scop principal asigurarea necesarului de aer proaspat, poate avea si alte roluri, in acest fel fiind identificate urmatoarele instalatii:

• instalatii de ventilare care asigura racirea aerului • instalatii de ventilare care asigura incalzirea aerului • instalatii de ventilare care asigura umidificarea aerului • instalatii de ventilare care asigura uscarea aerului

Instalatiile de ventilare mai pot fi clasificate in functie de diferenta de presiune dintre camera ventilata si exterior (imprejurimi). Daca nu se doreste aer infiltrat din exterior pentru aria ventilata deoarece calitatea aerului dinafara este necorespunzatoare presiunea ariei ventilate este superioara cu 20-30 Pa. Acesta este sistemul de ventilare in suprapresiune. Exemple standard pentru aceasta solutie sunt laboratoarele, incaperile destinate fabricarii de produse farmaceutice, salile de spectacole si centralele termice. Acest tip de ventilare poate fi aplicat si la restaurante pentru a preveni micile inconveniente.

Fan

Inlet air

Figura 6.1.1. Instalatia de ventilare in suprapresiune

La instalatiile de ventilare in suprapresiune, ventilatorul este instalat in canalul de aer proaspat. Instalatia de evacuare poate sa nu existe, si in acest caz aerul iese prin anvelopa cladirii. Daca calitatea aerului din spatiul ventilat poate dauna spatiilor invecinate, se poate utiliza sistemul de ventilare in depresiune. Exemple tipice: baile, wc-urile, piscinile, halele industriale, bucatariile, spalatoriile. Depresiunea spatiului ventilat este de 20-30Pa.

5

Exhaust airFan

Figura 6.1.2. Instalatia de ventilare in depresiune Daca nu exista instalatie pentru introducerea aerului proaspat, instalatia este de ventilare pentru evacuarea aerului. In instalatia de ventilare echilibrata, debitele de aer proaspat si de aer viciat sunt egale, neexistand o diferenta de presiune intre aria ventilata si exterior. Cu o mica diferenta de debit de aer, se poate optine o diferenta de presiune mica.

FanExhaust air

FanInlet air

Figura 6.1.3. Instalatia de ventilare echilibrata In functie de amplasarea echipamentelor de ventilare, instalatiile pot fi clasificate in instalatii de ventilare locala si generala. In centrala de climatizare intra urmatoarele canale (Figura 6.1.4.):

• canal de aer proaspat, cu admisia aerului din exterior; • canal de aspiratie, cu evacuarea in exterior; • canal de transport la spatiul ventilat • canal de evacuare din spatiul ventilat

6

Air handling unit

Inlet air

outlet air

Ventilated area

Fresh air Exhaust air

Figura 6.1.4. Instalatie de ventilare generala cu o centrala de climatizare Elementele principale ale centralei de ventilare sunt : filtrele, ventilatoarele, bateriile de incalzire si recire, recuperatorul de caldura si camera de umidificare. 6.1.2 Elementele instalatiei de ventilare locala Instalatia de ventilare locala se reduce de obicei la evacuare. In acest caz aerul proaspat intra in spatiul ventilat prin anvelopa cladirii sau printr-un ventilator montat in peretele exterior. Volumul de aer care intra depinde de densitatea aerului de pe anvelopa cladirii. Energia din aerul evacuat nu este recuperata. Presiunea spatiului ventilat este mai scazuta decat cea exterioara. Costurile investitiei sunt mici.

7

Figura 6.1.5. Exemplu de aplicare a ventilatiei locale cu priza de perete si ventilatoare montate in canal

Figura 6.1.6. Ventilator de perete si ventilator montat in canal

Date tehnice privind ventilatoarele de perete si fereastra si ventilatoarele pentru canal Ventilatoare mici pentru canal: Ø100mm-200mm, 100-1000m3/h, 15-100W, Ventilatoare de perete si fereastra: Ø100mm-250mm, 60-600m3/h, 15-50W 6.1.3 Instalatii de ventilare generala

Utilizarea acestui tip de instalatie este avantajoasa unde nu exista solicitare de caldura si este nevoie de o functionare continua.

8

Figura 6.1.7. Instalatie de evacuare cu ventilator de acoperis Daca este nevoie de reglare, este posibila instalarea unei clapete actionata cu electromotor, care inchide circuitul de aer cand nu este nevoie de ventilatie. In acest caz motorul electric al ventilatorului are convertor de frecventa astfel incat debitul volumic sa fie reglabil. Ventilatoare pentru ventilarea generala Ventilatorul de acoperis: Aceste tipuri de ventilatoare sunt montate la capatul canalului in zidarie sau intr-o rama de metal exterioara. Exista doua tipuri de ventilatoare de acoperis functie de directia aerului evacuat : orizontale si verticale ( Figura 6.1.8. ). Din punct de vedere acustic, tipul vertical e mai bun deoarece distributia radiala a zgomotului emis este mai mare. Marimi conventionale:

Diametru: Ø200mm-630mm, Debitul volumic de aer: 200-25000m3/h, Putere ceruta: 0.1-6kW.

9

.

Figura 6.1.8. Ventilatorul de acoperis evacuare orizontala si verticala Ventilatoare pentru ventilarea generala Ventilatoare de canal: Pentru o presiune mai mica se utilizeaza ventilatoare axiale, pentru o presiune mai mare sunt ventilatoarele radiale. Ventilatoarele axiale sunt utilizate indeosebi la instalatiile mici. Datorita faptului ca in instalatiile mari este necesara o presiune mai mare, in aceste cazuri se utilizeaza ventilatoare radiale. Pentru instalatiile mici este bine sa se utilizeze ventilatoare montate in canal deoarece nu este nevoie de o camera separata pentru ventilatie. Dezavantajele venilatoarelor montate in canal rezida din nivelul de zgomot emis in mediul exterior. Ventilatoarele de canal sunt potrivite pentru evacuare, admisie ca si pentru instalatiile de ventilare echilibrata.

Figura 6.1.9. Ventilatorul radial cu si fara cutie pentru atenuarea zgomotului

10

In Figura 6.1.9 sunt doua tipuri de ventilatoare de canal. In partea stanga este prezentat unul obisnuit, in dreapta un ventilator cu atenuator de zgomot care reduce zgomotul emis in mediul inconjurator. Marimi conventionale:

• Diametru: Ø100mm-630mm, • Debit volumic de aer: 100-10000m3/h, • Putere electrica: 0.05-2kW.

Instalatia de ventilare echilibrata cu centrala de ventilare

Exhaust airFresh air

Ventilated area

Outlet air

Inlet air

Air handling unitFan for exaust air

Faninlet air

Heatingcoil

Heat recovery Filter

Silencer

Silencer

Figura 6.1.10. Schema de baza a unei instalatii de ventilare generala. Instalatia de introducere si instalatia de evacuare sunt racordate la recuperatorul de caldura. Rolul recuperatorului de caldura este de a utiliza continutul de energie din aerul evacuat. Rolul atenuatorului de zgomot este de a reduce nivelul zgomotului din instalatie. Instalatia de incalzire cu aer cald In instalatiile de incalzire cu aer temperatura de refulare a aerului este mai ridicata decat in incapere. Puterea termica, proportionala cu diferenta de temperatura acopera pierderile de caldura ale spatiului incalzit.

11

Recirculation box


Air handling unit

Ventilated areaInlet air

Outlet air

SilencerFilterHeat recovery Heatingcoil

Faninlet air

SilencerFan for exaust air

Figura 6.1.11. Schema de baza a instalatiei de incalzire cu aer cald Schema instalatiei de incalzire cu aer cald este extinsa de o camera de amestec (Figura 6.1.11). Scopul camerei de amestec este de a asigura flexibilitate instalatiei.Temperatura aerului refulat este cu 15-30°C mai mare decat cea a camerei incalzite . Instalatia de racire cu aer Instalatia de racire cu aer este asemanatoare cu cea de incalzire cu aer. Agentul de racire este apa racita. Daca temperatura suprafetei bateriei de racire este mai mica decat temperatura de roua, care depinde de temperatura ambientala si de umiditatea relativa, pe suprafata va apare condensul ( de exemplu t=20°C, RH=50% →tpunctului de roua=9.3°C ). In acest caz in afara de indepartarea caldurii din aer e indepartata si caldura latenta si continutul de umiditate al aerului la intrare devine de asemenea mai scazut. Daca temperatura suprafatei bateriei de racire scade sub zero, apa ingheata pe suprafata lucru care trebuie evitat.

12


Outlet air

Silencer

Air handling unit


Heat recovery Recirculation box

Heatingcoil

Filter Faninlet air

Silencer

Fan for exaust air

Coolingcoil

Figura 6.1.12. Schema de baza a instalatiei de racire cu aer De obicei temperatura aerului refulat in incapere este mai mica cu 5-10°C decat temperatura acesteia. Dezumidificarea aerului Scopul dezumidificarii aerului este de a mentine umiditatea relativa si continutul de umiditate interioara sub nivelul cerut. Prin acest proces, continutul apei din aer se reduce. Instalatii centralizate:


Fan for exaust air

Air handling unit


Outlet air

SilencerFaninlet air

FilterCoolingcoil

Heatingcoil

Recirculation box

Heat recovery

Silencer

Figura 6.1.13. Schema instalatiei de ventilare cu dezumidificarea aerului

13

Instalatia de ventilare cu dezumidificarea aerului Daca este necesara doar dezumidificarea si nu este necesar aport de aer proaspat, se poate utiliza schema urmatoare (Figura 6.1.14)


Outlet air


Air handling unit

SilencerFaninlet air

FilterHeatingcoil

Coolingcoil

Figura 6.1.14. Instalatia de ventilare cu dezumidificare fara aport de aer proaspat. Instalatia de dezumidificare a aerului Dezumidificarea locala a aerului. Instalatia de dezumidificare locala a aerului are o structura similara cu dezumidificarea centrala fara aport de aer proaspat. Dar echipamentul contine intr-o carcasa toate elementele necesare inclusiv pentru incalzire si racire.

Figura 6.1.15. Dezumidificatorul individual de aer si principalele sale aplicatii

14

Figura 6.1.16. Schema dezumidificatorului individual de aer fara aport de aer proaspat

Instalatia de climatizare Aerul conditionat inseamna reglarea temperaturii si a umiditatii. Toti parametrii pot sa fie stabiliti.

Heatingcoil (after heating)

Humidifyer


Outlet air


Air handling unit


Heat recovery Recirculation box

Coolingcoil

Heatingcoil

Filter Faninlet air

Silencer

Figura 6.1.17. Centrala de climatizare Elementul suplimentar pentru tratarea aerului este instalatia de umidificare. Poate fi: Generatorul de abur: este format dintr-un rezervor de apa care este conectat la canalul de aer. Bateriile de temperatura ridicata sau energia electrica sau gazele de

15

ardere incalzesc apa din rezervor. Apa din rezervor se evapora si aburul este directionat spre curentul de aer care trece deasupra rezervorului. Jetul de abur: Aburul produs de o sursa externa pozitionata aproape de centrala este injectat in aer. Spalatorul de aer: Este alcatuit dintr-o camera care contine o instalatie de pulverizare a apei, un rezervor de colectare si o sectiune pentru evacuare. Deoarece umiditatea relativa nu influenteaza asa de mult confortul termic cit temperatura mediului ambiant si deoarece toate problemele legate de instalatia pentru umidificarea aerului de mai sus nu se regasesc prea des in zona confortului, doar in unele situatii din ventilatiile industriale este necesar aerul umed (de exemplu in industria electrica), pentru umidificarea aerului in situatiile curente se utilizeaza centrala de ventilare. 6.1.4 Instalatia de aer conditionat de inalta presiune Principalele caracteristici ale unei instalatii de inalta presiune sunt urmatoarele: Viteza mare de miscare a aerului in conducta (15-50 m/s). La viteza mare pierderea de presiune pe canal va fi de asemenea mare, presiunea produsa de ventilator este si ea mare (1 000-3 000 Pa) ; Diferenta de temperatura mai mare intre temperatura camerei si temperatura aerului din canal (10-30 °C) ; Tipuri speciale de difuzoare de aer care nu produc zgomot la viteza mare. In instalatiile cu viteza mare, sectiunea ramificatiilor perpenduculare a canalelor este de doar 10-20% fata de instalatiile obisnuite. Canalele pentru instalatiile de inalta presiune pot fi fixate in pereti, pardoseli si in tavane. Viteza in canalele principale este de 20-50m/s, iar in canalele secundare de 10-25m/s. In instalatia de ventilare de inalta presiune se poate aplica sistemul cu una sau doua canale. Instalatia cu un canal Aceasta este similara cu instalatia de climatizare.

Figura 6.1.18. Schema instalatiei de inalta presiune cu un canal si mai multe zone (1-filtru, 2-baterie de incalzire, 3- umidificator, 4-baterie de racire, 5-ventilator, 6-

baterie de racire/reincalzire, 7-difuzoare, 8-aer recirculat, 9-aer proaspat, 10-canal de aspiratie )

16

La instalatiile de inalta presiune unde se aplica solutia cu un canal, se mareste viteza de la 5m/s (viteza instalatiei la presiune joasa) la 20m/s, diferenta dintre temperatura aerului refulat si temperatura camerei, de la 5°C la 20°C, astfel incat sectiunea ramificatiei este redusa la 10 – 15 % fata de sectiunea la instalatia de joasa presiune. Instalatia cu doua canale. Pentru a obtine o instalatie cat mai flexibila este recomandata aplicarea sistemului cu doua canale. Instalatia de inalta presiune cu doua canale este adecvata acolo unde este necesara racirea si incalzirea in acelasi timp. Aerul este separat in doua parti in centrala de aer. O parte din aer trece prin bateria de incalzire iar cealalta prin bateria de racire. Aceste doua feluri de aer circula prin cele doua canale.

Figura 6.1.19. Repartizarea aerului pentru instalatia de una si de doua canale 1-senzorul de temperatura, 2-canalul de aer rece, 3-regulatorul de debit pentru aer,

4- canalul de aer cald

6.1.5 Racirea locala Sistemul split In sistemele de racire locala, sarcina de racire este preluata de un echipament local care e situat in spatiul unde racirea e necesara. In instalatiile tip split exista un circuit inchis de racire. Aceasta instalatie poate fi inversata, adica echipamentul interior este capabil sa incalzeasca.

17

Cooling media(vapour)

Fan

Evaporator

Orifice(pressure reducer)

Compressor

Cooling media(liquid)

Condenser

Fan

Figura 6.1. 20. Aparatul de fereastra

Figura 6.1.21. Componentele sistemului: Aparat de fereastra (echipamentele interne

si externe sunt introduse intr-o singura cutie) si unitate interna si unitate externa) In functie de numarul de unitati interne conectate la cele externe se pot distinge sisteme monosplit si sisteme multisplit. In primul caz fiecare unitate interna este conectata la o unitate externa. Distanta dintre unitatea interna si externa este limitata. Intr-un aparat de fereastra, partile interne si externe se afla intr-un singur corp (Fig. 61.20, 6.1.21.) si asa cum precizeaza si numele, aparatul de fereastra se monteaza in partea de sus a ferestrei. Avantajul e instalarea si manevrarea simpla.

18

FanCondenser

Cooling media(liquid)Compressor

External unit

Internal unit(side wall type)

Orifice(pressure reducer)

Evaporator

Fan

Cooling media(vapour)

Figura 6.1.1. Sistemul split cu o unitate interna si o unitate externa Pentru eliminarea dezavantajelor aparatului de fereastra, compresorul si condensatorul sunt situate intr-o unitate separata – unitatea externa. Unitatea interna se amplaseaza sub fereastra, pe peretele lateral sau in tavanul fals .

Figura 6.1.23. Sistemul split cu unitatea interna montata in tavanul fals sau sub fereastra

Marimea uzuala a unitatii interne pentru tavanul fals este de 600x600 mm. Inaltimea necesara este de 300mm. Acest tip de unitate este echipat pentru aport de aer proaspat (Fig 6.1.23.). O unitate interna poate deservi mai multe camere prin sistemul split cu tubulatura.

19

Figura 6.1.24. Sistemul split cu tubulatura

Instalatia de racire locala – ventiloconvectorul Capacitatea necesara de racire si de incalzire este transferata in ventiloconvector prin apa racita sau incalzita care are o capacitate mai buna de trasfer ca si aerul. Debitul de apa si temperatura de racire este de exemplu 7/12°C si pentru incalzire de 80/60°C. Exista urmatoarele racorduri: La conductele de racire La conductele de incalzire Alimentarea cu aer proaspat Legatura cu canal pentru eliminarea condensului Energie electrica pentru ventilator si reglaj. Daca nu exista racord la apa calda echipamentul sefoloseste doarpentru racire. Mai exista si cazul cand aerul proaspat nu este cerut.

Figura 6.1.25. Racitorul de apa(chillerul) si modulul hidraulic

Fan

Condenser

Cooling media(Fluid)

Compressor

Orifice (pressure reducer)

Heat exhanger Evaporator

Cooling media (vapour)

Water chillier module

Hydraulic module

Buffer tank

Safety valvePump

Chilled water Main flow (7ºC)

Chilled water Main return (12°C)

Closed expansion tank

20

Figura 6.1. 26.Ventiloconvectorul montat vertical (de perete) , sau orizontal (de tavan)

Diferenta intre ventiloconvectorul montat vertical si cel montat orizontal (Fig. 6.1.26.) este ca ultimele nu sunt echipate cu racord de aer proaspat. Prin modificari minore asupra carcasei, aparatele de perete sau de tavan pot fi utilizate si montate in tavanul fals: ventiloconvector cu canale de aer. In acest caz aparatul va avea atasata un canal cu o cutie distribuitoare si colectoare pentru instalarea canalelor de introducerea si evacuarea aerului (Fig. 6.1.27.).

Figura 6.1.27. Ventiloconvectorul cu cutii distribuitoare si colectoare

21

Fig. 6.1. 2.

Figura 6.1.29. Ventiloconvector amplasat in tavanul fals ( Inaltime 30cm) 6.1.6 Perdelele de aer Perdelele de aer sunt dispozitive de ventilare locala folosite la cladirile publice si industriale pentru a reduce curentii de aer prin deschiderile din peretii exteriori ai constructiilor. Operatia se bazeaza pe efectul de amortizare a jeturilor de aer la suprafata deschiderilor. In cazul perdelelor de aer nu este necesar ca deschiderile sa fie inchise. Avantajele perdelelor de aer sunt: Imbunatatirea conditiilor de munca in apropierea deschiderilor libere Reducerea consumului de caldura (racire) si a energiei electrice pentru incalzirea/racirea cladirilor Reducerea pierderilor de caldura in cladiri prin folosirea aerului cald din zona superioara a incaperii Reducerea suprafetei inutilizabile din apropierea portilor, datorita admisiei de aer exterior in cladire Perdelele de aer traditionale, care folosesc doar aerul interior incalzit in incalzitoarele perdelelor, nu sunt intotdeauna economice (datorita consumului considerabil de energie termica). Reducerea consumului de caldura este realizata de perdele prin utilizarea aerului interior si exterior neincalzit. si prin combinarea de aer mixte, care

22

incalzesc doar aerul proaspat. Perdelele de aer care utilizeaza aer neincalzit economisesc 30-70% din energia termica. Conform modelului aerodinamic se disting urmatoarele tipuri de perdele: Perdele de aer cu aer interior neincalzit Perdele de aer cu aer interior incalzit Perdele de aer mixte cu aer interior Aceste tipuri de perdele sunt intotdeauna instalate in deschiderile exterioare ale portilor incaperilor incalzite, ca si in camerele neincalzite unde temperatura standard trebuie mentinuta in spatiul de lucru. Sunt proiectate pentru prevenirea patrunderii aerului exterior in perioada rece a anului. Cele pentru incaperile racite sunt proiectate pentru impiedicarea intrarii aerului cald din exterior.

2

1

3

4 4

3

1

2

Figura 6.1.30. Perdea de aer cu aer interior neincalzit, cu dublu jet orizontal (1.grila de admisie, 2.ventilator, 3.canal de aer , 4.difuzoare de refulare)

2 1 3 4

43

1

2

5 6 Figura 6.1.31. Perdea de aer cu aer interior neincalzit cu refulare veticala (1. grila de admisie, 2.ventilator, 3.canal de aer , 4.difuzoare de refulare, 5.difuzoare de refulare

montate in pardoseala, 6.spatiu in pardoseala pentru canalul de aer)

23

Figura 6.1. 32. Perdea de aer mixta cu aer interior 6.1.7 Ventilarea teatrelor, salilor de concert si cinematografelor

Ventillation roomAir handling unit

Ventillated areaInlets

Outlets

Fresh air Exhaust air

Figura 6.1.33. Prepararea si distributia aerului in teatre, cinematografe si sali de concert

24

6.1.8 Ventilarea salilor pentru piscine

Figura 6.1.34. Sistemul de ventilare pentru salile piscinelor Parametrii proiectati ai piscinelor sunt: Temperatura ambientala 28-30°C Temperatura apei 25-27°C Umiditatea relativa in interior pe timp de iarna: max 65%, pe timp de vara : max 70% Temperatura aerului refulat pe timp de iarna: max 40-45°C La intrarea in sala, in fata bazinului, exista un spatiu adecvat Refularea aerului in interior se face pe la partea superioara a salii. Gurile de evacuare sunt amplasate in zona tavanului. Toate elementele sistemului de ventilare sunt facute din otel inoxidabil sau aluminiu pentru a se evita corodarea acestora. Canalele amplasate in exterior vor fi izolate, pentru evitarea fenomenului de condensare in interiorul canalului. Toate problemele privind umiditatea la evacuare trebuie luate in considerare.

25

6.2. MODURI DE DISTRIBUTIE A AERULUI IN INCAPERI

Clasificarea de mai jos nu este facuta cu scopul de a opta pentru o solutie in defavoarea celeilalte. Fiecare are avantaje si dezavantaje si este la latitudinea proiectantilor de a selecta cea mai potrivita solutie pentru fiecare caz in parte. In practica, pentru un anumit tip de incapere, solutia de climatizare poate fi aleasa folosind diferite tipuri de instalatii si echipamente pentru introducerea aerului. In cazurile concrete, realizarea parametrilor instalatiei nu depinde doar de instalatia propriu-zisa ci si de parametrii de functionare si in aceeasi masura si de caracteristicile altor surse interne care influenteaza modul de introducere al aerului, cum ar fi sursele de caldura si de noxe, curentii de aer rece si modurile de incalzire si racire a incaperii. De aceea este important a separa solutiile ideale de cele concrete in ceea ce priveste aerul conditionat din incaperi. O clarificare a solutiei ideale va ajuta la evaluarea metodelor de distributie a aerului in incapere, pentru diferite conditii de expoatare. Modul de distributie a aerului in incapere este prezentat printr-o schema de principiu care descrie temperatura propusa, umiditatea si distributia noxelor precum si evacuarea aerului din incaperea ventilata. Sistemul de ventilare al incaperii poate consta in diferite procedee de functionare si controlul asupra lor, creand un sistem performant. Performanta sistemului este evaluata comparand performante atinse aferente solutiei alese. Ambele metode (distributia aerului in incapere, evacuarea, incalzirea si racirea incaperii, etc.), procesele si factorii perturbatori din interiorul incaperiii influenteaza conditiile rezultante.

Figura6.2.1 Moduri de distributie a aerului

26

6.2.1 Ventilatia ca inlocuire Ventilatia ca inlocuire in plus poate fi divizata in submetodele: deplasare termica, inlocuirea tip piston si inlocuirea prin amestec. Motivul aceastei clasificari este din cauza termenului ”inlocuire”folosit de obicei pentru metoda de distributie a aerului in incaperi in care fluxul de aer introdus in incapere este mai intai ridicat prin intermediul surselor de caldura din interiorul camerei si nu de debitul de aer proaspat care este introdus pentru a inlocui aerul evacuat. Ideea principala inabordarea ventilatiei ca inlocuire este urmatoarea: in intreaga suprafata, aerul introdus intra cu o viteza mica si energie potentiala scazuta. Suprafata de intrare poate fi o parte sau intreaga suprafata a tavanului sau suprafata pardoselii.Viteza de intrare variaza intre 0.1-0.5m/s.Chiar daca introducerea aerului se face in spatii ocupate, aceasta nu are influente negative asupra corpului uman. Aerul uzat nu se amesteca cu aerul proaspat. Ventilatia ca inlocuire 1/3 Distributia in camera rezulta prin efectul de piston (curgere unidirectionala a aerului). Efectul cel mai inalt poate fi atins prin solutia pistonului. Concentratia contaminantilor, temperatura sau umiditatea, si eficienta locala sunt in functie de locatie si de puterea surselor in relatie cu orificiile de admisie si evacuare. Cand exista surse de noxe uniform distribuite, contaminantul, concentratia si temperatura variaza liniar intre gurile de aspirare si de evacuare situate in capetele opuse ale camerei. Daca exista surse locale, concentratia inafara curentului este foarte scazuta. Avantajele acestei solutii constau in urmatoarele:intregul aer evacuat poate fi controlat, zonele dinafara curentului pot fi pastrata curate, contaminantul mare poate fi inlaturat si temperature efectiva poate fi atinsa.Dezavantajele sunt nevoia unui debit de aer proaspat mai mare si de suprafete mai mari pentru aer proaspat. Criteriul de proiectare la utilizarea solutiei pistonului este de a infrange toti curentii de aer opusi directiei aerului evacuat creat in camera. Volumele de aer proaspat pentru miscarea aerului pe o singura directie este de cateva ori mai mare (10-100) decat in cazul incaperilor ventilate in mod conventional. De aceea cheltuielile de investitie si exploatare sunt mult mai mari. Din aceasta cauza este de obicei folosit numai in aplicatiile in care este nevoie, cum ar fi camerele curate din industria semiconductorilor.

Figura 6.2.2.Exemple de metode de distributie a aerului pentru solutia pistonului (piston orizontal si vertical)

27

Metoda curgerii unidirectionale a aerului este folosita cand se cere o concentratie mica de particule sau bacterii. Aceasta curgere este pe o singura directie, deobicei orizontala sau verticala, la o viteza uniforma cuprinsa intre 0.3 si 0.45m/s si in intreg spatiul. Viteza aerului sugerata este suficienta pentru a misca particule relativ mari inainte ca acestea sa se aseze pe suprafete. Curgerea aerului pe o directie este corect definita in prin viteza aerului si s-a descoperit ca gradul de curatenie al unei camere ventilata unidirectional este direct proportionala cu viteza aerului. Schimbul de aer in unitatea de timp este asociat cu volumul camerei care in general nu are nici un efect asupra performantei sistemului.

Fan Fan

HEPA filter ceiling

Return plenium

Supply plenium

Figura 6.2 3. Exemple ale solutiei pistonului pe directia verticala de circulatie (aplicate in industria microcipurilor)

Ceea ce se vede in figura 6.2.3 este un exemplu tipic de evacuare pe verticala a unei camere curate. Aerul este preluat printr-o baterie de filtre de inalta eficienta montate in tavan curge vertical prin camera si este evacuat printr-o grila montata in pardoseala. Aerul va iesi prin intreaga suprafata a pardoselii. Aerul evacuat va fi recirculat, amestecat cu o cantitate de aer proaspat si introdus in camera prin filtre de inalta eficienta inalta amplasate in tavanul camerei. Majoritatea camerelor curate ventilate unidirectional sunt construite pe verticala astfel incat particulele generate in camera vor fi repede evacuate afara prin pardoseala. 6.2.2 Ventilatia ca deplasare O distributie a temperaturii si a noxelor relativ uniforma in intreaga incapere este atinsa atit prin stratificare cat si prin utilizarea solutiei pistonului.Fortele de deplasare in cazul celor doua solutii sunt, complet diferite si distributia parametrilor este diferita si ea. Grafice tip pentru distributia verticala a temperaturii si noxelor sunt prezentate in figura 6.2.4. In timp ce in cazul solutiei pistonului curgerea uniforma de exemplu este creata de aerul introdus, in stratificare aceasta este creata numai de diferentele de densitate din interiorul camerei, adica evacuarea aerului din camera este controlata de fortele gravitationale.

28

Ca urmare, inlaturarea noxelor si eficienta temperaturii sunt mult mai ieftine decat in cazul utilizarii solutiei pistonului.

Figura 6.2.3. Temperatura pe verticala si distributia noxelor la ventilatia ca deplasare,

(To - temperatura aerului la intrare , T – temperature la nivelul pardoselii, TR – temperature camerei, Co si CR -concentratia noxelor din aer la intrare si in incapere

mai sus de inaltimea zonei stratificate, Yst -este inaltimea zonei stratificate.) Avantajele solutiei deplasarii sunt: concentratie joasa in zona ventilata, retinerea relativ mare a noxelor si eficienta termica poate fi atinsa.Oricum,solutia stratificarii este sensibila la turbulente si sunt posibile suprafete stagnante cu o concentratie locala mare.De asemenea functioneaza corespunzator numai cand conditiile sunt favorabile.

Figura 6.2.5 Un exemplu de ventilatie ca deplasare. In cadrul solutiei ventilatiei ca deplasare, aerul introdus este folosit pentru a inlocui aerul evacuat din zona ventilata (in cele mai multe cazuri ocupata), pentru a preveni circulatia de exemplu intre zone.Aerul introdus trebuie distribuit in asa masura incat sa nu fie deranjata miscarea ascensionala a aerului.

29

Gurile de evacuare trebuie sa fie situate mai jos in scopul a evita curentii inversi din camera. Locatia surselor contaminante si a surselor de caldura care cauzeaza diferente de densitate trebuie sa fie aceleasi pentru a evacua contaminantul cu densitate egala sau mai mare decat a aerului. Stratificarea este o solutie esentiala pentru o ventilare eficienta a incaperilor, cu mult mai putin efort decat folosind solutia pistonului. O aplicabilitate esentiala in ventilarea incaperilor este metoda deplasarii termice. Oricum,ea poate fi de asemenea aplicata pentru contaminanti fara vreo sursa termica, care genereaza densitate diferita fata de aerul din camera. Oricum, datorita naturii sale fizice, aerul de ventilare avand o foarte mica autoritate asupra camerei ventilate, dincolo de debitul de aer din incapere, solutia stratificarii depinde foarte mult de stabilitatea diferentelor de densitate si a echilibrului debitului de aer si de aceea este foarte sensibila la turbulentele din camera.

Figura 6.2.6.Plasarea difuzoarelor si a gurilor de refulare a aerului pentru ventilatia ca deplasare (marginea peretelui, coltul incaperii in interiorul incaperii si difuzorul cu

palete rotative) In ventilatia ca deplasare sistemele de introducere a aerului sunt intotdeauna plasate in zone ocupate, astfel incat este garantat cel mai mic nivel de noxe pentru ocupanti. Solutia ventilatiei ca deplasare poate fi aplicata in sali de clase, cinematografe, teatre si in toate suprafetele care necesita un anumit grad de confort unde inaltimea este peste 3m.

30

Figura 6.2.7 Guri de refulare pentru ventilatia ca deplasare ( perete, coltul peretelui,

in incapere) Aceasta solutie de ventilare este indicata in spatii ocupate unde exista surse de caldura interna si externa, dar nu este utilizata pentru incalzirea aerului.

Figura 6.2.8. Efectul fortei ascensionale datorat incalzirii aerului In acest caz, aerul refulat se directioneaza in sus, nu se dezvolta nici o stratificare. Aerul admis paraseste in mod direct incaperea. Rata de ventilare este intotdeauna mai mare decat se cere in mod normal pentru ocupanti. Ventilatia ca deplasare nu este convenabila pentru indepartarea particulelor mai grele decat aerul (ex. fumul rece)

31

6.2.3. Solutia zonala Ideea impartirii zonale a aerului climatizat este de a avea controlul asupra unei anumite suprafete sau volum al incaperii, in timp ce restului incaperii ii este acordata mai putina atentie. In majoritatea cazurilor sunt oportune si utilizate si acumularea de caldura, concentratia sau umiditatea din afara zonei controlate. Curentii de aer din incapere sunt controlati atat prin jeturile de aer introduse cat si de fortele ascensionale generate de temperatura. Eficacitatea ventilarii (temperatura, eliminarea noxelor, umiditatea) utilizand modul de climatizare pe zone are ca scop alegerea solutiei de climatizare dintre cea cu amestecare si cea cu stratificare. Oricum, eficienta este puternic influentata de metodele folosite si de conditiile de exploatare. Concentratia si temperatura sunt mai omogen distribuite utilizand solutia cu zone controlate decat utilizand solutia cu stratificare. Impartirea pe zone poate fi atat verticala cat si orizontala. Zonarea verticala este tipica incaperilor inalte, cand aerul introdus este distribuit aproape de zona ocupata la nivelul pardoselii iar gurile de evacuare sunt situate aproape de tavan. Zonarea orizontala poate fi aplicata, de exemplu, utilizand aer sau perdele de aer mobile (plastic) cu scopul de a imparti spatiul incaperii in diferite sectoare. In aceste sectoare este posibil sa se aplice in continuare diferite solutii semi-independente in directia verticala. Solutia zonala ofera o mai buna indepartare a noxelor si o mai buna eficienta termica decat solutia prin amestec, reglare limitata a modului de curgere in zona ventilata si capacitatea de a evita formarea de zone stagnante cu concentratii locale mari in zona ventilata. Oricum, amestecul partial al noxelor in zona ventilata scade eficienta ventilarii. Fiecare solutie are propriul sau criteriu de proiectare, dar ce este comun la majoritatea solutiilor este ca debitul de aer este localizat aproape sau in interiorul zonei controlate si gurile de evacuare sunt localizate in interiorul zonei necontrolate. Amplasarea si puterea fortelor ascensionale genarate de temperatura impreuna cu debitele jeturilor de aer au o mare influenta asupra acumularii de caldura, asupra noxelor si asupra umiditatii din incapere . O gama variata de solutii poate fi utilizata pentru impartirea pe zone, cum ar fi jeturile inclinate, jeturile reci orizontale, jeturile verticale, jeturile la nivelul pardoselii, canalele cu ajutaj si la miscarea turbionara. Cheia elementelor curgerii in solutia zonala o constituie alimentarea utilizand jeturi de aer, generarea fortelor ascensionale, plutirea aerului de-a lungul suprafetei si amestecul in regim turbulent dintre zonele controlate si cele necontrolate, ca in fig. 6.2.9.

32

Figura 6.2.9.Exemplu de solutie zonala (T-temperatura incaperii,C-concentratia noxelor aerului din incapere, SU-introducere, EX-evacuare)

Aceste elemente de curgere au o importanta semnificativa asupra eficientei sistemului. Exista patru idei principale in atingerea conditiilor omogene in zona controlata si obtinerea unei eficiente mari de incalzire si de indepartare a noxelor: Aerul introdus este distribuit omogen in zona controlata. Impulsul jeturilor este suficient de mare pentru a asigura conditii omogene, dar de asemenea suficient de scazut pentru a evita amestecarea in regim turbulent in intreaga incapere. Aceasta inseamna ca de obicei numarul gurilor de refulare este ridicat. Efectul impulsului asupra zonei interioare este suficient de mare pentru ca aerul refulat sa aiba forma impusa. Penetrarea depinde de noxele care plutesc in raport cu forma aerului refulat. Rata de aer introdus in relatie cu rata de aer evacuat din zona necontrolata este suficient de scazuta pentru a evita o nedorita reintoarcere de la zona necontrolata la cea controlata. Ar trebui evitate perturbarile de curgere in zona de granita datorita nedoritei reintoarceri a curentului de aer din zona necontrolata in cea controlata. Acumularea de caldura, de noxe si de umiditate sunt de obicei verticale in incapere, dar impartirea pe orizontala este de asemenea posibila. Aceleasi idei ar trebui urmate in principiu si in acele cazuri. 6.2.4. Ventilatia prin amestecare Scopul solutiei de ventilare cu amestec este de a asigura conditii uniforme in intreaga incapere ventilata. Indepartarea noxelor si eficienta temperaturii in solutia cu amestecare sunt egale cu 1. In practica instalatiilor, amestecul incomplet in incapere si gradientul de temperatura nefavorabil si locatia gurilor de evacuare impreuna cu aerul introdus, pot cauza scurt-circuite ale aerului introdus spre gurile de evacuare si eficienta poate scadea. Folosind solutia cu amestec, in timpul perioadei de incalzire se pot evita zonele

33

stagnante cu concentratie locala ridicata si gradient de temperatura nefavorabil.In acelasi timp, are loc scaderea concentratilor noxelor si a eficientei temperaturii si viteza mare a aerului poate cauza curenti de aer. Jeturile de aer sunt folosite pentru a crea o miscare a aerului suficienta in interiorul incaperii pentru a circula si a amesteca intregul volum de aer din incapere. Aceasta solutie este adeseori denumita ventilatie prin dilutie, deoarece noxele create in interiorul incaperii sunt amestecate cu volumul de aer din intreaga incapere, rezultand o concentratie locala redusa de impuritati. Curentii de aer ai incaperii sunt in special controlati de aerul refulat sau/si circulatia jeturilor de aer, folosind, de exemplu, jeturi concentrate, introducerea aerului prin tavan, sau ajutaje de refulare cu impuls mare. Oricum, folosirea altor metode de distributie a aerului in incapere impreuna cu anumite tipuri de evacuare, incalzire si raciere, va conduce de asemenea (intentionat sau neintentionat) la aplicarea solutiei de climatizare prin amestec. Jeturi de aer tangentiale.Gurile de refulare sunt plasate pe marginea peretelui, pe tavan sau sub fereastra.Viteza de admisie este mare, aceasta este forta conducatoare a dezvoltarii zonelor de amestec primare si secundare. Nivelul de amestec din incapere este ridicat. Aceasta inseamna distributie uniforma a temperaturii si noxelor. Admisia aerului prin ventiloconvectoare de pardoseala. Ventiloconvectorul este amplasat sub fereastra. El introduce aer in incapere in pozitia verticala. Jetul de aer format aspira aer din incapere prin bateria de incalzire si de racire. Depinde care dintre baterii este in functiune.

Primary air supply

Mixed Air

Recircualting room's air

Outlet

Heating coil

Air jet

Cooling coil

Figura 6.2.10. Introducerea aerului prin ventiloconvectoare de pardoseala Aerul amestecat urca, apoi circula orizontal sub tavan. Exista o continua amestecare intre aerul din camera si aerul proaspat.Numai amestecul secundar al aerului ajunge in zona principala.

34

Datorita eficientei amestecului, diferenta de temperatura in/dintre temperatura ambianta si temperatura aerului admis de la ventiloconvector poate fi chiar 10 -15°C.Acest tip de sistem de distributie este folosit in birouri, camere de sedinte, magazine si in toate spatiile care au inaltimea sub 3m.

Figura 6.2.11. Ventiloconvector de pardoseala Difuzia aerului bazata pe efectul Coanda. Cand aerul este introdus parallel cu o margine (ex. un tavan), apare o presiune negativa intre jetul de aer si tavan, cauzand “infigerea”jetului in tavan, efect cunoscut sub numele de efectul Coanda. Acest efect este de o mare importanta, in mod special la introducerea de aer rece. Pentru a atinge cel mai mare efect Coanda posibil, aerul trebuie sa fie introdus in mici cantitati pe fiecare unitate, cu cea mai larga raspandire posibila pe tavan si cea mai mare viteza posibila. Efectul dispare complet la viteza mai mica de 0.35m/s. Ventiloconvectorul pentru aer conditionat de acest tip este instalat in capatul incaperii. Aerul este filtrat apoi incalzit sau racit printr-o baterie de schimb de caldura avand ca agent termic apa calda sau racita si impinsa in incapere prin mai multe guri de refulare orientabile.

35

Figura 6.2.12.Ventiloconvector de tavan cu difuzia aerului bazata pe efectul Coanda

(1.Guri orientabile de refulare a aerului, 2.Grila de intoarcere a aerului cu filtru de aer,3.Panou inferior,4.Cutie pentru conexiuni electrice,5.Baterie de schimb termic,

6.Tava de colectare a condensului,7.Regulator) Caseta Coanda rezolva problemele de calitate a aerului din incapere printr-o abordare tip confort prin imbunatatirea difuziei aerului si minimizarea puterii consumate. Intregul sistem de difuzie a aerului este inclus in panoul de intrare/iesire, fara canale sau grilaje suplimentare. Pentru a imbunatati difuzia aerului, este folosit un ajutaj cu un coeficient de admisie mare, astfel incat aerul din incapere sa fie aspirat datorita aerului insuflat. Aceasta opreste directionarea aerului in tavan prin efectul Coanda, evitand curentii de aer spre suprafata ocupata a incaperii. Aparatele tip Coanda sunt create pentru birouri cu lungimea intre 5 si 6 metri. Guri de refulare si de evacuare amplasate pe perete. In cazul unor guri de refulare si evacuare amplasate pe perete, nivelul de amestec al aerului in zona ocupata este ridicat. Problema principala in proiectarea sistemului de amestec consta in a nu avea scurt-circuite de aer. Ceea ce inseamna ca tot aerul paraseste zona ventilata fara a se amesteca cu aerul din incapere. O alta dificultate este dezvoltarea zonelor de stagnare locala in care aerul sa nu se amestece cu cel intrat. Este mult mai periculos cand zona stagnanta se formeaza in zone rezidentiale.In zonele stagnante aerul este mult mai impurificat. O posibila solutie de amplasare a gurilor de refulare si evacuare poate fi observata in figura 6.2.13.Nivelul maxim al sarcinii termice al acestui tip de distributie a aerului este mai mic de 80 W/m2 si rata maxima de schimb de aer este de 8 1/h. Aceste modele de distributie a aerului sunt dependente de aporturile de caldura. Sarcina termica determina schimbari ale pozitiei zonelor stagnante. De exemplu, in cazul gurilor de refulare si evacuare plasate pe aceeasi parte a peretelui, viteza de intrare fiind prea scazuta, o sarcina termica mai ridicata va intoarce curentii de aer in gura de evacuare.

36

Figura 6.2.4. Modul de amplasare a gurilor de introducere si evacuare pe pereti

Figura 6.2.5. Tipuri de difuzoare de aer pentru montaj pe perete

Figura 6.2.6. Tipuri de difuzoare de perete cu montare pe canalele de aer

37

Figura 6.2.16. Difuzor de tavan cu directie de refulare reglabila, instalat la capatul canalului.

Tipuri de difuzoare de aer de tavan. In cazul unor difuzoare de tavan directia aerului refulat depinde de diferenta dintre temperatura din camera si cea de intrare. In timpul iernii, cand temperatura aerului intrat este mai ridicata decat temperatura din interior,curentul de aer se intoarce pararel cu suprafata tavanului si prin incalzirea peretelui se deplaseaza in jos. In acest caz cel mai bun loc pentru amplasarea gurilor de evacuare este suprafata pardoselii. Al doilea curent de aer se formeaza independent de primul curent de aer. Datorita nivelului inalt de amestec, viteza in zona rezidentiala este relativ joasa. De asemenea unul dintre cele mai critice consideratii de proiectare este pericolul unui scurt-circuit intre gurile de aspirare si cele de refulare. Acest tip de ventilare cu amestecare este relativ neafectat de influente exterioare si poate fi folosit si pentru incalzire si pentru racire. Aerul incalzit este mai usor decat aerul din camera, fiind necesara mult mai multa energie pentru a forta acest aer sa coboare in zona ocupata. Aceasta inseamna ca viteza necesara pentru aerul creste odata cu inaltimea incaperii si cu cresterea temperaturii pentru incalzire. Daca exista un tavan inalt in mod normal este necesar sa se sufle aerul vertical in jos. Aerul rece mai greu refulat prin tavan poate conduce la viteza excesiva a aerului in zona ocupata daca incarcarea termica este mare. Radiatia de la unitati (in mod normal orizontala) si fluxul convectiv de la sursele de caldura (oameni, lumini, masini) implica o viteza in zona ocupata care (in plus fata de viteza de refulare a unitatii) depinde de sarcina termica transferata pe unitate de suprafata(W/m2) in unitatile individuale de distributie si de modelul de difuzie a unitatilor. Introducerea de aer cald si rece prin aceste unitati din tavan nu poate in mod normal respecta cerintele in termenii gradientului de temperatura, eficienta ventilatiei si viteza in zona ocupata in acelasi timp. Solutia la aceasta problema poate fi folosirea unitatilor actionate electric care pot schimba modul de introducere a aerului. O alta optiune este de a dimensiona unitatile pentru a se potrivi situatiei de racire si apoi indreptarea jeturilor auxiliare adaugate intr-o directie verticala cand este introdus aerul cald.

38

Outlet

Ceiling diffuserCircular ductSuspended ceiling

Figura 6.2.17 Distributia aerului prin guri de refulare de tavan si guri de evacuare la

nivelul pardoselii. Acest tip de distributie a aerului este adesea folosit in birouri, Sali de sedinte si in toate locurile in care plafonul camerei este jos. Distributia aerului bazata pe difuzoare rotative. Ventilarea prin amestec include sisteme de distributie bazata pe guri de refulare rotative, implicand introducerea aerului la viteza relativ mare in afara zonei ocupate (in general de la tavan sau perete). Viteza mare a aerului refulat inseamna ca o mare parte a aerului din incapere circula la randul lui. Viteza aerului refulat ar trebui sa fie suficient de mare pentru a asigura amestecarea efectiva, dar destul de joasa incat sa asigure ca viteza aerului a scazut la nivelul cerut cand a ajuns in zona ocupata.Aceasta implica mari cerinte asupra eficientei vitezei aerului refulat si a capacitatii de amestecare a unitatea utilizate. Crescand viteza aerului refulat se ajunge la o crestere corespunzatoare a nivelului zgomotului. Astfel, cerintele pentru un nivel scazut al zgomotului tind sa restrictioneze eficienta echipamentelor de ventilatie. Temperatura si concentratia noxelor sunt aproximativ la fel, atat la introducerea de aer la aceeasi temperatura cat si la introducerea de aer racit. Modelul de introducere a aerului turbionar asigura un inalt grad de inductie, facand ca difuzoarele de aer turbionar sa asigure atat introducerea de aer rece cat si de aer cald. Pentru a obtine proportia optima, este recomandata folosirea cutiei de distributie cu canale conectate orizontal sau vertical. Cutia de distributie poate fi de asemenea prevazuta cu un orificiu reglabil plat cu o clapeta de aer pentru alimentarea cu aer sau exhaustarea aerului.

39

Figura 6.2.7. Difuzoare rotative patrate si circulare cu deflectoare variabile.

Figura 6.2.19. Guri de refulare turbionare,cu si fara cutie de distributie In unele cazuri mai speciale forma jetului de aer este mai usor de reglat rotindu-l din interior decat din exterior. In plus, aerul refulat poate fi reglat la diferite grade de deviatie fata de pe verticala.

40

Bataia jetului turbionar este intre 2 si 7 m. Bataia jetului definit ca cea mai mare distanta dintre centrul gurii de refulare si punctul unde viteza este 0.2 m/s. Gurile de refulare turbionare numite guri de refulare de rotatie sunt special proiectate pentru incaperi cu tavane inalte.De asemenea sunt echipati cu palete rotative,facand posibila refularea aerului alternativ de pe verticala pe orizontala. De asemenea este posibila echiparea unitatii cu un motor, modificarea facandu-se automat. Bataia maxima poate fi chiar de 15m cand paletele sunt in pozitie verticala. Acest echipament este utilizat pentru a furniza caldura in exces sau sarcina de racire scazute in zona rezidentiala. Se pot obtine chiar si sarcini de incalzire sau racire de 60W/m2, cu un debit ridicat de aer fara influente neplacute in suprafata ocupata. Distributia aerului bazata pe jeturi de refulare a aerului. Introducerea aerului utilizand jeturi de aer este un sistem folosit la ventilarea incaperilor mari. Este aplicabila cu un model de refulare difuz sau concentrat si pentru canale sau montarea inzidita. De asemenea este aplicabila cu un ajutaj suplimentar de aer pentru refularea aerului in incaperile mari, cum ar fi salile de sport, halele industriale etc.unde se cere un jet cu bataie lunga.

Figura 6.2.8. Introducerea aerului prin jet si evacuarea prin tavan.

Caldura dintr-o camera creeaza o miscare ascensionala convectiva a aerului cald careia ii corespunde o miscare descendenta convectiva a aerului rece cauzata de refularea aerului. Viteza maxima calculata in zonele ocupate se bazeaza pe aceste miscari datorate temperaturii. Aceste miscari depind de sarcina termica din incaperea in discutie (W/m2) si de distributia aerului introdus (numarul de unitati si modelul aerului), dar nu si de miscarea aerului refulat.Viteza maxima in zonele ocupate poate fi calculata folosind un model empiric bazat pe sarcina termica(W/m2). Viteza aerului refulat, asigurand un grad inalt de inducere, trebuie sa fie destul de mare pentru a asigura amestecul efectiv. Cresterea vitezei aerului refulat conduce la o crestere corespunzatoare a nivelului de zgomot. Zona rezidentiala este direct afectata de curentul de aer.

41

Figura 6.2.9. Tip de difuzor si tip de ajutaj pentru refulare cu jet de aer v-33

6.3. Elemente ale instalatiilor de ventilare si conditionarea aerului 6.3.1 Ventilatoare Ventilatorul este elementul aerodinamic activ al unui sistem de ventilatie. Un ventilator este un dispozitiv dinamic rotativ si reprezinta partea care pune in miscare toate sistemele de ventilare mecanica. Energia de rotatie aplicata axului ventilatorului este transformata intr-o diferenta de presiune facand ca aerul, gazul sau o particulele de praf sa pluteasca prin tub sau sa fie evacuate intr-un spatiu liber. Ventilatoarele sunt impartite in doua categorii generale: Ventilator axial in care aerul pluteste axial prin rotor intr-un cilindru sau cerc. Ventilator centrifugal sau radial in care aerul pluteste radial prin rotor intr-o carcasa tip spirala. Ventilatoarele cu jet axial sunt impartite in doua sub-categorii differentiate in principal de carcasa lor si rafinamentul rotorului si al accesoriilor. Toate tipurile variaza in forma, numar si unghi al lamelor; proportie a butucului rotii fata de diametrul rotorului, materiale si metode de fabricatie, depinzand de model si preferinta producatorului. Ventilatoare cu propagare axiala. Ventilatoarele cu propagare axiale folosite de obicei pentru transport liber, sau impotriva unei rezistante scazute, pot prezenta de asemenea o varietate de forme, dar sunt simple din punctul de vedere al constructiei. Acest tip consta intr-un propagator sau o roata de tip disc in interiorul unui panou circular sau carcase. Roata sau carcasa este fie din folii de metal, mulaj de aluminiu, sau material imbracat in plastic. Rotirea poate fi directa cu axul pe vibrochenul motorului sau rotire prin curea.

42

Figura 6.3.10 Ventilator axial

Avantaje si utilizari uzuale: Gama larga de volume Cost de exploatare scazut Necesar de spatiu si greutate reduse Ventilatie de diluare pentru indepartarea toxicului si a mirosurilor Dezavantaje: Limita de rezistenta la 250 kPa Probleme ale nivelului sunetului in cazul vitezelor mari Nerecomandate in cazul mediilor corozive sau abrasive, cerinte de protejare Ventilatoarele cu actionare directa nu trebuie folosite in spatii in care ventilatorul transporta gaze sau vapori explozibili Limitari ale temperaturii de exploatare

Ventilatoare axiale.

Ventilatoarele axiale sunt impartite in doua sub-categorii: cu tub axial si cu turbina axiala, folosite de obicei impotriva rezistentei apreciabile, in mod normal au butucul rotii relativ mare si palete elicoidale (unghiul variind radial de-a lungul paletei). Paletele pot fi de grosime uniforma, fie plate fie indoite, compacte sau formate din discuri; sau mai pot fi formate din foaie de tabla decupata si indoita, compacta sau din tabla de grosime dubla.

Un ventilator cu tub axial este in principal este un ventilator cu elice plasat intr-o carcasa cilindrica scurta, gazul curgand in directie axiala. Un ventilator cu turbina axiala incorporeaza turbine proiectate special, care sunt pozitionate fie in sensul fie in contrasens cu curentul de aer al ventilatorului

43

Guide vanes

Impeller

Figura 6.3.11 Ventilatorul cu tub axial si ventilatorul cu turbina axiala. Ventilatorul axial consta dintr-un rotor prevazut cu palete din tabla indoita si decupata montate pe un butuc rotitor. Butucul este pozitionat intr-un carcasa cilindrica aliniata cu directia de curgere a gazului. Daca sunt utilizate gaze ce nu prezinta un pericol, motorul este plasat direct in curentul de aer. Daca totusi sunt transportate gaze explozive, abrazive, inflamabile sau corozive, este folosit un ventilator bifurcat, cu motorul pozitionat inafara jetului de aer. Un motor localizat inafara casetei permite ventilatorului sa functioneze actionat de o curea, asigurand schimbari usoare de viteza, daca acestea sunt necesare. Datorita progreselor in controlul electronic a vitezei motorului, folosirea curelelor pentru controlul vitezei este in scadere. Un ventilator cu cu palete din tabla indoita si decupata poate avea eficienta de pana la 80%. Are avantajele de a fi compact si capabil de a se ingloba in tubul de ventilatie. Dezavantajele constau in faptul ca nu poate fi capabil sa dezvolte presiunile ridicate cerute de multe sisteme de ventilatii industriale. Scopul paletelor este sa reduca gradul de spiralare a jetului si sa transforme o parte din viteza in presiune statica utilizabila. Ventilatoarele cu turbina axiala dezvolta o mai mare presiune statica decat ventilatoarele cu tub axial. Acestea sunt construite dintr-o varietate de materiale, depinzand de utilizare. Acestea pot fi actionate fie direct fie prin curea.Modele mai scumpe sunt dotate cu palete cu unghi ajustabil, ce permit unui ventilator cu actionare directa sa asigure aceleasi caracteristici tehnice ca si un ventilator cu actionare prin curea, de acelasi diametru. Avantaje si utilizari uzuale: Functioneaza cu debite mici si mari de aer. Gama actuala de presiuni a unor ventilatoare cu turbina axiala este similara cu eficienta ridicata a ventilatoarelor centrifugale curbate in sens invers. Montand ventilatoarele in serie, presiunea de functionare poate fi marita. Sunt compacte, ocupa putin spatiu si au o greutate mica. Aplicatiile includ asigurarea conditiilor de confort, aerisire, racire, etc Dezavantaje: Prin constructie nivel ridicat de zgomot fata de cele mai multe ventilatoare centrifugale de inalta eficienta care indeplinesc aceeasi sarcina Nepotrivite in atmosfere abrazive sau corozive Probleme in protectia rulmentilor

44

Nepotrivite in cazul gazelor inflamabile sau explozibile sau a vaporilor, decat in cazul folosirii unui ventilator cu actionare prin curea. Probleme ale curbelor ventilatorului la inchidere clapetelor Ventilatoarele centrifugale. Ventilatoarele centrifugale sunt in continuare clasificate in tipuri, functie de incovoierea sau panta paletelor rotorului, unghi care determina in principal caracteristicile tehnice de functionare. Ventilatoarele centrifugale pot fi clasate in trei clase foarte generale (Figura 6.3.3): Cu varful paletelor incovoiat in directia de rotatie Cu palete radiale drepte, Cu varful paletelor inclinat in sens invers fata de directia de rotatie

Figura 6.3.3 Trei tipuri de ventilatoare centrifugale (paleta inapoi, paleta radiala,

paleta inainte) Sunt de asemenea clasificate in urmatoarele tipuri: de viteza redusa, medie sau ridicata. Diferentierea in incovoiere este intotdeauna varful lamei, de vreme ce lama intrand, daca este inclinata, este intotdeauna curbata inainte pentru a minimiza socul pierdut la intrare. Paletele radiale drepte se intalnesc cel mai adesea in ventilatoarele de presiune si ventilatoarelor folosite la lucrul cu materiale. Ventilatoarele centrifugale produc presiune din doua surse independente: -de la forta centrifuga creata prin rotatia coloanei de aer inchise -de la energia cinetica cedata aerului prin transformarea energiei cinetice cu care paraseste rotorul. Aceasta viteza la randul ei este o combinatie dintre viteza de rotatie a rotorului si viteza relativa a aerului la rotor. La paletele cu varful indoit inainte, aceste doua viteze se cumuleaza, iar cand varful este indoit inapoi, se scad. In acest fel, un ventilator cu palete incovoiate inainte depinde mai putin de forta centrifuga pentru realizarea presiunii, depinzand mai mult de conversia viteza - presiune din carcasa, cu rezultatul ca poate functiona la viteze relativ joase. Dimpotriva, un ventilator avand lame incovoiate inapoi creeaza mai multa presiune prin forta centrifugala ( o forma mult mai eficienta de transfer de energie) si mai putina presiune prin conversia vitezei, de aceea trebuie sa functioneze la o viteza mai mare. Astfel, un ventilator cu paletele incovoiate inainte va avea caracteristici mai bune fata de oricare alt tip, de aceleasi caracteristici, cand functioneaza fara nici o rezistenta.

45

Unpainterd canvas

Ductwork

Resilient base

Spiral casing

Inlet

V-belt

Motor

Base frame

Outlet

Figura 6.3.4 Ventilatorul centrifugal actionat de motor electric Ventilatoarele pentru instalatiile ventilatie si aer conditionat sunt actionate de obicei de motoare electrice, desi pot fi actionate si prin alte metode. Gama de ventilatoare de dimensiuni mici si in special cele care functioneaza cu viteze mari, sunt echipate cu motoare cu actionare directa. Ventilatoare de dimensiuni mai mari si cele care functioneaza cu viteze mici, in general sunt actionate prin curea tip V.

Figura 6.3.5 Rotirea in sensul acelor de ceasornic a ventilatoarelor actionate cu

curea in V (orizontal-sus, orizontal-jos, evacuare in sus)

Figura 6.3.6 Rotirea in sens invers acelor de ceasornic a ventilatoarelor actionate cu curea in V (orizontal-sus, orizontal-jos, evacuare in sus)

Racordurile tubulaturii la ventilatoare ar trebui proiectate fara restrictii si cu minim de perturbare a curentului de aer deoarece defectele unuia sau a amandurora vor afecta nefavorabil performanta ventilatorului. Tubulatura de ventilatie trebuie racordata la ventilator cu ajutorul unui burduf elastic nevopsit sau a altor materiale flexibile. Accesul la racorduri ar trebui sa prevazut pentru indepartari periodice a acumularilor

46

care ar impiedica functionarea normala a rotorului. In cazul functionarii impotriva unei rezistenta aeraulice inalte, sau cand zgomotele ambientului sunt mici, ventilatorul este preferabil sa se monteze intr-o camera al carei spatiu este neocupat sau este izolata acustic pentru a preveni propagarea zgomotului. La cladirile realizate din materiale de constructie mai usoare, este preferabil montarea ventilatorului si a motorului de actionare pe un postament elastic, astfel proiectat incat sa impiedice transmisia vibratiilor prin intermediul pardoselii elementelor structurale ale constructiei. Ventilatoare centrifugale de tubulatura. Ventilatoarele centrifugale de tubulatura rectangulara si circulara combina avantajele ventilatoarelor axiale de conducta, de aceea rezulta o instalare simpla si eficienta ca si cost, realizand o presiune ridicata, specifica unui ventilator centrifugal.

Figura 6.3.7 Ventilator centrifugal de tubulatura circulara Avantaje ale ventilatoarelor centrifugale de tubulatura: Foarte compacte in forma Instalare rapida si ieftina Nivel scazut al zgomotelor si al vibratiilor Presiune inalta realizata, pana la 300 Pa Gama diversificata a debitelor de aer, pana la 3000m3/h, Aplicatie universala in scopuri casnice, comerciale si industriale

47

Figura 6.3.8 Ventilator centrifugal de conducta rectangulara fara si cu atenuator de

zgomot montat in interior Rotorul centrifugal curbat inapoi, realizat din polimer sau metal, care este in mod direct cuplat la motor, generand un nivel scazut al zgomotului si eficienta ridicata. Instalarea este intotdeauna posibila in orice pozitie. Una dintre aplicatiile tipice este ventilatia cu evacuare centralizata a toaletelor si camerelor de baie. Ventilatorul centrifugal de tubulatura este instalat in tavanul fals, conectat la o retea de evacuare realizata din tuburi de sectiune circulara sau rectangulara. Ventilatoare centrifugale de acoperis. Conform directiei de descarcare a aerului, pot fi identificate doua tipuri de ventilatoare centrifugale de acoperis: orizontale si verticale. Corpul ventilatorului trebuie sa fie rezistent la intemperii si coroziune. In acest fel, placile de baza sunt intotdeauna confectionate din otel galvanizat. Are de asemenea grile de protectie confectionate din otel galvanizat. Marimile nominale ale tuburilor racordate variaza intre 200-700 mm. Motorul electric trebuie sa fie in totalitate protejat conform cerintelor minime impuse de IP 54. Este de preferat sa se asigure functionarea nesupravegheata (durata de viata a rulmentului interior de minimum 30 000 de ore de functionare). Eficienta este optimizata datorita rotoarelor centrifugale curbate inapoi, facute din otel galvanizat. Ventilatoarele de acoperis nu ocupa spatiu interior. Evacuarea verticala ofera urmatoarele avantaje: Impact redus asupra zonei inconjuratoare prin evacuarea aerului viciat departe si dispersarea lui in atmosfera. Minimizarea murdaririi acoperisurilor locale si ale lucarnelor. Indepartarea mirosurilor neplacute, a vaporilor etc care ar fi altfel purtate spre cladirile vecine si inauntrul lor prin ferestre, lucarne deschise sau alte ventilatoare de acoperis.

48

Figura 6.3.9 Ventilatoare centrifugale de acoperis cu evacuare orizontala sau verticala

Ventilatoarele de acoperis sunt folosite in evacuarea aerului din garaje, bucatarii. Ventilatoare centrifugale de perete. Acest tip de ventilator este deseori utilizat in evacuarea aerului in exterior din camere de baie si toalete. El este un mic ventilator instalat in fiecare incapere care necesita aerisire. In fiecare ventilator de perete exista un sistem de obturare a aerului care circula in sens invers pentru a evita o circulatie nedorita a aerului din alte camere.

Figura 6.3.10 Evacuarea aerului bazata pe ventilatoare centrifugale de perete Selectarea ventilatoarelor Pentru a selecta tipul si marimea potrivita a ventilatorului sunt necesare urmatoarele informatii:

49

1.Capacitatea in metru cub pe secunda. 2.Presiunea statica sau pierderile de presiune a sistemului. 3.Densitatea aerului, daca este alta decat cea standard. 4.Tipul de aplicatie sau utilizare. 5.Dispunerea sistemului. 6.Nivel predominant al zgomotului sau utilizarea spatiului deservit. 7.Natura incarcaturii. 8.Tipul de energie disponibila. Pentru a facilita alegerea aparatului, diferiti producatori de ventilatoare pun la dispozitie tabele sau curbe caracteristice ale ventilatoare care arata de obicei urmatorii parametri pentru fiecare tip de ventilator, ce actioneaza asupra unei game largi de presiune statica: 1.Debitul de aer in metru cub pe minut. 2.Viteza de iesire 3.Turatia in rotatii pe minut. 4.Puterea electrica necesara. 5.Presiunea statica. Cel mai eficient punct de functionare este de obicei aratat ori de de numere inclinate ori ingrosate, in tabelele cu caracteristici. Deseori, asigurarea service-ului determina tipul ventilatorului. Cand functionarea este cu o rezistenta aeraulica scazuta sau inexistenta, si in mod particular fara tubulatura, ventilatorului cel mai propice este indicat pentru comoditate si cost scazut. Cand rezistenta este scazuta, necesarul de energie este si el scazut si eficienta are o importanta secundara. Cand este vorba de un sistem de ventilare avand tubulatura, se alege de obicei intre ventilator centrifugal si un ventilator axial sau ventilator cu turbina axiala. In general, ventilatoarele centrifugale sau axiale sunt comparabile in eficienta si nivel de zgomot, dar cele din urma sunt mai usoare si necesita considerabil mai putin spatiu, in special daca sunt implicate direct in proces. Comparatia nu poate fi facuta doar prin costul ventilatoarelor, ci si prin diferenta in costul conductelor, trebuind incluse montarea si reparatiile. Un ventilator cu turbina axiala este mai eficient si mai silentios decat un vetilator axial cu tub, dar este mai scump si necesita frecvent mai mult spatiu. In timp ce necesita mai putin spatiu decat cel centrifugal ventilatorul axial este in prin natura sa mai putin accesibil pentru service. Cand este transmis aer la temperatura ridicata sau aer continand elemnte corozive, motoarele si legaturile trebuie plasate inafara curentului de aer. Aceasta necesitate poate determina tipul de ventilator ce trebuie folosit. Acolo unde rezistenta sistemului este indefinita sau variabila, presiunea, energia electrica si caracteristicile de zgomot ale ventilatoarelor centrifugale indica de obicei selectia lor. Curbele de performanta ale ventilatoarelor si caracteristicile sistemului Curbele de performanta ale variatelor tipuri de ventilatoare sunt prezentate grafic (pentru viteza si densitate a aerului constante) a relatiei dintre presiunea totala, presiunea statica, necesarul de energie si eficienta mecanica si statica la debitul de aer existent, pentru gama de debite dorita (uneori numita caracteristica). Orice sistem

50

de ventilatie ce consta din tubulatura, baterii de incalzire, dispozitive de curatare a aerului, filtre etc, are un sistem caracteristic care individualizeaza acel sistem si este independent de orice ventilator care poate fi aplicat sistemului. Aceasta caracteristica poate fi exprimata in forma de curba exact acelasi mod ca si caracteristicile ventilatorului. Caracteristicile unui sistem tipic sunt prezentate in Fig. 6.3.11. Aceste curbe sunt trasate urmand legea parabolica simpla in care presiunea statica sau rezistenta la curgerea aerului variaza odata cu curgerea debitului prin sistem. Instalatiile de incalzire si ventilatie urmeaza foarte fidel aceasta lege si nici o eroare serioasa nu este introdusa prin folosirea ei. Singurul punct comun celor doua curbe este punctul de la intersectia curbei caracteristicilor sistemului si curba caracteristicilor ventilatorului si acesta este punctul de functionare al celor doua sisteme .

P[Pa]

V' [m3/h]V'

P

Figura 6.3.11 Caracteristicile parabolice ale instalatieii si curbele caracteristice ale ventilatorului

Puterea necesara a ventilatorului. Puterea solicitata de un ventilator in functiune poate fi estimata cu urmatoarea ecuatie:

][2,1 WpVP t

o

η∆

=

In care:

]/[ 3 smVo

-Debitul ][PaPt -Presiunea totala

][−η -randamentul ventilatorului

1,2 este un coeficient de siguranta care acopera inacuratetea calculului.

51

Tipul de ventilator Randament Axial 0,55 – 0,66 Ventilator centrifugal cu gama de presiune scazuta (aplicat in ventilatia de confort)

0,65 – 0,85

6.3.2 Baterii de incalzire si racire Sunt posibile multe metode diferite de incalzire a aerului in scopul ventilarii. Intr-o aplicatie proiectata pentru aer cald, trebuie data atentie efectelor stratificarii in cladirile inalte. Stratificarea mareste pierderile de caldura prin acoperis si pereti inalti precum si rata schimbului de aer din cauza efectului de piramida si prin urmare apar pierderi in sistemul de ventilatie. In multe cazuri, incalzirea cu aer cald este mai ieftina din punctul de vedere al costului initial, costurile de functionare, totusi, vor fi mai mari decat pentru alt sistem de incalzire care asigura aceleasi conditii. Sistemul de ventilatie poate fi folosit foarte avantajos in timpul lunilor de vara cu bateria de incalzire inchisa pentru a introduce aer exterior si pentru a ajuta la indepartarea aporturilor de caldura. Aerul poate fi incalzit dintr-unul sau mai multe din urmatoarele motive: Incalzirea materialelor Aer incalzit de completare pentru a suplini pierderile de ventilatie Incalzirea pentru confort Incalzire pentru a reduce incidenta condensarii

Baterii de incalzire si racire a aerului Pentru incalzirea aerului, bateriile sunt folosite ca si baterii de atenuare, de preincalzire, reincalzire sau incalzitoare rapide. Aburul sau apa calda sunt de obicei agentii termici folositi. Bateriile sunt de obicei folosite pentru racirea aerului insotite sau nu de dezumidificare. O mare parte a echipamentului bateriilor este proiectat pentru a suporta atat racirea sensibila cat si dezumidificarea. Ansamblul include de obicei modalitati de curatare a aerului pentru a proteja bateria de acumularile de mizerie si pentru a tine praful si materiile straine inafara spatiului unde are loc conditionarea aerului. Agentul de racire pentru bateriile de racire este de obicei apa racita. Pentru o racire si dezumidificare combinata, la bateriile de suprafata exista o alternativa in a pulveriza dezumidificatori. In putine cazuri sunt folosite atat pulverizatorii cat si bateriile. Bateriile pot fi apoi instalate in camerele de umidificare, ori in serie cu acestea ori dedesuptul lor. La alegerea intre pulverizatori si dezumudificatori de suprafata, trebuie luate in considerare avantajele fiecaruia. Folosirea bateriilor face de multe ori posibil ca aceeasi suprafata sa serveasca pentru racire in timpul verii sau incalzire in timpul iernii prin circulatia de apa rece intr-un sezon si de apa calda in celalalt, cu economii de durata in aparat si instalatie. Bateriile sunt in principal de doua tipuri, acelea ce sunt realizate din tuburi si tevi simple si acelea cu suprafete extinse. Transferul de caldura de la aerul trecand peste suprafata unei tevi la un fluid curgand in aceasta este impiedicat de trei rezistente. Prima este aceea dintre aer si suprafata conductei si este denumita de obicei rezistenta de suprafata exterioara. A doua este rezistenta la transferul de caldura prin

52

conductie prin metalul in sine. In final exista o alta rezistenta termica intre suprafata interioara a conductei si fluidul care curge prin aceasta. Pentru aplicatii sunt considerate atat rezistenta peretelui metalic la transferul de caldura cat si rezistenta termica la suprafata interioara sau rezistenta stratului, desi acestea sunt de obicei mici in comparatie cu rezistenta pe partea aerului. Economia in ceea ce priveste spatiul, greutatea si costurile este avantajoasa in cazul scaderii rezistentei termice a suprafetei exterioare. Aceast lucru poate fi rezolvat prin cresterea suprafetei exterioare cu ajutorul aripioarelor.

Figura 6.3.12 Tipuri de baterii cu aripioare (aripioare plate continue, aripioare ondulate plate, aripioare plate patrate)

Pentru ca bateriile sa actioneze eficient, ele trebuie sa fie proiectate astfel incat sa aiba o viteza a aerului uniforma pe intreaga suprafata frontala a bateriei de racire sau a bateriei de incalzire. Aceasta este de importanta majora si trebuie cunoscute specificatiile producatorului in ceea ce priveste minimul si maximul vitezei aeruluie. Din punctul de vedere al energiei si al zgomotului, trebuie avut grija sa se previna rezistenta curentului de aer exagerata. Aceasta se obtine prin folosirea in mod normal a cel mult cinci randuri de tevi. Viteza normala a aerului pe suprafata frontala de-a lungul bateriilor cu suprafata extinsa prin aripioare este in mod normal mai mica decat 3,5 m/s. In anumite cazuri este posibila utilizarea de viteze mai mari.

Figura 6.3.13 Baterii de tubulatura pentru incalzire sau racire (pentru canale rectangulare si circulare)

53

In sisteme de incalzire pentru confort sunt folosite numai bateriile de temperatura mica si de obicei nu au mai mult de unul sau doua randuri de tevi. Sunt posibile diverse trasee in circuitul agentului primar, depinzand de metodele de reglare si pompare folosite. Pierderea de presiune proiectata pe circuitul de apa care trece prin baterie in mod normal nu depaseste niciodata valoarea de 4 kPa intr-o retea de conducte de presiune scazuta. In cazul unui echipament amplasat pe tubulatura, inaintea bateriei exista o teava striata de un metru pentru a asigura o viteza uniforma pe suprafata frontala a bateriei. De asemenea trebuie evitate mariri si reduceri bruste de sectiune. Incalzitoare de aer electrice Acestea au avantajul de a fi unitati cu costuri de instalare reduse, costurile de functionare, depinzand totusi de sursa de electricitate, sunt de obicei mai mari decat cele utilizand alte surse de energie. Viteza aerului printr-o baterie de incalzire trebuie sa fie pentru a asigura puterea indicata de producator, incadrandu-se in gama de temperaturi de siguranta. La unitatile mari, sarcina electrica este echilibrata pe cele trei faze de alimentare cu energie.

Figura 6.3.14 Incalzitoare electrice de linie (pentru tubulatura rectangulara si

circulara) Incalzitoarele sunt de obicei impartite intr-un numar de sectiuni pentru a putea asigura reglarea echipamentelor pe etape. Trebuie acordata o atentie deosebita la izolarea electrica a fiecarei sectiuni, inaintea indepartarii ei din carcasa .Incalzitoarele trebuie sa fie interconectate electric cu motorul ventilatoarelor, pentru a permite ca incalzitorul electric sa fie inchis cand ventilatorul se opreste sau cand viteza aerului este mai redusa decat nivelul pentru care incalzitorul a fost proiectat. Riscul de incendiu in conditii de functionare anormale trebuie sa fie contracarat prin folosirea unui intreruptor pozitionat potrivit, sensibil la temperatura, cu resetare manuala.

54

Incalzitoare de aer cu combustie directa Acestea pot fi:

- Cu gaz - Cu combustibil lichid - Cu combustibil solid

Indiferent de combustibilul folosit, cerintele cosul de fum trebuie sa indeplineasca urmatoarele cerinte : Cosurile trebuie sa aiba o sectiune corect dimensionata pentru a putea indeparta produsele arderii intr-o maniera eficienta si sigura. Trebuie acordata atentie deosebita pentru ca gazele si produsele arderii sa nu ajunga in spatiul de locuit. Pentru a reusi acest lucru este esential inaltimea cosului sa fie suficient de mare, incat bataia vantului influentata si de constructiile din zona sa nu influenteze evacuarea libera a produselor rezultate in urma combustiei. Dispozitivele trebuie pozitionate intr-un spatiu care are o suprafata de explozie de o marime adecvata, priza de aer sa nu se infunde cu moloz pentru a nu se reduce astfel cantitatea de aer proaspat necesar combustiei. Cerinte pentru racire si incalzire Pentru a determina necesarul de caldura pentru incalzirea aerului, pot fi folosite urmatoarele relatii:

][3600

kWhVQo

∆=

ρ

unde: oV - Debitul de aer [mc/h] ρ - Densitatea aerului (~1.2) [kg/m] h∆ - Diferenta de entalpie a aerului [kj/kg]

sau o ecuatie simplificata ce poate fi folosita in conditii normale:

])[(36.03600

kWttVtcVQ oi

oo

−≅∆

=ρ

unde: c - Caldura specifica a aerului ti-te - Temperatura inainte si dupa racirea sau incalzirea aerului (º C) 6.3.3 Recuparatoare de caldura Recuparatorul de caldura este un echipament care este folosit pentru realizarea confortului. Este un schimbator de caldura aer-aer. In aplicatii pentru realizarea confortului schimbatorul de caldura aer - aer scade entalpia aerului proaspat in timpul sezonului cald si o mareste in timpul sezonului reci prin transferarea energiei intre aerul proaspat introdus si aerul evacuat.

55

In paralel cu echipamentele din comert de recuperare a energiei, pentru utilizari rezidentiale sau comerciale la scara mica sunt disponibile ventilatoare prefabricate de marime mica cu elemente de recuperare a caldurii asamblate in interiorul lor (Fig.6.15). Dispozitivele de recuperare a caldurii aer-aer, pentru realizarea confortului, pot fi dispozitive de recuperare a caldurii sensibila (transferand doar energie sensibila) sau dispozitive de recuperare a caldurii totale (transferand atat energie sensibila cat si umiditatea).

Figura 6.3.15. Ventilatoare prefabricate de marime mica, cu recuparator de energie montat in interior

Schimbul ideal de caldura aer-aer indeplineste urmatoarele functiuni: - Permite modificarea temperaturii intre curentii de aer participanti - Permite transferul umezelii datorita presiunii partiale intre cei doi curenti - Blocheaza total transferul de aer intre cei doi curenti incrucisati, contaminati biologic sau cu impuritati Recuperatoarele de caldura sunt recunoscute ca echipamente importante in recuperarea energiei din aerul evacuat, care altfel ar fi irosita Doua tipuri generice de schimbatoare de caldura aer-aer sunt considerate pentru recuperarea caldurii sau caldurii si umiditatii. Unul dintre acestea este schimbatorul de caldura regenerativ, numit in mod uzual schimbator de caldura rotativ. Celalalt este recuperatorul de caldura cu placi plate. Cele mai obisnuite tipuri folosite pentru realizarea confortului la cladirile publice sunt cu placi fixe, rotativ si cu tuburi termice. Schimbatoarele tip placa fixa pe suprafata nu au parti de miscare. Straturi de placi alternante, separate si etanse formeaza coridoare pentru introducerea aerului proaspat si aerului viciat. Caldura este transferata direct din curentul de aer cald in curentul de aer rece prin placile de separare ale schimbatorului.

56

Figura 6.3.16 Recuperator de caldura cu placi fixe In mod normal, atat caldura latenta de condensare cat si caldura sensibila sunt recuperate prin placa de separare in curentul de aer rece (proaspat). Astfel, energia este tranferata, dar nu si umiditatea. Placile de schimb de caldura fixe pot transfera in mod economic caldura recuperata si o energie totala mare pentru ca ele au doar suprafata de transfer elementara pentru separarea curentilor de aer. Se poate atinge o recuperare a 80 % sau mai mult din caldura evacuata care in mod normal ar fi irosita. Simplitatea si lipsa partilor in miscare, se adauga la trainicia, durata de viata mare, energie mica consumata auxiliar si siguranta in exploatare a acestor recuperatoare. Un schimbator de caldura rotativ aer – aer are un cilindru rotativ umplut cu un mediu permeabil la aer avand o suprafata interioara mare. Aerul introdus respectiv aerul evacuat, curg fiecare printr-o jumatate a schimbatorului, in contracurent (Fig. 6.3.17). Suprafata de schimb termic poate fi selectata sa recupereze doar caldura sensibila sau caldura totala (caldura sensibila si caldura latenta). Caldura sensibila este transferata in momentul in care schimbatorul de caldura rotativ acumuleaza caldura de la curentul de aer cald cedand-o celui rece. Caldura latenta este transferata in momentul in care in schimbatorul de caldura condenseza umiditatea din curentul de aer cu proportia de umiditate cea mai mare (fie ca temperatura mediului este sub punctul de roua, fie prin mijloace de absortie pentru medii lichide sau adsorbtie pentru medii solide), cu o eliberare simultana de caldura, si elibereaza umiditatea prin evaporare (si cresterea caldurii) curentului de aer cu proportia de umidate mai mica. Intr-un schimbator de caldura rotativ, un strat de substanta absorbanta de umiditate aplicat pe suprafata cilindrului rotativ absoarbe umiditatea in timp ce acesta trece prin curentul de aer mai umed. Odata absorbita de stratul aplicat, umiditatea se deplaseaza impreuna cu cilindrul rotativ in miscare pana cand ajunge in curentul de aer mai putin umed, unde se evapora din stratul aplicat in curentul de aer. Astfel, curentul de aer umed este uscat in timp ce aerul uscat capata umiditate. In transferul de caldura total, atat caldura sensibila cat si caldura latenta functioneaza simultan. Deoarece schimbatoarele de caldura rotative functioneaza pe principiul contracurentului si in mod normal utilizeaza guri de trecere a aerului cu diametre mici, sunt destul de compacte si pot avea randamente de transfer ridicate.

57

Figura 6.3.12 Schimbator de caldura rotativ

Constructie: Impuritatile aerului, punctul de roua, temperatura aerului evacuat, si proprietatile aerului introdus influenteaza in alegerea materialelor pentru carcasa, structura rotorului, si a materialului schimbatorului de caldura rotativ. Aluminiul, otelul si polimerii sunt elementele de constructie uzuale ale carcasei rotorului pentru sistemele de ventilatie destinate asigurarii confortului. Suprafata de schimb termic este fabricata din metal, minerale sau materiale produse de om si asigura prin constructia ei fie curgere aleatoare fie curgere controlata. Contaminarea incrucisata sau amestecarea curentilor de aer introdusi si evacuati are loc in toate schimbatoarele de caldura rotative prin doua procese: transfer si dispersie. Transferul apare atunci cand aerul este prins in interiorul volumului mediului de rotatie si este transportat in celalalt curent de aer. Dispersia apare pentru ca presiunea statica diferentiala dintre cei doi curenti de aer duce la migrarea aerului de la o zona cu presiune statica mai mare la una cu presiune statica mai mica. Contaminarea incrucisata a curentilor de aer poate fi redusa prin plasarea exhaustoarelor in asa fel incat sa nu influenteze curentul de aer introdus. Un schimbator de caldura cu tuburi termice este un dispozitiv de recuperare a energiei pasive. In exterior arata ca o teava normala cu aripioare sau spirale, doar ca tevile nu sunt interconectate si tubul termic este impartit in doua sectiuni: de evaporare si de condensare de catre o lamela despartitoare (Fig.6.3.18.). Aerul cald trece prin sectiunea de evaporare a tubului termic iar aerul rece trece prin sectiunea de condensare a tubului termic. Transferul de caldura se face prin vaporizarea lichidului in partea calda, de unde preia caldura, si condensarea acestuia la partea rece a recuperatorului, unde cedeaza caldura de condensare. Lichidul condensat se intoarce in zona calda prin gravitatie, in cazul pozitiei verticale si prin capilaritate in cazul pozitiei orizontale, dupa care ciclul se repeta.

58

Tuburile termice orizontale (Figura 6.3.18) sunt fabricate cu o structura capilara integrala, umpluta cu un lichid corespunzator si in permanenta inchis. Fluidul de lucru este in mod normal un agent frigorific de clasa I, dar alti fluorucarbonati, apa, si alti compusi chimici sunt folositi pentru aplicatii in functie de cerintele de temperatura. Modelele cu aripioare includ lamele continue ondulate, lamele continue netede, si aripioare in spirala. Modificand forma aripioarelor si dimensiunile tevii se schimba pierderea de presiune la o viteza frontala data.

Figura 6.3.13 Schimbatorul de caldura cu tuburi termice Principiul de functionare Debitul de aer cald plutind deasupra capatului sectiunii de evaporare a tubului termic vaporizeaza fluidul de lucru. Diferenta de presiune conduce vaporii rezultati in sectiunea de condensare a tubului termic unde vaporii se condenseaza. 6.3.4 Filtre Aerul inconjurator CONTINE diferite impuritati aflate in aer care sunt un amestec de fum, ceata, vapori, particule granulate uscate, bio aerosoli precum si fibre naturale si sintetice. Ar putea de asemenea sa contina organisme vii, ca si spori de mucegai, bacterii si polen de plante, care pot cauza boli sau reactii alergice. Dimensiunea aerosolilor sunt de la 0.01 µm si mai mici pentru particule proaspat formate; pana la 0.1 µm pentru particulele existente si fum de tigara; de la 0.1 la 10 µm pentru particulele de praf, microorganisme; si pana la 1 00 µm si mai mare pentru particulele de praf din aer, polen. Aceasta varietate de dimensiuni de particule si concentratii face imposibila proiectarea unui epurator de aer care sa serveasca la toate aplicatiile. Domenii diferite de aplicare cer diferite randamente si diferite trepte de curatire a aerului. Cele mai mici particole ale parfului atmosferic sunt cele mai rele elemente in murdarirea si decolorarea interioarelor constructiilor. Filtrele de aer electrice sau filtrele uscate de randament mediu sau inalt sunt necesare pentru inlaturarea particolelor mici in special cele respirabile, care trebuie controlate din motive de sanatate. Ca si in majoritatea dispozitivelor de filtrare a aerului, tubulatura care intra si iese dintr-un filtru obisnuit trebuie pozitionata in asa fel incat debitul de aer sa fie distribuit uniform pe suprafata frontala a filtrului.

59

Exista doua tipuri generale de filtre de aer in functie de cerintele de confort; filtre casetate si filtre electrice.

Figura 6.3.14 Caseta pentru filtre cu saci, cu o suprafata de trecere mare, pentru retinerea particulelor mari, cu fibre din material plastic, care pot fi spalate.

Dintre cele doua tipuri de filtre panou (filtru umed si filtru uscat cu suprafata extinsa) doar filtrul uscat cu suprafata extinsa este folosit in domeniul confortului. Materialul in filtrele de aer uscate sunt: fibre de tesaturi de diferite grosimi, dimensiuni, si densitati. Fibrele de sticla, de celuloza si alte materiale sunt folosite in comert. Materialul din filtrele de aceasta clasa sunt deseori sustinute de o retea in forma de buzunar sau in forma de V sau cu cute radiale. Cutele materialului ofera un raport ridicat a suprafetei de filtrare fata de zona de intrare a aerului permitand in acelasi timp pierderi de presiune mici si viteze reduse ale aerului. La unele modele materialul filtrant poate fi curatit si montat inapoi pe reteaua de sustinere. La majoritatea modelelor filtrul este schimbat dupa ce a juns la capacitatea maxima de retinere a prafului. Filtre electrostatice Filtrele electrostatice pot fi filtre de inalta eficienta folosind precipitatia electrostatica pentru a inlatura si colecta particulele contaminate cum ar fi: praful, fumul, polenul. Filtrul se compune dintr-o sectiune de retinere si o sectiune de ionizare. In sectiunea de ionizare electrozi de dimensiuni mici incarcati pozitiv cu 6 si 25 kV sunt suspendati echidistant intre placi. Incarcatura electrica din electrozi creaza un camp de ionizare pentru incarcarea electrica a particulelor. Ionii pozitivi creati in acest camp plutesc prin campul de aer si incarca pozitiv particulele de praf din campul de aer. Particulele de praf astfel incarcate trec in sectiunea colectoare formata din placi. Sectiunea colectoare este formata dintr-un numar de placi paralele pozitionate la o distanta egala una de cealalta, incarcate pozitiv cu un curent de 4 - 10 kV . Particulele de praf trecand in aceasta sectiune de colectare sunt impinse pe placi de catre campul electric pozitiv cu care sunt incarcate in acest fel fiind inlaturate din curentul de aer si colectate de catre placi.

60

Celulele filtrelor electrice necesita o curatare periodica cu detergent si apa calda. Unele modele sunt prevazute cu dispozitiv automat de spalare iar altele necesita inlaturarea si curatarea celulelor filtrante. 6.3.5 Canale La proiectarea tubulaturii de ventilatie obiectivul este realizarea unui sistem care, intre limitele admise de spatiu si zgomot pentru tuburi transmite eficient un debit de aer catre toate destinatiile mentinand in acelasi timp un echilibru intre costurile de investitie si intretinere. Problema este ca debitul de aer introdus sa poata fi distribuit uniform. Tubulatura impune pierderea de presiune pe circuitul aerului care trebuie sa fie invinsa de consumul de energie mecanica. Aceasta energie este de obicei data de catre un ventilator. Canalele de introducere si evacuare poate fi din otel, aluminiu. Tubulatura din tabla de metal trebuie sa fie aiba o grosime minima de la 0.3 mm la 3mm. Elementele de rigidizare exterioare sunt formate din foi de metal sau din elemente structurale. Grosimea tablei pentru sectiunea rectangulara depinde de distanta maxima dintre elementele de rigidizare. Fitingurile trebuie sa fie intarite similar conductelor drepte. La reductii sectiunea cea mai mare determina grosimea materialului. Acolo unde piesele de schimbare de directie sau alte elemente interne ale conductelor asigura rigiditatea necesara, aceste elemente pot fi considerate ca si elemente de rigidizare. Tuburile de sectiune circulara sunt prin constructie rigide si tari si sunt in general cele mai eficiente si economice canale pentru sistemele de ventilare. Factorul dominant la alegerea tipului de tubulatura este capabilitatea materialului de a face fata la conditiile de utilizare a instalatiei si la cerintele de presiune. Tuburile flexibile fac legatura intre difuzoare, camere de amestec, si alte terminale la sistemul de distributie a aerului. Din cauza lungimii in plus, a distantelor si a comprimarii acestor conducte, creste rezistenta aeraulica la curgere. Tuburile flexibile trebuie mentinute la lungimi cat mai mici, sa fie drepte pe cat posibil, si sa aiba un minim de curburi.

Tubulatura din metal este deseori dotata cu materiale fonoabsorbante pentru a reduce zgomotul aerodinamic. Desi multe materiale sunt fonoabsorbante tubulatura trebuie sa fie totodata rezistenta si la eroziune si foc si sa aiba proprietati compatibile procesului tehnologic unde urmeaza a fi folosita. Pentru viteze mari a debitului de aer, este indicata folosirea peretilor dubli, dintr-un material performant. 6.3.6 Atenuatoare de zgomot Transmiterea sunetului este o problema importanta la sistemele de ventilatii pentru cladiri rezidentiale si publice. O instalatie corect proiectata asigura proiectantul ca nu vor exista plangeri ulterioare privind nivelul de zgomot. Urechea umana, cand simte variatii de presiune ca si zgomot, il transfera creierului unde este interpretat ca si sunet. De aceea, sunetul ca si fenomen, este o variatie a presiunii intr-un punct fixat in aer sau in alt mediu elastic, cum ar fi apa, gazul sau solidele.

61

Cand un sunet este redus, energia suntelui trebuie convertita int-un alt tip de energie, cum ar fi energia cinetica a unui mediu, sau caldura. Tonul pur consta intr-o singura frecventa, desi in mod normal toate sunetele sunt un amestec de mai multe frecvente. Pe scara auditiva, frecventele pot fi normal intre 20 Hz si 16000 Hz. Scara auditiva depinde de gradul de sensibilitate a urechii ascultatorului. Daca frecventa este sub 20 Hz, se numesc infrasunete iar pentru frecvente mai mari de 16000 Hz, se numesc ultrasunete.

Figura 6.3 15 Atenuator de zgomot rectangular si circular Daca nivelul de zgomot al unui ventilator depaseste limitele admise, se pot lua masuri suplimentare pentru a-l reduce. Folosirea de atenuatoare de zgomot, functionand pe principiul absortiei, este o metoda foarte eficienta. Aceste tipuri de atenuatoare asigura reduceri mari de zgomot, generand in acelasi timp, cresteri mici ale rezistentei aeraulice. Atenuatoarele de zgomot circulare si rectangulare sunt disponibile teoretic in orice dimensiuni. Toate atenuatoarele pot fi desigur folosite impreuna cu orice tip de ventilator pentru a reduce zgomotul radiant produs. Atenuatoarele de zgomot sunt fabricate din otel galvanizat, prevazut cu vata minerala, acoperite cu panza, pentru prevenirea coroziunii. Cantitatea de zgomot redusa se determina folosind principiul compararii. Se compara reducerea zgomotului intr-o conducta cu si fara atenuatorul de zgomot. Cand va fi masurata fara atenuator, atenuatorul va fi inlocuit de o bucuta de tubulatura, rigida, dreapta si sensibila la zgomot. Atenuarea este calculata la: De=Lo-Lm [dB] Lo – nivel sonor fara atenuator Lm – nivel sonor cu atenuator Randamentul unui atenuator depinde in mare parte de frecventa sunetului sursa, de aceea atenuarea se stabileste be baza spectrului octav. Zgomotul de joasa frecventa este mai dificil de atenuat decat frecventele ridicate. De aceea este necesara un atenuator mai mare sau mai eficient. Este necesar sa se cunoasca nivelul de zgomot produs de catre un ventilator pentru a alege atenuatorul.

62

La alegerea atenuatorului pentru o instalatie de ventilatii trebuie sa sa tina cont si de celelalte elemente componente ale sistemului (coturi, reductii, etc). Pentru a evita regenerarea sunetului datorita vitezei aerului pe suprafata conductei, viteza aerului ar trebui sa fie minima. Pentru a calcula sunetul relevant, atenuatorul de zgomot trebuie sa fie scazut din nivelul de zgomot produs de ventilator. Aceasta ar trebui facuta in banda de frecventa. Pentru o mai buna atenuare a zgomotului, se pot instala mai multe atenuatoare de acelasi diametru unul dupa altul.

Instalatii Ventilatie Si Climatizare

Documents

Transcript of Instalatii Ventilatie Si Climatizare