Calculul necesarului anual de căldură pentru încălzire Q

Metoda de calcul a necesarului anual de căldură pentru încălzirea spaţiilor este utilizată pentru analiza performanţei energetice a clădirilor de locuit sau de cazare. Este o metodă simplificată, plecând de la coeficientul global de izolare termică G, cu considerarea aporturilor interne de căldură şi de energie solară.

Necesarul anual de căldură pentru încălzirea unui m3 de volum interior se calculează cu relaţia:

(1)

în care:Q – necesarul anual de căldură pe metru cub de volum încălzit, [kWh/m3∙a];G – coeficientul global de protecţie termică a clădirii, [W/m3∙K]

- numărul anual de grade-zile de calcul, corespunzător localităţii unde

este amplasată clădirea, calculat pentru temperatura interioară medie din perioada de încălzire (i) şi pentru temperatura exterioară medie zilnică care marchează începutul şi sfârşitul sezonului de încălzire (eo = +12oC), şi exprimat în [K∙zile], determinat cu relaţia:

[K∙zile] ( )

- numărul anual de grade-zile de calcul, pentru θi = +20oC şi θe = +12oC, (tabelul a);

θi – temperatura interioară medie a clădirii [oC];D12 – durata convenţională a perioadei de încălzire, corespunzătoare

temperaturii exterioare care marchează începerea şi oprirea încălzirii (eo = +12oC), [zile];

Qi – aportul intern de căldură, rezultat din locuirea clădirii, aferent unui m3

de volum încălzit [kWh/m3∙a];Qs – aportul de căldură, provenită din radiaţia solară, aferent unui m3 de

volum încălzit,Temperatura interioară medie a clădirii θi se calculează cu relaţiile:

[oC] sau [oC]

θj – temperatura interioară de calcul a încăperilor direct încălzite ale clădirii [oC];

Vuj – volumul util al încăperilor direct încălzite, [m3];

Auj – aria utilă a încăperilor direct încălzite [m2];huj – înălţimea liberă a încăperilor între pardoseală şi tavan [m].

Numărul anual de grade –zile de calcul Tabel aNr. crt. Localitatea

θa D12 Nr. crt. Localitatea

θa D12

[oC] [K∙zile] [zile] [oC] [K∙zile] [zile]1. Adamclisi 10,8 3120 193 41. Miercurea Ciuc 6,5 4250 2422. Alba Iulia 8,9 3460 210 42. Odorheiul

Secuiesc7,7 3940 227

3. Alexandria 10,7 3150 189 43. Oradea 10,2 3150 1954. Arad 10,4 3020 192 44. Oraviţa 10,9 3000 1875. Bacău 9,0 3630 209 45. Păltiniş-Sibiu 4,5 5170 2666. Baia Mare 9,5 3350 201 46. Petroşani 7,6 3960 2277. Bârlad 9,6 3460 200 47. Piatra Neamţ 8,7 3560 1988. Bistriţa 7,9 3850 224 48. Piteşti 9,7 3420 1999. Blaj 8,9 3530 210 49. Ploieşti 10,1 3390 19610. Botoşani 9,0 3630 209 50. Poiana Stampei

(SV)4,0 5290 284

11. Braşov 7,5 4030 227 51. Predeal 4,8 5090 25912. Brăila 10,5 3170 190 52. Râmnicu Sărat 10,6 3170 19013. Bucureşti 10,6 3170 190 53. Râmnicu Vâlcea 10,3 3120 19414. Buzău 10,7 3150 189 54. Reşiţa 10,1 3130 19615. Calafat 11,4 2980 181 55. Roman 8,8 3700 21016. Călăraşi 11,2 3010 185 56. Satu Mare 9,4 3370 20117. Câmpina 8,9 3530 210 57. Sebeş 9,1 3470 20818. Câmpulung

Moldovenesc6,5 4270 242 58. Sf. Gheorghe

(Covasna)7,0 4140 235

19. Câmpulung Muscel

7,9 3820 224 59. Sibiu 8,5 3660 215

20. Caracal 10,9 3100 187 60. Sighişoara 8,3 3640 21621. Caransebeş 10,1 3180 196 61. Sinaia (cota

1500)3,6 5650 325

22. Cluj 8,3 3730 218 62. Slatina 10,6 3200 19023. Constanţa 11,5 2840 186 63. Slobozia 10,6 3150 19024. Craiova 10,6 3170 190 64. Suceava 7,5 4080 23025. Curtea de Argeş 8,8 3540 210 65. Sulina 11,3 3000 19026. Deva 9,6 3300 200 66. Târgovişte 10,1 3390 19627. Dorohoi 8,4 3850 217 67. Târgu Jiu 10,1 3390 19628. Drăgăşani 10,4 3120 192 68. Târgu Mureş 8,8 3540 21029. Făgăraş 7,7 3930 227 69. Târgu Ocna 9,3 3410 20530. Focşani 9,9 3350 196 70. Târgu Secuiesc 6,8 4370 23731. Galaţi 10,5 3190 190 71. Tecuci 9,8 3390 19832. Giurgiu 11,1 3030 185 72. Timişoara 10,6 3180 19033. Gura Honţ

(Arad)9,8 3290 198 73. Tulcea 11,0 3070 191

34. Griviţa (Ialomiţa) 10,5 3190 190 74. Turda 8,7 3560 19835. Huşi 9,7 3420 199 75. Turnu Măgurele 11,2 3010 18536. Iaşi 9,4 3510 201 76. Turnu Severin 11,6 2810 18137. Joseni 4,9 4960 259 77. Urziceni 10,6 3170 19038. Lugoj 10,4 3100 192 78. Vaslui 9,3 3570 20539. Mangalia 11,4 2880 187 79. Vatra Dornei 5,3 4580 25740. Medgidia 11,5 2960 187 80 Zalău 9,5 3300 201

θa - temperatura medie anuală

Coeficientul de corecţie C se determină în funcţie de numărul de grade - zile (fig. ...) şi depinde de:

- diminuarea temperaturii în timpul nopţii;- variaţia în timp a temperaturii exterioare;

- dotarea instalaţiei interioare de încălzire cu dispozitive de reglare termostatată;

- regimul de exploatare a instalaţiei de încălzire.

Fig. Coeficientul de corecţie C: 1- instalaţii dotate cu dispozitive de reglare termostatată; 2 - instalaţii fără dispozitive de reglare termostatată; a - punct termic/staţie termică compactă/centrală termică locală automatizată; b - punct termic cu reglaj manual; c - centrală termică de cartier, neautomatizată.

Aportul intern de căldură Qi provine din: fluxul termic emis de persoanele care locuiesc, muncesc sau staţionează în încăperile clădirii, utilizarea apei calde pentru spălat, prepararea hranei prin utilizarea combustibilului gazos, utilizarea energiei electrice (radio, tv, frigider, aspirator, maşină de spălat), iluminat general şi local, funcţionarea ventilatoarelor, a aparatelor de aer condiţionat, caculator, etc.

La clădiri de locuit se consideră : Qi = 7 kWh/(m3∙an).Aportul de căldură provenit din radiaţia solară Qs se consideră că se

realizează numai prin suprafeţele vitrate (nu se ţine seama de aportul de căldură prin suprafeţele opace) şi se determină cu relaţia:

[kWh/(m3∙an)] ()

în care:IGj - radiaţia solară globală (directă şi difuză), disponibilă corespunzătoare unei orientări cardinale „j”, calculată cu relaţia:

[kWh/(m2∙an)] ()

D12 – durata convenţională a perioadei de încălzire (tabelul a) [zile];ITj – intensitatea radiaţiei solare totale, funcţie de orientarea cardinală „j” şi de localitate [W/m2], (tabelul b,c);gi - gradul de penetrare a energiei prin geamurile „i” ale tâmplăriei exterioare (tabelul d). Vezi şi capitolul............AFij – aria tâmplăriei exterioare prevăzută cu geamuri clare de tipul „i” şi dispusă după orientarea cardinală „j” [m2];

V – volumul interior încălzit direct sau indirect al clădirii [m3].

Intensitatea radiaţiei solare totale ITj - Valori medii zilnice Tabelul b

LocalitateaITj [W/m2]

VerticalOrizontal

S SV / SE V / E NV / NE NAlexandria 91,1 74,9 46,8 25,5 20,2 80,8Bacău 83,9 70,4 46,0 26,2 20,5 83,2Bârlad 86,3 71,8 46,6 25,5 19,9 81,7Botoşani 84,8 71,0 46,0 25,8 20,0 82,8Bucureşti 92,5 76,0 47,4 25,7 20,3 82,0Calafat 91,3 74,5 45,7 24,4 19,4 77,4Călăraşi 95,0 77,6 47,6 25,2 19,8 81,1Câmpina 96,0 79,5 50,3 27,7 21,8 89,3Caransebeş 85,4 70,7 44,9 25,0 19,9 78,8Cluj Napoca 88,2 74,2 48,5 27,7 21,5 88,4Constanţa 97,8 79,8 48,8 25,7 20,2 83,2Craiova 92,5 76,0 47,4 25,7 20,3 81,7Curtea de Argeş 96,5 80,0 50,6 27,8 21,8 89,6Dorohoi 83,0 69,8 45,7 26,3 20,6 83,4Drăgăşani 97,8 80,1 49,3 26,1 20,5 84,8Galaţi 92,1 75,6 46,8 25,0 19,6 80,6Iaşi 82,1 68,4 44,0 24,7 19,4 78,6Oradea 87,1 71,9 45,1 24,5 19,1 78,9Predeal 92,4 78,0 52,1 32,4 26,8 98,8Râmnicu Sărat 99,8 81,4 49,6 25,7 19,9 84,8Roşiorii de Vede 93,8 76,4 46,6 24,6 19,5 78,8Satu Mare 86,0 71,5 45,4 24,9 19,3 80,5Sibiu 86,7 72,9 47,8 27,4 21,6 84,9Sighet 88,6 74,2 47,9 26,6 20,3 86,6Târgu Jiu 91,5 75,6 47,6 26,0 20,5 83,3Târgu Mureş 85,3 71,8 47,1 27,0 21,1 85,6Târgu Secuiesc 94,9 79,9 52,5 30,6 24,4 96,8Timişoara 85,2 70,3 44,2 24,3 19,3 76,9Turnu Măgurele 91,3 74,8 46,3 25,0 19,9 79,2Turnu Severin 93,4 75,9 46,0 24,1 19,2 77,4

Pentru faze preliminare de proiectare se pot considera valorile medii pentru România din tabelul c.

Intensitatea radiaţiei solare totale ITj Tabelul c

Sup

rafe

ţe

vert

ical

e

1. Orientare spre S IGS 420 kWh/(m2∙an)2. Orientare spre SE sau SV IGSE = IGSV 340 KWh/(m2∙an)3. Orientare spre E sau V IGE = IGV 210 KWh/(m2∙an)4. Orientare spre NE sau NV IGNE = IGNV 120 KWh/(m2∙an)5. Orientare spre N IGN 100 KWh/(m2∙an)6. Suprafeţe vitrate umbrite IGU = IGN 100 kWh/(m2∙an)7. Suprafeţe orizontale IGO 360 kWh/(m2∙an)

Înclinare faţă de orizontală:- ≥ 30o se consideră suprafeţe verticale;- < 30o se consideră suprafeţe orizontale.

Gradul de penetrare a energiei prin geamurile tâmplăriei exterioare gi

Tabelul dNr. crt.

Tip de geam gi

1. Geamuri duble (2geamuri simple sau un geam termoizolant dublu) 0,752. Geamuri triple (3 geamuri simple sau 1 geam simplu+1 geam termoizolant

dublu sau un geam termoizolant triplu)0,65

3. Geam termoizolant dublu având o suprafaţă tratată cu un strat reflectant e-low

0,50

4. Geamuri triple (1 geam simplu+1 geam termoizolant dublu sau un geam termoizolant triplu) având o suprafaţă tratată cu un strat reflectant e-low

0,45

5. Geam termoizolant triplu având 2 suprafeţe tratate cu straturi reflectante e-low

0,40

Necesarul anual de căldură Q în condiţii comparabile se determină pentru parametrii medii climatici şi de exploatare ai instalaţiei, având următoarele valori:

- numărul de grade zile de calcul: grade-zile;- radiaţia solară globală: IGj = IGE = 210 kW∙h/(m2∙an);- coeficientul de corecţie: C = 0,9;- aporturile interne Qi = 7 kWh/(m3∙an);- aportul de căldură provenit din radiaţia solară este:

()

Relaţia este valabilă pentru clădiri de locuit noi, proiectate după 1 ian. 2006.Necesarul anual de căldură pentru încălzirea spaţiilor QN – valori

normate depinde de compactitatea clădirii (raportul A/V) şi perioada în care a fost proiectată clădirea (tabelul e).

QN Tabelul e

A/V

Clădiri proiectate înainte de 1. ian.2006 Clădiri proiectate după1. ian.2006

QN1 QN2

[m2/m3] [kWh/(m3∙an)] [kWh/(m2∙an)] [kWh/(m3∙an)] [kWh/(m2∙an)]≤ 0,2 17,00 53,12 15,00 46,880,3 20,5 64,06 17,5 54,690,4 24,0 75,00 20,0 62,500,5 27,5 85,94 22,5 70,310,6 31,0 96,88 25,0 78,120,7 34,5 107,81 27,5 85,940,8 38,0 118,75 30,0 93,750,9 41,5 129,69 32,5 101,561,0 45,0 140,63 35,0 109,38≥ 1,1 48,5 151,56 37,5 117,19

[kW∙h/(m2∙an)][kW∙h/(m2∙an)]

în care:Au – aria utilă totală a clădirii [m2];Vu – volumul util al clădirii, [m3];hu – înălţimea liberă a încăperilor având valoarea convenţională hu= 2,50 m;

- necesarul anual de căldură aferent unui m2 de arie utilă [kW∙h/(m2∙an)]; - necesarul anual de căldură normat, aferent unui m2 de arie utilă

[kW∙h/(m2∙an)];

Necesarul anual de combustibil şi emisia anuală de dioxid de carbon se poate determina pe baza datelor din tabelul f.

Tabelul f

Combustibilul UMConsum specific Emisie de CO2

UM/kWh Kg/kWhCombustibil lichid l 0,10 0,29Gaz natural m3 0,10 0,19Termoficare Gcal 8,6∙10-4 0,24Lemn m3 1∙10-3 0,36Cărbune kg 0,20 0,33...0,40

Exemplu de calculPentru clădirea având caracteristicile de mai jos se va determina

necesarul de energie termică pentru încălzirea spaţiilor în sezonul rece.

a. Caracteristicile clădirii : - clădire P+1 cu subsol şi mansardă încălzite;- destinaţia – locuinţă individuală;- amplasament – zona climatică III : Te = - 180C ;- temperaturi interioare Ti = +200C în tot volumul clădirii;- capacitatea de protecţie termică:- pereţi exteriori: R’m = 1,93 [m2∙K/W];- acoperiş: R’m = 3,50 [m2∙K/W];- pardoseală subsol: R’m = 4,5 [m2∙K/W];- tâmplărie PVC cu geam termoizolant dublu: R’m = 0,50 [m2∙K/W], g =

0,75- rata ventilării n = 0,60 h-1 (clădire individuală moderat adăpostită, clasa

de permeabilitate medie).

b. Calculul volumului încălzit al clădirii V:Aria planşeului: Ap = 9,65 ∙10,25 – 1,25 ∙ 3,65 – 0,5 ∙ 3,85 = 92,72 m2;V = 92,72 ∙ 10,75 = 996,74 m3

Caracteristicile clădirii sunt prezentate în tabelul g.

Tabelul g

Elementul de închidere Ai (m2) R’m (m2∙K/W)1. Pereţi exteriori 392,3 1,932. Tâmplărie 58,30 0,503. Acoperiş 139,1 3,504. Pardoseală subsol 92,72 4,50

Aria totală a anvelopei 682,425. Rata ventilării n = 0,6 h-1

7. A/V = 0,685 m2/m3 GN = 0,59 W/m3∙K

G = 0,585 W/m3∙K < GN = 0,59 W/m3∙K

Se determină necesarul anual de căldură Q în condiţii comparabile pe baza parametrilor medii climatici şi de exploatare ai instalaţiei, având următoarele valori:

- numărul de grade zile de calcul: grade-zile;- radiaţia solară globală: IGj = IGE = 210 kW∙h/(m2∙an);- coeficientul de corecţie: C = 0,9;- aporturile interne Qi = 7 kWh/(m3∙an);

- aportul de căldură provenit din radiaţia solară este:

Q = 30,81 kWh/(m3∙an) - pentru clădiri proiectate înainte de 1.01.2006:

kWh/(m3∙an)

deci

Q = 30,81 < QN1 = 33,98 kWh/(m3∙an)

-- pentru clădiri proiectate după 1.01.2006:

kWh/(m3∙an)

Q = 30,81 > QN2 = 27,12 kWh/(m3∙an) deci clădirea este insuficient protejată termic, rezultând consumuri mai mari decât nivelurile impuse normate.

Necesarul anual de căldură rezultă:[kW∙h/(m2∙an)]

Verificarea nivelului de performanţă energetică:- pentru clădiri proiectate înainte de 1.01.2006:

[kW∙h/(m2∙an)]- pentru clădiri proiectate înainte de 1.01.2006:

[kW∙h/(m2∙an)] deci clădirea considerată nu se situează sub consumurile energetice limită impuse de normativul C107 /1 – 2005.