Universitatea Politehnica TimioaraFacultatea de Construcii
PROIECT REELETERMICE
Coordonator: Student:
Dr. Ing. Cristian PCURAR Maximovici Simona
2014 2015
1. Foaie de capt
Proiect nr.: 1/2015
Denumire proiect: Reeaua termica a unei localitati
Beneficiar: Universitatea Politehnica Timioara
Proiectant: Maximovici Simona
Faza: P.Th.
2.Borderou
A. Parte scris1. Foaie de capt
2. Borderou
3. Tem de proiectare
4. Memoriu tehnic justificativ
5. Breviar de calcul
5.1 Calculul simplificat al necesarului de cldur
5.2 Calculul hidraulic al conductelor
5.3 Calculul de echilibrare hidraulic
5.4 Calculul termic al conductelor
5.5 Calculul mecanic al conductelor
B. Parte desenat1. Plan de situaie 1:5000
2. Graficul piezometric al reelei3.Profil longitudinal 4.Detalii de montaj,sprijin,izolatie pentru elemente utilizate
3. Tem de proiectareS se dimensioneze o reea de ap fierbinte 150/70 C ce alimenteaz un
numr de 10 puncte termice din cadrul unei localiti urbane situat n zona climatic II.
Reeaua termic este tip ramificat, pozat n 2 variante: suprateran si subteran
(n canale termice i direct n sol, conducte preizolate).
Lungimea reelei de termoficare de la cel mai ndepartat punct termic pan la
CET este de 2150 m. Denivelrile de teren ntre punctul cel mai de jos i punctul cel
mai nalt 5 m.
Cldirile racordate la reeaua de termoficare sunt:
1. Cldiri de locuitTip cldire L [m] l [m] H [m] Numr
CL1 15 10 4 15
CL2 30 12 12 16
CL3 20 15 20 17
CL4 50 60 15 18
2. Cldiri social culturaleTip cldire L [m] l [m] H [m] Numr
CSC1 35 30 15 6
CSC2 60 55 32 1
CSC3 80 70 20 3
3. Cldiri industriale
Tip cldire L [m] l [m] H [m] Numr
CI1 80 60 6 2
CI2 60 70 8 3
CI3 70 50 12 1
4. Memoriu tehnic justificativ
Conform temei de proiectare, n cadrul prezentei documentaii s-a realizat
proiectarea reelei de termoficare cu ap fiebinte (supraincalzit) 150/70 C prin
intermediul creia se asigur alimentarea cu energie termic necesar nclzirii
cldirilor situate n oraul Timioara pentru care se cunoaste planul de situaie redat n
plansa.
Destinaiile i dimensiunile cldirilor sunt date n tema de proiectare.
Calculul necesarului de cldur s-a efectuat prin metoda caracteristicii termice a
cldirii i prin metoda de calcul pe conturul exterior, n calculele ulterioare
considerndu-se valoarea cea mai mare.
Temperatura interioar de calcul s-a ales conform STAS 1907/2, iar
temperatura exterioar de calcul pentru Timioara este de -15C conform STAS
1907/1. Caracteristica termic a cldirii s-a ales din tabele funcie de destinatia cldirii
i volumul construit.
Calculul necesarului de cldur pentru ventilare s-a efectuat prin metoda
caracteristicii de ventilare i prin metoda numrului de schimburi orare, n calculele
ulterioare s-a luat valoarea cea mai mare.
Calculul necesarului de cldur pentru ACM s-a efectuat utiliznd indice al
consumului de cldur, funcie de destinaia cldirii i apreciind numrul de ocupani ai
cldirii.
5. Breviar de calcul
5.1 Calculul necesarului de cldur
Necesarul de caldura al unui obiectiv sau a unei zone construite cu cladiri de
locuit, cladiri social-culturale, administrative sau industriale, cuprinde:
Necesarul de caldura pentru incalzire
Necesarul de caldura pentru ventilatii
Necesarul de caldura pentru prepararea apei calde menajere
Pierderi pe reteaua de transport
5.1.1 Necesarul de cldur pentru nclzireCalculul simplificat al necesarului de cldur pentru ncalzire se face pe baza
unor date estimative referitoare la perspectiva dezvoltrii n timp a unei zone de
locuine sau a unei zone industriale, numrul de locuitori n perspectiva, numrul de
apartamente, obiectivele social-culturale sau industriale ce urmeaza a fi realizate.
5.1.1.1 Metoda caracteristicii termice a cldirii
Estimarea pierderilor de cldur prin elementele de construcii se bazeaz perelatia:
Unde:
Qi
xi
Ve
(ti
t e ) a [kW]
Qi
necesarul de cldur datorat pierderilor prin elementele de construcie [kW]
x caracteristica temic a cldirii [W/moC]
Ve
volumul exterior construit [m]
ti
temperatura interioar [C] conform STAS 1907/2-80
te
temperatura exterioar conventional de calcul [C] conform STAS 1907/1
a coeficient de corecie care ine seama de variatia lui xi cu temperatura exterioar
i este dat n tabelul de mai jos:
te [C] -12 -15 -18
a 1,35 1,29 1,21
Neetaneitile ferestrelor i uilor exterioare determin aparitia unei ventilaii
naturale prin presiunea termic sau presiunea vntului, cu ptrunderea aerului rece
exterior n interiorul spaiilor de nclzit, ceea ce conduce la un consum suplimentar de
cldur pentru ncalzirea acestui aer:
Unde:
Qvn
f Qi W
Qvn
necesarul de cldur pentru ncalzirea aerului rece infiltrat din exterior [W]
Qi
necesarul de cldur datorat pierderilor de elemente de construcii [W]
f coeficient de corecie care ine seama de temperatura exterioar i este dat n
tabelul de mai jos:
te [C] +10...0 0...-5 -5...-10 -10...-15 -15...-20
f 0,22-020 0,20-0,15 0,15-0,10 0,10-0,07 0,07-0,05
Necesarul total pentru nclzire este:Q
it
Qi
Qvn
W
Unde:Qit
Qi
necesarul de cldur total pentru nclzire [W]
necesarul de cldur datorat pierderilor prin elementele de construcii [W]
Qvn
necesarul de cldur pentru ncalziera aerului rece infiltrat din exterior [W]
5.1.1.2 Metoda de calcul pe conturul exterior al cldiriiMetoda const ntr-un calcul aproximativ al transferului de cldur pe conturul
exterior al unei cldiri, indiferent de destinaie, inndu-se cont de raportul suprafee
pline (zidite) suprafee vitrate (ferestre, luminatoare, ui exterioare).
Unde:
SE
S p
S m2
SE
supafaa exterioar a cldirii, inclusiv acoperiul sau terasa [m]
S p
suprafata plin [m]
Sv
suprafata vitrat [m]
Se poate aprecia:pentru hale indstriale: Sv
0,1 0,3 SE
pentru locuine: Sv 0,1
0,2 SEpentu cldiri social-culturale i administrative: S
v 0,20,4 S
E
Unde:
Qpp
S p
(ti
te ) K
p W
Qpp
S p
pierderile de cldur prin suprafee pline [W]
suprafata plin [m]
ti
temperatura interioar [C] conform STAS 1907/2-80te
temperatura exterioar conventional de calcul [C] conform STAS 1907/1
K p
coeficient gobal de tansfer de cldur prin suprafee pline W , funcie dem3 Cstarea vremii
Unde:
Qpv
Sv
(ti
te ) K
v W
Qpv
pierderile de cldur prin spaii vitrate [W]
Sv
suprafata vitrat [m]
ti
temperatura interioar [C] conform STAS 1907/2-80te
temperatura exterioar conventional de calcul [C] conform STAS 1907/1
KV
coeficient global de transfer de cldur prin suprafete vitrate W m3 C
, funcie de
starea vremiiCoeficient t
e fr vnt i
clim uscat
te
- 5C cu
vnt i ploaie
Valori
STAS
K p
0,79 1,70 1,50...1,98
KV
3,82 8,26 3,25...5,23
Necesarul total de cldur pentru ncalzire devine:
Unde:
QIT
1,2 Qpp
Qpv
W
QIT
Qpp
Qpv
necesarul de cldur total pentru nclzire [W]
pierderile de cldur prin suprafee pline [W]
pierderile de cldur prin suprafee vitrate [W]
5.1.2 Necesar de cldur pentru ventilarea cldirilorNecesarul de cldur pentru ventilare reprezint cantitatea de cldur necesar
nclzirii aerului proaspt introdus printr-un sistem de ventilare ntr-o cldire social-
cultural, administrativ sau industrial cu scopul de a evacua nocivitile (gaze,
vapori, praf etc) i de a mentine o temperatur interior cat mai constant.
5.1.2.1 Metoda de calcul dupa numrul de schimburi orare
Se utilizeaz relatia:
Unde:
L debitul de aer ventilat m
3
h
L n m3 h
n numrul de schimburi orareschimburi hV
i
volumul interior al spatiului ventilat m
Valorile numrului de schimburi orare se aleg n funcie de procesul tehnologic i
destintia obiectului ventilat astfel:
n 3 4 schimburi h
n 5 8 schimburi h
la cldiri social culturale i industrii slab poluante
la industrii poluante
Necesarul de cldur pentru ncalzirea aerului proaspt:
Unde
Q 1
Lv 3,6c
p t W
Qv
necesarul de cldur pentru ventilare [W]
L debitul de aer ventilatm
3
h
- densitatea medie a aerului; 1,2 kg m3
cp
cldura specific a aerului; c p
1 kJ kg C
t - diferena de temperatur a aerului nainte i dupa ncalzire [C]
a) pentru industrii poluante (n5 schimburi/h), ventilarea se realizeaz fr
recircularea aerului, ntreg debitul de aer fiind preluat din exterior:t
te
ti
C
ti
temperatura interioar [C] conform STAS 1907/2-80
te
temperatura exterioar conventional de calcul [C] conform STAS 1907/1
b) pentru industrii nepoluante (n
te
temperatura exterioar conventional de calcul [C] conform STAS 1907/1
5.1.3 Necesarul de cldur pentru prepararea apei calde menajereDebitul de apa calda menajer se determin n funcie de natura
consumatorului, posibilitatile acestuia de acumulare, durata de utilizare etc.
1
Unde:
Qac
3,6G
ac
c (tac
tar
) W
Qac
Gac
necesarul de cldur pentru prepararea apei calde menajere [W]
debitul de apa [kg/h]
c cldura specific a apei;
c 4,18 kJ kg Ct
ac temperatura apei calde; t
ac
60 Ct
ar
temperatura apei reci; t ar
10...15 C
Pentru a tine seama i de neuniformitatea consumatorilor se utilizeaza relatia:
Q c
NQ a c
W
Unde:
ac 2 2,5Q
acnecesarul de cldur pentru prepararea apei calde menajere [W]
c - indicele consumului de cldur [W/loc]
N numrul de persoane luat n calcul
5.1.4 Necesarul total de cldurNecesarul total de cldur produs de ctre centralele termice i transportat prin
intermediul agenilor termici la consumatori prin reelele de termoficare este dat de
relatia:
Unde:
Qretea
Qi
Qv
Qac
Q W
Qretea
necesarul total de cldur transportat prin reeaua de termoficare [W]
Qi
- necesarul termic pentru nclzire [W]
Qv
necesarul termic pentru ventilare [W]
Q pierderile de cldur pe lungimea reelelor de transport [W]
Iniial se apreciaz pierderile de cldur de-a lungul reelei de transport la 2...5%
din Qretea
urmnd ca ulterior s se verifice aceast valoare dup efectuarea calculelor
pentru determinarea grosimii optime a izolaiei termice.
5.2 Calculul hidraulic i graficul piezometric al reelei de
termoficare
5.2.1 Calculul hidraulicPrin calculul hidraulic se determin diametrele reelei de termoficare i pierderile
de presiune pe retea, pe baza carora se ridica graficul piezometric al reelei. Graficul
piezometric sau graficul presiunilor reprezinta repartitia presiunilor de-a lungul reelei
de termoficare, putndu-se uor determina presiunea disponibil n fiecare punct de
racordare.
Etapele desfsurarii calculului sunt:
a. Trasarea reelei de termoficare i amplasarea punctelor temice pe planul pe
care sunt reprezentai la scar toi consumatorii n zona. Se tine cont de
posibilitile de amplasare i de gospodria subteran existent n zon,
lundu-se n considerare att aspectul tehnic (distantele minime ce trebuie
respectate fat de celelalte reele subterane conform Normativului PE 207-
80), ct i aspectul economic (cheltuielile de investitie i de ntreinere a
reelei).
b. Numerotarea tronsoanelor (poriuni de reea de diametru i debit constante),
stabilirea lungimilor i a debitelor de agent termic transportat pe fiecare
tronson al reelei magistrale i al ramificaiilor.
G 3,6 Q
kg hc t
Unde:
G debitul de calcul al tronsonului respectiv [kg/h]
Q sarcina termic transportat [W]
c cldura specific a apei;
c 4,18 kJ kg Ct - ecartul de temperatur al agentului termict t
turt
retur150 70 80 C
Determinarea lungimii echivalente a tronsoanelor prin care se tine seama de pierderile
locale de presiune. Se estimeaza lungimile echivalente ca un procent din lungimile
reale dupa cum urmeaza:
25% pentru reeaua magistral
30% pentru ramificaiile punctelor termice
c. Se determin diametrul tronsoanelor ncepnd de la ultimul punct termic spre
CET pentru rugoziti ale conductelor k=0,2 mm i viteze cuprinse n intervalul
v=0,5...0,2 m/s
Observaii:
Vitezele de curgere ale agentului termic trebuie s fie cresctoare ncepnd
cu ultimul tronson spre sursa de alimentare.
Pierderile specifice de presiune se pot adopta astfel:
o Pentru conducte magistrale: 30...50 Pa/mo Pentru conducte de ramificaie la punctele termice: 80...150 Pa/m
Calculul se face tabelar incluznd reeaua principal i toate racordurile la
punctele termice.
5.2.2 Graficul piezometric al reeleiEste reprezentarea grafic a presiunilor din conductele tur i retur ale reelei de
termoficare n regimul dinamic de funcionare. Transpunerea grafic a valorilor de
calcul se face la o scar convenabil la care se figureaz lungimea real a traseului i
pierderile de presiune de-a lungul conductelor. Se poate determia astfel cu usurina
presiunea disponibil n fiecare punct de racord.
Se traseaz nivelul static realizat de pompa de adaos, tinand cont de nalimeaconsumatorilor i de denivelarile terenului.
Presiunea statica maxim pe care o poate suporta instalaia este funcie de componentele acesteia. Astfel, instalaiile de nclzire cu corpuri statice, admit o presiune de utilizare maxima de 40...45 mH2O, iar registrele sau corpurile sudate accept presiuni mai mari. Daca presiunea disponibila n punctul de racord este maimica decat presiunea maxima admisibila, consumatorul poate fi racordat direct la reeaua de termoficare; n caz contrar, racordarea se face indirect, prin intermediul schimbatoarelor de cldur.
Pierderea de presiune proprie a CET este de 40 m H2O, iar a unui punct termic
este de 5 mH2O
5.3 Calculul de echilibrare hidraulica
Echilibrarea hidraulic a consumatorilor se face prin diagrame de laminare
atunci cand presiunea disponibil n punctul de racord al punctului termic este mai
mare decat pierderea de presiune pe ramificatie (tur-retur), la care se adaug
pierderea de presiune proprie a punctului termic.
Relaia de calcul este:
d k G
mmH exc
Unde:
d diametrul orificiului de laminare al diagramei [mm]
G debitul de agent termic pe tronsonul considerat [t/h]H
exc presiunea excedentara ce trebuie laminat prin diafragm mH
2
O
Se apreciaz iniial: dD n
mm5D
n
diametrul nominal al conductei pe care se prevede diafragma [mm]
Unde:
k 10,5 1,3 s d
s grosimea diafragmei mm; s=3...5 [mm]
d diametrul orificiului de laminare al diafragmei [mm]
5.4 Calculul termic al conductelor
Transportul cldurii prin reelele termice este nsotit, inevitabil, de pierderi de
cldur care se ralizeaz prin schimb de cldur cu mediul ambiant. n funcie de
modul de amplasare a reelelor, respectiv:
suprateran pe elemente de susinere din beton armat
subteran n conducte termice
conducte preizolate ingropate direct n pmnt
pierderile de cldur pot fi micsorate prin izolaii termice adecvate.
5.4.1 Calculul conductelor amplasate aerian
Fluxul termic unitar liniar se determin cu relaia:q
l
ql 1 1
tR
l R
liR
lp
t f
1
t f
t0
Rliz
t 0
Rlsp
W mRle
1W / m1
d ln
e d ln
iz d ln
e
Unde:
d i i
2p
d i
2iz
d e
2sp
d iz
d e e
ql
fluxul termic unitar liniar [W/m]
t - diferena de temperatur ntre agentul termic i mediul ambiant [C]Rl
t f
t0
Rli
rezistena termic total ntre interior i exterior [m/WC]
temperatura fluidului [C]
temperatura mediului ambiant [C]
rezistena termic prin convecie ntre agentul termic i peretele interior al
conductei [m/WC]Rlp
Rliz
Rlsp
rezistena termic prin conductie prin pertele conductei [m/WC]
rezistena termic prin conductie prin stratul izolator [m/WC]
rezistena termic prin conductie prin stratul de protecie al izolaiei [m/WC]
Rle
rezistena termic prin convecie de la protecia exterioar la aerul nconjurtor
[m/WC]
i - coeficient de convecie ntre agentul termic i peretele interior al conductei
[W/mC]
e - coeficient de convecie ntre stratul de protectie exterioar i aerul nconjurtor
[W/mC]
p conductivitatea termic a pretelui conductei [W/mC]
iz conductivitata termic a stratului izolator [W/mC]
sp
conductivitatea termic a stratului de protecie a izolaiei [W/mC]
di
de
diz
diametrul interior al conductei [mm]
diametrul exterior al conductei [mm]
diametul izolaiei termice [mm]
iz grosimea izolaiei [mm]
Grosimea izolaiei se poate determina cu relatia:d iz d e
mmiz 2
Coeficientul de convecie i
ntre fluidul termic i peretele interior al conductei
se stabilete cu relaii criteriale empirice n funcie de natura fluidului, regimul de
curgere, condiiile geometrice specifice.
Valorile orientative sunt:
i =10...300 pentru gaze i abur supranclzit de joas presiune
i =1500...5000 pentru abur supranclzit de nalt presiune
i =6000...10000 pentru ap calda i ferbinte
Coeficientul de convecie e
ntre stratul exterior de protecie al izolaiei termice
i mediul ambiant se poate adopta astfel:
e =7...8 pentru suprafee orizontale cu circulaie ascendent
e =5...6 pentru suprafee orizontale cu circulatie descendent
Conductivitatea termic a stratului de protectie al izolaiei, n funcie de
materialul utilizat are valorile:sp
1 W / m C
- pentru tabl
sp 0,2...0,3 w / m
C- pentru carton bituminat
Conductivitatea termic a stratului izolant se exprima printr-o relatie analitic de
forma:
Unde:
iz a b t
m
a, b
constante ce depind de natura materialului utilizat ca izolator
tm
temperatura medie a statului izolat [C]
Pierderea de cldur totala a unei conducte este dat de relatia:
Unde:
Qt
ql
Le
ql
( K L
1) W
Qt
pierderea de cldur totala a unei conducte [W]
ql
fluxul termic unitar liniar [W/m]L
e
lungimea echivalent a conductei [m]
K coeficient de majorare a pierderilor de cldur prin elementele de susinere a
conductei
L lungimea geometrica a conductei [m]
l lungimea ce echivaleaza pierderile de cldur prin armturi i mbinri neizolate
[m]
K=1,25 pentru conducte n aer liber
l=4,5m pentru d=100mm
l=6,0m pentru d=500mm
5.4.2 Calculul conductelor amplasate subteran5.4.2.1 Conducte amplasate n canal termic
Rezistena izolaiei termice se determin cu relatia:Rliz 1 ln
d iz m / W C
Unde:
2 iz
de
iz
- conductivitatea termic a stratului izolator [W/mC]
diz
- diametrul izolaiei termice [mm]
de
- diametrul exterior al conductei [mm]
Rezistena stratului protector al izolaiei:Rlsp 1 ln
d c m / W C
Unde:
2 sp
diz
sp
- conductivitatea termic a stratului de protecie a izolaiei [W/mC]
diz
dc
- diametrul izolaiei termice [mm]
- diametrul exterior al proteciei [mm]W/mC
Rezistena exterioar a conductei
Unde:
Rle
1
e d
e
m / W C
e
- coeficient de convecie ntre stratul de proteie exterioar i aerul nconjurtor
de
- diametrul exterior al proteciei [mm]
Rezistena interioar a canalului termiccanli
1 m / W C
Unde:i
Dei
i
- coeficient de convecie ntre agentul termic i peretele interior al conductei
Dei
Dee
- diametrul echivalent interior
- diametrul echivalent exterior
Diametrul echivalent: De
4 S P
S aria seciunii transversale strabatut de fluid
P - perimetrul udat de fluid
Rezistena peretelui canalului termic:canlp 1 2
canln
Dee
Dei
m / W C
can =1,28 W/mC pentru canal din beton
can =1,55 W/mC pentru canal din beton armat
can =1,77 W/mC pentru canal din zidrie de caramid
Rezistena solului pentru conduta n canalul termic:Rlsol 1 ln
4 hm / W
C daca h
22
sol
Dee
Dee
sol =1,2 W/mC pentru soluri putin umede
sol =1,8...2,3 W/mC pentru soluri umde
Admitnd pierderile specifice de cldur date n tabele, temperatura din canalul
termic se ralizeaz cu relati:
tsol
tsol=5 [C]t
cant
solK (q
l1q
l 2 ) canli Rlsol
) C
K coeficient de majorare a pierderilor de cldur prin elementele de susinere a
conductei
K=1,15 pentru reele magistrale pozate n canal termic
Pierderile de cldur specifice sunt date de:(t t )
ql1 f 1 ca n
W / mRliz
Rle1
(t t )ql 2
f 2 ca n
W / mRliz
Rle 2
Pierderea totala de cldur este data de relatia:Qt
L1
lungimea conductei pe tur
L2
lungimea conductei pe retur
ql1
L1
ql 2
L2
W
5.4.2.2 Condute preizolate ngropate direct n pmnt
Rezistena solului pentru conducta ngropat direct n pmnt este:Rlsol 1 ln
4 h m /W C2
sol
de
Perderile de cldur spcifice sunt date de:(t t ) R R (t t ) R
q f 1 so l liz 2 lso l 2 f 2 so l l 1, 2 W ml1 (R
liz1
Rlsol1
) ( Rliz 2
Rlsol 2
)2
/l1, 2
(t t ) R R (t t ) Rq f 2 so l liz 2 lso l 2 f 2 so l l 1, 2 W ml 2 (R
liz1
Rlsol1
) ( Rliz 2
Rlsol 2
)2
/l1,2
Pierderea totala de cldur este dat de relatia:Qt
ql1
L1
ql 2
L2
W
L1
lungimea conductei pe tur
L2
lungimea conductei pe retur
5.5 Calculul mecanic al conductelor
Prin calculul mecanic se determin numrul necesar de puncte fixe, mobile,
distanele dintre acestea i modul de preluare al dilatrilor.
Dilatarea conductei se calculeaz cu formula:
Unde:
l L t mm
- coeficient de dilatare termic liniara a materialului conductei
L - lungimea conductei mm
t - diferena de temperatur la care este supus conducta
Distanta dintre reazemele mobile se determina cu urmatoarea relatie:
Unde:
l 0,0165 a E I gt
[m]
a- panta de montaj a conductei [mm/m]
E- modulul de elasticitate [daN/cm2]
I - momentul de inertie al sectiunii [cm4]
gt- greutatea totala proprie a conductei [daN/m]
Autocompensarea se realizeaza la conducte sub trasee L i Z. Lungimea braului H
care compenseaz alungirea l este :
Unde:
H (0,063...0,071) De l [m]
De este diametrul exterior conductei, n [mm]
l este alungirea conductei datorat dilataiei termice