Determinarea necesarului de căldură de calcul

Denu-
mirea
Orien-
tare
Lăţime Înăl-
ţime
Supra-
faţă
Număr De scăzut În calcul R' m ΔT CM m· S· ΔT /R0 Ac Ao 1+
(Ao+Ac)
/100
QT*(1+(Ao+Ac)
/100)
L i v(4/3) E V na Qi1 Qi2 Qi Q
- - m m - m²K/w - K - W - - - W m W/mC
(m/s)4/3
(m/s)4/3 -
/s·m³
W W W W
Rm = [ST·(ti-te)·CM] / Qt [m²K/W]   =
QT =
×10-4

Modul de determinare a necesarului de căldură de calcul pentru clădiri civile şi industriale, în vederea proiectării instalaţiilor de încălzire.


Prevederile nu se aplică la stabilirea necesarului de căldură de calcul pentru:

- încăperi subterane;

- spaţii închise limitate de elemente de construcţie lipsite practic de masivitate termică;

- construcţii cu instalaţii de încălzire locală, având efecte pe zone limitate;

- construcţii sau încăperi încălzite rar, pe perioade scurte de timp;

- construcţii cu instalaţii de încălzire prin radiaţie de perete.


Referinţe

SR 1907-1:1997 - Instalaţii de încălzire. Necesarul de caldura de calcul. Prescripţii de calcul.

STAS 6472/3-1989 - Calculul termotehnic al elementelor de construcţie ale clădirilor.

SR 1907-2:1997 - Instalaţii de incălzire. Necesarul de căldură de calcul. Temperaturi interioare convenţionale de calcul.


Particularităţi pentru determinarea necesarului de căldură de calcul pentru locuinţe - CLICK

Particularităţi pentru determinarea necesarului de căldură de calcul pentru clădiri industriale - CLICK1, 2, 3.

R': Rezistenţa termică specifică corectată
Nr. crt Material δ λ a λ' R
[-] [-] [m] [W/mK] [-] [W/mK] [m²K/w]
Total R =
αi =
αe =
R'=1/αi+R+1/αe =

R' = Ri + [Σ(δj/aj·λ'j)] + Re = 1/αi + [Σ(δj/aj·λ'j)] + 1/αe       [m²K / W]

R = Σ(δj/ajλ'j)       [m²K / W]

δ: grosimea straturilor luate în considerare     [m]

αi: coeficient de transfer termic la interior       [W/m²K]   -   TABEL

αe: coeficient de transfer termic la exterior       [W/m²K]   -   TABEL

a: coeficient de majorare a conductivităţii termice în funcție de starea şi vechimea materialelor - TABEL

λ: conductivitatea termică de calcul - TABEL 1, 2, 3, 4, 5, 6

λ': conductivitatea termică corectată de calcul

m

Coeficientul de masivitate termică a elementelor de construcție exterioare se calculează cu relația:

m = 1.225 - 0.05 D

în care:

D - indicele inerției termice a elementului de construcție, calculat conform STAS 6472/3.

Pentru elementele de construcţie cu D >= 4.5, se consideră m = 1; pentru tâmplaria exterioară se consideră D = 0.5; pentru elementele de construcţie în contact cu solul precum şi planşeele peste subsolurile neîncălzite se consideră m = 1.

sus  

CM

Coeficientul de corecţie a necesarului de căldură de calcul, CM, se stabileşte funcţie de masa specifică a elementelor de construcţie interioare ale construcţiei, mpi, astfel:

- pentru mpi <= 400 kg/m², CM = 1

- pentru mpi > 400 kg/m², CM = 0.94

Masa specifică a construcţiei, mpi, se determină pentru întreaga construcţie cu relaţia:

mpi = 0.9 Mpi / A

în care:

Mpi - masa tuturor elementelor de construcţie interioare (pereţi interiori, planşee între etaje, elemente de tâmplarie interioare); nu se ia în calcul masa elementelor de construcţie perimetrale (pereţi exteriori, ferestre, uşi, acoperiş, planşeu peste subsol neîncălzit, pereţi către casa scării, pereţi care despart spaţii încălzite de spaţii neîncălzite), în kilograme;

A - aria perimetrală a construcţiei prin care se produce disiparea de flux termic (pereţi exteriori, ferestre, uşi, pereţi spre casa scării, planşeu peste subsoluri neîncălzite, planşeu sub pod, acoperişuri de tip tarasă etc.), în metri pătraţi.


Se recomandă:

- Pentru clădiri de locuit şi similare lor precum şi pentru clădiri social-culturale cu pereţi interiori realizaţi din beton celular autoclavizat, cărămidă cu grosimea mai mică de 0.125 m, având planşee despărţitoare din beton armat cu grosimea mai mică sau egală cu 0.10 m, sau din alte materiale de construcţie uşoare, CM = 1.

- Pentru celelalte construcţii CM = 0.94.

sus  

QS

Fluxul termic cedat prin sol, QS, exprimat în waţi, se calculează astfel:


a. pentru construcţii având forme geometrice elementare (paralelipiped dreptunghic) cu relaţia:

Ap Abc Abcj Rp Rbc θi θe θej θp Cm ms ns QS
[m²] [m²] [m²] [m²K/W] [m²K/W] [°C] [°C] [°C] [°C] - - - [W]

  QS = Ap·[θip]/Rp + CM·[ms/ns]·{[θie]/Rbc}·Abc + 1/ns·{[θiej]/Rbc}·Abcj     [W]

în care:

• Ap - aria cumulată a pardoselii şi a pereţilor aflaţi sub nivelul terenului, în metri pătraţi, calculată conform:

Apl p h Ap
[m²] [m] [m] [m²]

      Ap = Apl + p · h   [m²]

    în care:

        Apl - aria plăcii pe sol sau a plăcii inferioare a subsolului încălzit, în metri pătraţi;

        p - lungimea conturului pereţilor în contact cu solul, în metri;

        h - cota pardoselii sub nivelul terenului, în metri;

• Abc - aria unei benzi cu lăţimea de 1 m situată de-a lungul conturului exterior al suprafeţei Ap, în metri pătraţi;

• Abcj - aria unei benzi cu lăţimea de 1 m situată de-a lungul conturului care corespunde spaţiului învecinat care are temperatura θi, în metri pătraţi;

• Rp - rezistenţa termică specifică cumulată a pardoselii şi a stratului de pământ cuprins între pardoseală şi adâncimea de 7 m de la cota terenului sistematizat, sau a stratului de apă freatică, în metri pătraţi grad Kelvin pe watt, calculată conform:

δ λ δ/λ αi Rp
[m] [W/mK] [W/(m²K)] [m²K/W]

      Rp = 1/αi + Σ δ/λ   [m²K/W]

    în care:

        δ - grosimea straturilor luate în considerare, în metri;

        λ - conductivitatea termică a materialului din care este alcătuit stratul luat în considerare, în waţi pe metru grad Kelvin, conform TABEL 1, 2, 3, 4, 5, 6;

        αi - coeficientul de transfer termic prin suprafaţă la interior, în waţi pe metri pătraţi grad Kelvin, conform TABEL;

• Rbc - rezistenţa termică specifică a benzii de contur la trecerea căldurii prin pardoseală şi sol către aerul exterior, în metri pătraţi grad Kelvin pe watt, conform:

        Rezistenţa termică specifică a benzii de contur, Rbc, în funcţie de adâncimea de îngropare a pardoselii faţă de cota zero a solului, h, grosimea fundaţiei pereţilor exteriori şi de adâncimea stratului de apă freatică, H, este prezentată în TABEL;

• θi - temperatura interioară convenţională de calcul, conform SR 1907-2, în grade Celsius - TABEL 1, 2, 3, 4, 5;

• θe - temperatura exterioară convenţională de calcul, în grade Celsius, conform:

        Temperatura spaţiilor exterioare încăperii considerate, în grade Celsius, se ia după caz:

            - temperatura exterioară convenţională de calcul, conform TABEL, FIGURA;

            - temperatura interioară convenţională de calcul pentru încăperile alăturate, conform SR 1907-2 - TABEL 1, 2, 3, 4, 5;

• θej - temperatura interioară convenţională de calcul pentru încăperile alăturate, în grade Celsius;

• θp - temperatura, fie în sol la adâncimea de 7 m de la cota terenului sistematizat, în cazul inexistenţei stratului de apă freatică, fie a stratului de apă freatică, în grade Celsius, conform TABEL;

• Cm - coeficient de corecţie definit conform CLICK;

• ms - coeficient de masivitate termică a solului, conform:

        Coeficientul de masivitate termică a solului "ms" se determină din graficul din FIGURA, funcţie de adâncimea stratului de apă freatică, H, şi de adâncimea de îngropare a pardoselii, h.

        În cazul transferului termic prin sol între încăperi cu temperaturi interioare de calcul diferite, coeficientul de masivitate termică, ms, are valoarea ms = 1.

• ns - coeficient de corecţie care ţine seama de conductivitatea termică a solului, conform:

        Coeficientul "ns" se determină din FIGURA funcţie de adâncimea de îngropare a pardoselii faţă de cota zero a solului, h şi de conductivitatea termică a materialului din care este alcătuit stratul de pământ luat în consideraţie.


b. pentru clădiri având forme geometrice prezentând colţuri intrânde sau ieşinde (proiecţie în plan de tip poligonal) cu relaţia:

  Qs = Apl·[(θi - θp)/Rpl] + CM·(θi - θe)·Σms[ l · Ψ + (Aper/R'per) ]     [W]

în care:

• Apl - aria plăcii pe sol sau a plăcii inferioare a subsolului încălzit, calculată conform Normativului privind calculul termotehnic al elementelor de construcţie în contact cu solul, în metri pătraţi;

• Aper - aria pereţilor în contact cu solul, determinată conform Normativului privind calculul termotehnic al elementelor de construcţie în contact cu solul, în metri pătraţi;

• l - lungimea conturului în contact cu solul calculată conform Normativului privind calculul termotehnic al elementelor de construcţie în contact cu solul, în metri;

• Rpl - rezistenţa termică unidirecţională a plăcii de arie Apl, stabilită conform Normativului privind calculul termotehnic al elementelor de construcţie în contact cu solul, în metri pătraţi grad Kelvin pe watt;

• R'per - rezistenţa termică specifică corectată a pereţilor de suprafaţă Aper, stabilită conform Normativului privind calculul termotehnic al elementelor de construcţie în contact cu solul, în metri pătraţi grad Kelvin pe watt;

• Ψ - coeficient linear de transfer termic, corespunzător lungimii l, conform Normativului privind calculul termotehnic al elementelor de construcţie în contact cu solul, în waţi pe metru grad Kelvin;

• θi, θe, θp, CM, ms - au semnificaţiile anterioare.

sus  

QT

Fluxul termic cedat prin transmisie, QT, exprimat în waţi, se calculează cu relaţia:

CM m A θi θe R' CM · m · A· [(θi - θe)/R'] QS QT
- - [m²] [°C] [°C] [m²K/W] [W] [W]

  QT = Σ CM m A [(θi - θe)/R'] + QS     [W]

în care:

  m - coeficient de masivitate termică a elementelor de construcţie exterioare, conform CLICK;

  A - aria suprafeţei fiecărui element de construcţie, determinată conform STAS 6472/3 în metri patraţi;

  θi - temperatura interioară convenţională de calcul, conform SR 1907-2, în grade Celsius - TABEL 1, 2, 3, 4, 5;

  θe - temperatura spaţiilor exterioare încăperii considerate, în grade Celsius, care se ia dupa caz:

            - temperatura exterioară convenţională de calcul, conform TABEL, FIGURA;

            - temperatura interioară convenţională de calcul pentru încăperile alăturate, conform SR 1907-2 - TABEL 1, 2, 3, 4, 5;

  R' - rezistenţa termică specifică corectată a elementului de construcţie considerat, stabilită conform STAS 6472/3, în metri pătraţi grad Kelvin pe watt;

  QS - fluxul termic cedat prin sol, conform CLICK

  CM - coeficient de corecţie al necesarului de caldură de calcul funcţie de masa specifică a construcţiei, determinat conform CLICK


              În cazul încălzirii încăperilor cu planşee încălzitoare prin radiaţie de pardoseală sau tavan, pentru calculul fluxului termic cedat prin transmisie, QT, se vor considera numai elementele de construcţie care au temperatura feţei dinspre incinta încalzită mai mică decât temperatura interioară convenţională de calcul a acesteia.

sus  

Rm

AT θi θe CM QT Rm
[m²] [°C] [°C] - [W] [m²K/W]

Rezistenţa termică medie, Rm, exprimată în metri pătraţi grad Kelvin pe watt, se calculează cu relaţia:

  Rm = [ATi - θe) CM] / QT     [m²K/W]

în care:

  AT - aria suprafeţei totale a încăperii (reprezentând suma tuturor suprafeţelor delimitatoare), în metri pătraţi;

  θi, θe, QT - au semnificaţiile anterioare;

sus  

Ac

Ac - adaosul pentru compensarea efectului suprafeţelor reci, în scopul corectării bilanţului termic al corpului omenesc în încăperile în care elementele de construcţie cu rezistenţa specifică redusă favorizează intensificarea cedării de căldură a corpului prin radiaţie.

Adaosul pentru compensarea efectului suprafeţelor reci, Ac, afectează numai fluxul termic prin elementele de construcţie ale încăperilor a căror rezistenţă termică medie, Rm, nu depăşeşte 10 m²K/W.

Valorile adaosului Ac se iau din graficul din FIG.

În cazul încălzirii încăperilor cu planşee încălzitoare prin radiaţie de pardoseală sau tavan, valorile adaosului pentru compensarea efectului suprafeţelor reci, Ac sunt cele din TABEL.

Pentru încăperi de producţie cu specific de muncă uşoară sau de muncă medie, cu locuri de muncă staţionare, adaosul Ac se prevede numai în cazul în care locurile de muncă sunt situate la o distanţă mai mică de 5 m de suprafeţele vitrate exterioare.

Adaosul Ac nu se prevede în următoarele situaţii:

- în cazul depozitelor, casei scării etc. sau încăperilor prin care oamenii trec sau staţionează purtând îmbrăcămintea de stradă (de exemplu săli de expoziţie);

- în cazul încăperilor de producţie cu specific de muncă medie cu locuri de muncă nestaţionare sau cu specific de muncă grea;

- în cazul încăperilor a căror rezistenţă termică medie, RM, depăşeşte 10 m²K/W.

sus  

Ao

Ao - adaosul pentru orientare, în scopul diferenţierii necesarului de căldură de calcul al încaperilor diferit expuse radiaţiei solare.

Adaosul pentru orientare, Ao, afectează numai fluxul termic cedat prin elementele de construcţie ale încăperilor cu pereţi exteriori supraterani şi are valorile din TABEL.

Pentru încăperi cu mai multi pereţi exteriori, adaosul Ao se stabileşte corespunzător peretelui cu orientarea cea mai defavorabilă.

sus  

Qi

              Sarcina termică pentru încălzirea de la temperatura exterioară la temperatura interioară a aerului infiltrat prin neetanşeităţile uşilor şi ferestrelor şi a aerului pătruns la deschiderea acestora, Qi, se determină ca valoarea maximă între sarcinile termice Qi1 şi Qi2, exprimate în waţi, în care:

      Qi1 - Sarcina termică pentru încălzirea de la temperatura exterioară convenţională de calcul la temperatura interioară convenţională de calcul, a aerului infiltrat prin neetanşeităţile uşilor şi ferestrelor şi a aerului pătruns la deschiderea acestora, determinată ţinând seama de numărul de schimburi de aer necesar în încăpere din condiţii de confort fiziologic cu relaţia:

nao CM V ρ cp θi θe Qu Ac Qi1
[(m³/s)/m³] [-] [m³] [kg/m³] [J/(kgK)] [°C] [°C] [W] [-] [W]

            Qi1 = [nao CM V ρ cpi - θe) + Qu] (1 + Ac/100)       [W]

      Qi2 - Sarcina termică pentru încălzirea de la temperatura exterioară convenţională de calcul la temperatura interioară convenţională de calcul, a aerului infiltrat prin neetanşeităţile uşilor şi ferestrelor şi a celui pătruns la deschiderea acestora, determinată de viteza convenţională a vântului se calculează cu relaţia:

            Qi2 = {CM [E Σ i L v⁴⁄₃i - θe)] + Qu} (1 + Ac/100)       [W]

în care:

              • nao - numărul de schimburi de aer necesar în încăpere din condiţii de confort fiziologic, în metri cubi pe secundă pe metru cub;

      Se recomandă următoarele valori:

      - pentru clădiri de locuit şi similare lor:

              - camere de locuit

              nao = 0.22 x 10⁻³     (m³/s)/m³       (echivalent cu 0.792 (m³/h)/m³)

              - bucătării

              nao = 0.33 x 10⁻³     (m³/s)/m³       (echivalent cu 1.19 (m³/h)/m³)

              - băi

              nao = 0.28 x 10⁻³     (m³/s)/m³       (echivalent cu 1.0 (m³/h)/m³)

      - pentru şcoli, grădiniţe, creşe, spitale:

              nao V = 7 x 10⁻³ Np, în metri cubi pe secundă;

              • Np - numărul de persoane;

              • V - volumul încăperii, în metri cubi;

              • Cp - căldura specifică la presiune constantă a aerului la temperatura θi, în jouli pe kilogram grad Kelvin;

              • ρ - densitatea aerului la temperatura θi, în kilograme pe metri cubi;

              • E - factor de corecţie de înăltime, conform:

      Factorul de corecţie de înălţime, E, are valoarea 1 pentru încăperi din clădiri cu mai puţin de 12 niveluri.

      Pentru clădiri cu 12 sau mai multe niveluri, valorile factorului E sunt indicate în TABEL.

      Valorile factorului E pentru hale sunt prezentate:

      Sarcina termică pentru încălzirea de la temperatura exterioară convenţională de calcul la temperatura interioară convenţională de calcul a aerului infiltrat, se calculează cu ajutorul factorului de corecţie de înălţime E, ale cărui valori sunt prezentate în TABEL funcţie de înălţimea halei.

              • θi şi θe - au semnificaţiile anterioare;

              • i - coeficient de infiltraţie a aerului prin rosturi, în waţi pe metru grad Kelvin (secunde pe metru)⁴⁄₃, conform:

      Valorile coeficientului de infiltraţie prin rosturi, i, în funcţie de felul uşilor şi ferestrelor şi modul de comportare a clădirii la acţiunea vântului, sunt indicate în TABEL.

      NOTE

      1 - Ae reprezintă aria totală a elementelor mobile ale uşilor şi ferestrelor exterioare iar Ai aria uşilor interioare.

      2 - Prin "clădiri greu permeabile" se înţeleg clădirile sau compartimentele de clădire la care datorită existenţei pereţilor despărţitori fără goluri, ieşirea aerului infiltrat prin rosturi se face numai prin casa scării sau printr-un coridor central (clădiri de locuit cu simplă orientare, apartamente de colţ care nu au faţade diametral opuse, compartimente de hale fără comunicaţie cu restul clădirilor etc.).

      3 - Prin "clădiri permeabile" se înţeleg clădirile sau compartimentele de clădiri care, datorită absenţei pereţilor despărţitori sau existenţei pereţilor despărţitori cu goluri sau a casei scării cu uşi exterioare spre ghena de gunoi, ieşirea aerului infiltrat se face prin rosturile uşilor şi ferestrelor plasate în alte faţade (săli cu mai multe faţade, apartamente cu ferestre plasate în faţade diametral opuse, hale sau compartimente de hale).

              • L - lungimea rosturilor uşilor şi ferestrelor din faţadele supuse acţiunii vântului, în metri, conform:

      Lungimea rosturilor, L, este egală cu perimetrul elementelor mobile ale ferestrelor şi uşilor. Rostul format de două elemente mobile se ia în calcul o singură dată; în cazul uşilor şi ferestrelor duble, rostul se măsoară pentru un singur rând.

      În cazul încăperilor cu doi pereţi exteriori alăturaţi (încăperi de colţ), ambii pereţi se consideră sub acţiunea vântului de calcul.

      În cazul încăperilor cu doi pereţi exteriori situaţi pe faţade opuse, se va considera sub acţiunea vântului de calcul acea faţadă pentru care Σ(iL) are valoarea cea mai mare.

      În cazul încăperilor cu trei sau patru pereţi exteriori, se consideră sub acţiunea vântului de calcul cei doi pereţi alăturaţi pentru care Σ(iL) are valoarea cea mai mare.

              • v - viteza convenţională a vântului de calcul, în metri pe secundă, conform:

      Viteza convenţională a vântului de calcul, v, şi valoarea v¾ în funcţie de zona eoliană în care se găseşte localitatea respectivă şi de amplasamentul clădirii faţă de localitate sunt indicate în TABEL.

      NOTE

      1 - Vitezele convenţionale ale vântului de calcul sunt valabile pentru altitudini sub 1100 m. Pentru clădiri amplasate la altitudini mai mari, vitezele convenţionale ale vântului de calcul se stabilesc pe baza datelor meteorologice privitoare la concomitenţa vântului cu temperaturi scăzute, astfel încât necesarul de căldură de calcul rezultat să nu fie depăşit în mai mult de 10 h până la 20 h pe an.

      2 - Pentru toate nivelurile situate deasupra etajului 12 al clădirilor înalte din cuprinsul oraşelor, vitezele convenţionale ale vântului de calcul cunt cele corespunzatoare clădirilor amplasate în afara localităţilor.

      Încadrarea localităţilor în zone eoliene se face conform hărţii din FIG.

              • Qu - sarcina termică pentru încălzirea aerului pătruns la deschiderea uşilor exterioare, în waţi, conform:

      Sarcina termică pentru încălzirea de la temperatura exterioară convenţională de calcul la temperatura interioară convenţională de calcul a aerului pătruns la deschiderea uşilor exterioare, Qu, se calculează cu relaţia:

Au n θi θe CM Qu
[m²] [-] [°C] [°C] [-] [W]

          Qu = 0.36 Au · n · (θi - θe) CM     [W]

      în care:

          Au - aria uşilor exterioare care se deschid, în metri pătraţi;

          n - numărul deschiderilor uşilor exterioare într-o oră, în funcţie de specificul clădirii;

          θi, θe - au semnificaţiile anterioare.

      NOTE

      1 - Sarcina termică Qu, se ia în considerare numai în cazul încăperilor cu uşi care se deschid frecvent (magazine, holuri de cinematografe etc.) şi care nu sunt prevăzute cu sasuri sau perdele elastice. Luarea în considerare a acestei sarcini termice nu este suficientă pentru combaterea inconfortului determinat de curenţii reci produşi la deschiderea uşilor, efectele acestor curenţi vor fi combătute prin măsuri adecvate.

      2 - Sarcina termică pentru încălzirea aerului pătruns prin uşile de circulaţie pentru vehicule mari, la care nu se pot prevedea sasuri, se consideră în calcul şi se combate prin metode adecvate (de exemplu perdele de aer).

sus  

Q

QT Ac Ao Qi Q
[W] - - [W] [W]

              Necesarul de căldură de calcul, Q, exprimat în waţi, al unei încăperi se calculează cu relaţia:

                    Q = QT [1 + (Ac + Ao)/100] + Qi       [W]

      în care:

QT - flux termic cedat prin transmisie, considerat în regim termic staţionar, corespunzător diferenţei de temperatură între interiorul şi exteriorul elementelor de construcţie care delimitează încăperea, în wati, calculat conform CLICK;

Qi - sarcina termică pentru încălzirea de la temperatura exterioară convenţională de calcul a aerului infiltrat prin neetanşeităţile uşilor şi ferestrelor şi a aerului pătruns la deschiderea acestora, în waţi, calculat conform CLICK;

Ao - Adaosul pentru orientare, conform CLICK;

Ac - Adaosul pentru compensarea efectului suprafeţelor reci, conform CLICK.

Necesarul de căldură de calcul al unei incăperi se majorează sau se micşorează cu fluxul termic absorbit sau cedat de diverse procese cu caracter permanent dacă acesta depăşeşte 5% din necesarul de căldură de calcul, Q.

sus