ASUPRA UNUI MOD INCORECT DE REALIZARE A INSTALAŢIILOR

DE CLIMATIZARE-VENTILARE

(analiză de caz)

 

 

Teodor TERETEAN

 

REZUMAT

   Articolul examinează una din tendinţele observate în ultima vreme şi anume subdimensionarea unor instalaţii de climatizare-ventilare de dimensiuni mici şi medii.

   La noi în ţară, posibil şi în ale părţi ale Europei de sud-est, această problema este generată de mai multe cauze.

   Una dintre acestea este lipsa fondurilor de investiţie.

   A doua, nu mai puţin importantă, este generată de suprapunerea lipsei de informaţii (cunoştinţe) tehnice ale investorilor cu tendinţa agresiva a furnizorilor de echipamente, care, substituindu-se proiectanţilor de specialitate, furnizează (cu bună ştiinţă) echipamente şi instalaţii subdimensionate.

   În această situaţie investorii sunt tentaţi să accepte, în dauna propriilor interese, furnizarea-montarea-punerea în funcţiune a unor instalaţii de climatizare subdimensionate.

   În articol sunt analizate consecinţele tehnice şi sociale ale acestor situaţii, puse în evidenţă prin simularea funcţionării unei instalaţii de climatizare-ventilare.

   Transpare astfel adevărata consecinţa a incorectitudinii realizării acestor instalaţii: diminuarea drastică a condiţiilor de confort termic şi/sau micşorarea raţiilor de aer proaspăt de care au nevoie ocupanţii spatiilor climatizate.

   Soluţia firească de rezolvare a problemei expuse rezidă în respectarea riguroasă a normativelor în vigoare, în special a Normativului I5-98.

   O cale de compromis pentru evitarea unor situaţii similare ar putea fi realizarea instalaţiilor de climatizare-ventilare în 2 etape:

   (1) echipamentul se alege astfel încât să furnizeze o putere frigorifică capabila să asigure necesarul minim de frig al incintei, în situaţiile de vârf termic, dar fără ventilaţie;

   (2) investorul suplimentează, la scurt timp, restul echipamentului care să permită asigurarea necesarului de frig simultan cu asigurarea unei ventilaţii corespunzătoare (de ex. 8 sch/h, în cazul incintei analizate în articol).

   În condiţiile în care, în prezent, controlul corectitudinii soluţiilor adoptate pentru instalaţiile realizate, este o problemă încă în discuţie, această soluţie ar constitui o posibilitate de compromis limitat în timp, între lipsa de fonduri şi necesitatea respectării condiţiilor corecte de microclimat.

   În acelaşi timp, soluţia propusă sugerează producătorilor de echipamente conceperea unor echipamente de putere frigorifică mica şi medie, cu posibilitatea ulterioară a creşterii acestei puteri prin adăugarea facilă a unor module suplimentare, cu costuri reduse.

 

 

   Cuvinte cheie: climatizare (aer condiţionat), clădiri comerciale, dimensionare instalaţie  de aer condiţionat, eficienţă, ventilare.


 

1.             INTRODUCERE

 

Articolul examinează una din tendinţele puse în evidenţă în ultima vreme în domeniul realizării instalaţiilor: dimensionarea incorectă a instalaţiei de climatizare (aer condiţionat) şi ventilare aferentă unui spaţiu public (în cazul de faţă un restaurant mediu cu specific de pizzerie). 

În general fenomenul este mai frecvent în cazul instalaţiilor mici şi mijlocii, în această arie de interes aflându-se, astăzi, un număr sporit de investiţii.

Situaţia, divers motivată,  poate fi explicată şi prin creşterea numărului de investitori mici şi mijlocii care pun în funcţiune un număr sporit de spaţii comerciale mici şi mijlocii (de ex.: baruri, restaurante, pizzerii, spaţii de vânzare etc.).

In România, Normativul I5-1998 stabileşte reguli tehnice precise de proiectare, executare şi punere în funcţiune a instalaţiilor de climatizare (aer condiţionat) şi ventilare în clădiri.

Astfel, necesarul de aer proaspăt pentru ventilare, are valori cuprinse în intervalul: 20-70 m3/(h.persoană) sau 5.55-19.44 l/(s* persoană) sau, cu referire la volumul spaţiului de ventilat, valorile variază de regulă în intervalul 2-20 sch/oră.

Cu toate acestea, investitorii sunt gata să accepte instalaţii de climatizare şi ventilare subdimensionate.

Dintre motivele, cel mai frecvent întâlnite în aceste cazuri, se pot cita: planificarea defectuoasă sau (chiar) lipsa fondurilor pentru investiţie, incompetenţa sau reaua credinţă a furnizorului de echipamente (care se substituie, interesat şi cu bună ştiinţă, proiectantului de specialitate),  intelegerea tacită dintre furnizorul de echipamente şi investitor de a subdimensiona instalaţia (ultimul ştiind că, după realizarea întregului obiectiv, acesta va fi scos la vânzare) etc.

 

 

2.             DATELE DE BAZĂ ALE SPAŢIULUI DE CLIMATIZAT ŞI VENTILAT

 

Tip de obiectiv: restaurant cu specific de pizzerie.

Amlasarea obiectivului: un oraş important din Estul României.

Dimensiunile incintei (L * l * H): 9.20 x 5.80 x 3.00 m.

Suprafaţa pardoselii: 53 m2.

Volumul: 160 m3.

Poziţia în clădire: etajul 1 într-o clădire cu 2 nivele.

Deasupra incintei se află: pod cu astereală de lemn şi ţigle sintetice.

Sub incintă se află: solul.

Pereţii incintei: toţi exteriori.

Orientarea şi mărimea ferestrelor: 9 m2.

Iluminatul: 10 W/m2.

Degajări de căldură interioare: 2000 W.

Numărul maxim al ocupanţilor incintei: 60 persoane.

În Fig. 1 se prezintă, schematizat, clădirea (în care se află pizzeria de la etajul 1) şi instalaţia propusă pentru climatizarea şi ventilarea acesteia.


3.             PUTERILE FRIGORIFICE NOMINALE ALE ECHIPAMENTULUI

 

În numerele 5 şi 6 din 2000 ale revistei Instalatorul (revista Asociaţiei Inginerilor de Instalaţii din România), sub titlul Simularea interacţiunii clădire-echipament, o soluţie de dimensionare a instalaţiilor de aer condiţionat, s-a subliniat că orice echipament de climatizare dezvoltă 3 tipuri de puteri frigorifice de frig: totală, sensibilă şi latentă, dintre care prima este suma celorlalte două.

Puterea Frigorifică Sensibilă a Echipamentului (PFSE) este utilizată pentru modificarea entalpiei aerului din incintă, prin temperatură, iar Puterea Frigorifică Latentă a Echipamentului (PFLE) generează modificarea entalpiei aerului din incintă, prin varierea conţinutului de umiditate al acestuia.

Puterea Frigorifică Totală a Echipamentului (PFTE) reprezintă, în fapt, suma primelor două.

În Fig. 2 sunt prezentate puterile frigorifice nominale, PFSE, PFLE şi PFTE pe care un echipament le poate dezvolta într-o instalaţie de încercare, aferentă unui laborator specializat (uzinal, pentru dezvoltarea produsului, sau oficial, pentru atestarea performantelor acestuia).

Definite de fabricant astfel:

-       temperaturi ale aerului la evaporator cuprinse în intervalul, Tint = 21… 31oC;

-       temperaturi ale aerului la condensator cuprinse în intervalul, Text = 25… 43oC;

-       umiditatea aerului standard (interior şi exterior), j= 50%.

Comentarii:

-       atât PFSE cât şi PFLE sunt influenţate de variaţiile de temperatură ale aerului (interioară şi exterioară);

-       PFLE prezintă o pantă de creştere mai pronunţată odată cu mărirea temperaturii aerului care traversează bateria evaporatorului;


 


În cadrul analizei de faţă echipamentul utilizat a fost ales ca având un cost scăzut,  „favorabil” posibilităţilor potenţialului investitor, fiind în acelaşi timp subdimensionat faţă de necesarul de frig al incintei climatizate şi ventilate.

Astfel, la limită, puterea frigorifică sensibilă a echipamentului (PFSE) trebuie să asigure necesarul de frig sensibil al incintei (NFSI), pentru un debit de aer de ventilaţie nul (DP= 0 m3/h)

A fost analizată numai funcţionarea de vară a echipamentului.

Unitatea interioară a echipamentului are în alcătuire standard: filtru, baterie de răcire, ventilator şi automatizare de bază.

Valorile nominale ale puterilor frigorifice sunt  PFSE= 10.6 kW, PFLE= 5.8 kW şi PFTE= 16.4 kW, în condiţiile temperaturii interioare, Tint=27oC, umidităţii relative interioare, RH=50% şi temperaturii exterioare, Text= 35oC.

Iarna, echipamentul foloseşte o baterie auxiliară alimentată cu apă caldă (situaţie ce nu face obiectul analizei de faţă).

Ceilalţi parametri ai instalaţiei de climatizare-ventilare sunt: debitul total de aer furnizat de unitatea interioară, DT= 2600 m3/h or 722 L/s, debitul de aer proaspăt, DP= 0.. 1800 m3/h ori 0.. 500 L/s, debitul de aer recirculat DR= 800.. 0 m3/h ori 222.. 0 L/s şi debitul de aer evacuat  un ventilator  independent, direct în exterior, DE= 0.. 1800 m3/h or 0.. 500 L/s.

În condiţiile menţionate, echipamentul instalaţiei ar putea să asigure o ventilare maximă a spaţiului echivalentă a 11.3 sch/h, iar debitul de aer proaspăt furnizat ar putea să asigure 30 m3/(h* persoană) sau 8.33 L/(s* persoană).

 

 

4.             NECESARUL DE FRIG AL INCINTEI CLIMATIZATE

 

Necesarul de frig al incintelor de climatizat şi ventilat variază în funcţie de factorii

 

cunoscuţi: interni şi externi.

Astfel, în categoria factorilor interni, se reamintesc degajările de căldură de la: ocupanţi, porţiile de mâncare (pizza), echipamentele electrice aflate în funcţiune (dulapuri şi vitrine frigorifice, case de marcat etc.), iluminat etc.

Dintre factorii externi se reamintesc cei generaţi de clima exterioară (insolaţie, diferenţa de temperatură etc.) şi de introducerea aerului proaspăt.

Programele automate de calcul al necesarului de frig al incintelor pot furniza informaţii precise asupra necesarului de frig sensibil (NFSI) şi latent (NFLI) al unei incinte şi de asemenea asupra necesarului de frig total (NFTI) al acesteia.

Astfel, variaţia celor 3 componente pot fi reprezentate în fiecare dintre cele 24 de ore ale zilei, aşa cum rezultă şi din Fig. 3, Fig. 4 şi Fig. 5.


 


Analiza Fig. 3 arată că:

-       Ziua, în cazul ventilării incintei (8 sch/h, în speţă), necesarul de frig sensibil (NFSI), este mai mare decât în cazul suprimării ventilării (0 sch/h); noaptea situaţia se inversează (aerul proaspăt fiind mai rece decât cel din incintă);

-       Necesarul de frig sensibil creşte odată cu scăderea temperaturii interioare (prestabilită pentru viitoarea instalaţie de climatizare-ventilare);

-       Influenţa hotărâtoare asupra creşterii necesarului de frig sensibil al incintei (pe durata celor 24 ore ale zilei) o au următorii factori: creşterea diurnă a temperaturii aerului exterior, a insolaţiei şi prezenţa sporită a ocupanţilor în orele de vârf de consum (în intervalele 14.00-15.00 şi 19.00-21.00).

 

Analiza Fig. 4 arată că:

-       Necesarul de frig latent al incintei (generat de prezenţa în incintă a umidităţii produse de ocupanţi şi porţiile de pizza) creşte direct proporţional cu prezenţa  ocupanţilor (în intervalele 14.00-15.00 şi 19.00-21.00);

-       Prezenţa aerului proaspăt în debitul total de aer tratat, introdus în incintă (8 sch/h, în speţă), ca şi valorile minime ale temperaturii interioare de realizat conduc la creşteri ale necesarului de frig latent al incintei; la ventilare nulă (0 sch/h, în speţă), temperatură interioară presetată nu influenţează necesarul de frig latent;

-       La valori mari ale temperaturii interioare presetate (de ex. 30oC), necesarul de frig sensibil, practic, nu mai există.


 

 


Analiza Fig. 5 combină, practic, concluziile pentru cele 2 componente care alcătuiesc necesarul de frig total al incintei.

 

 

5.             INSTALAŢIA DE CLIMATIZARE PROIECTATĂ

 

În mod deliberat, s-a luat în considerare (teoretic) realizarea unei instalaţii cu un echipament subdimensionat faţă de necesităţile reale ale funcţionării obiectivului la parametrii normali.

Deşi, iniţial, investorul recunoaşte necesitatea existentei unei instalaţii de climatizare-ventilare, pentru incinta în care îşi  derulează afacerea, el nu are o imagine clară, coerentă, a ceea ce urmează să i se furnizeze.

Dacă, un proiectant de specialitate competent şi bine intenţionat, îi prezintă investorului o soluţie corectă pentru instalaţia de climatizare-ventilare necesară incintei, costul rezultat ii va părea „excesiv de mare” acestuia din urmă. 

Se ajunge la situaţia limită în care investorul va căuta, cu orice preţ, o ofertă mai ieftină; fără a încerca să afle dacă noua instalaţie va fi în stare să-i rezolve corect şi complet problemele de climatizare-ventilare ale incintei în cauză.

Echipamentul ales, prezentat în Fig. 2, deşi nu poate asigura necesarul de  frig al incintei climatizate, este de regulă acceptat de investor datorită preţului sau scăzut în comparaţie cu un echipament ales corect.

 

 

6.             MODUL DE EFECTUARE A ANALIZEI

 


 


Concret, echipamentul ar fi trebuit să asigure (vara) o temperatură interioară, Tin= 27oC, în cazul realizării unei ventilări (introduceri de aer proaspăt) echivalente cu 8 sch/h (adică DP= 1280 m3/h, DT= 2600 m3/h, DE= 1280 m3/h).

 

Analiza prezentată în continuare îşi  propune să evidenţieze modul de interacţiune între incintă şi echipamentul (subdimensionat) de climatizare-ventilare ales.

Pentru aceasta, utilizând caracteristicile termodinamice ale echipamentului şi, respectiv, ale incintei, au fost efectuate calcule în timp-real de determinare, la diferite valori ale gradului de ventilare (N= 11.3, 8, 4 şi 0 sch/h), a următoarelor caracteristici:

                   (1) variaţiile orare ale necesarului frigorific sensibil (NFSI), latente (NFLI) şi, respectiv, totale (NFTI) aferente incintei;

                   (2) variaţiile orare ale puterilor frigorifice sensibile (PFSE), latente (PFLE) şi, respectiv, totale (PFTE) ale echipamentului;

                   (3) interacţiunea între perechile de curbe similare (NFSI şi PFSE), (NFLI şi PFLE) şi (NFTI şi PFTE).

Calculele pentru datele referitoare la incintă au fost efectuate utilizând un program de calcul automat, cu grad avansat de specializare profesională.

Calculele pentru determinarea performantelor echipamentului au fost efectuate prin corectarea datelor prezentate în curbele din Fig. 2 cu factorii rezultaţi din combinarea influenţei proporţiilor de amestec ale aerului recirculat cu aerul proaspăt (la nivelul bateriei evaporatorului) şi, respectiv, influenţei temperaturii aerului exterior (la nivelul bateriei condensatorului).

 

 

 

7.             INTERACŢIUNEA ÎNTRE INCINTĂ ŞI ECHIPAMENT

 

Întrucât echipamentul este subdimensionat faţă de necesarul de frig al incintei rezultă că, în anumite intervale de timp (la vârfurile de ocupare a restaurantului), păstrând o ventilare corespunzătoare, temperatura interioară reala va depăşi valoarea de climatizare cerută.


În cadrul analizei de faţă, folosind procedee iterative de calcul, s-a putut determina variaţia temperaturii interioare, Tin, faţă de o valoare prestabilită iniţial la 27oC, în condiţiile păstrării aceluiaşi necesar de frig, la diferite valori ale ventilării:

(1) N=11.3 sch/h (supraventilare, aerul introdus în incintă este exclusiv aer proaspăt),

(2) N=8 sch/h (ventilare normală, conform normelor),

(3) N=4 sch/h (ventilare la jumătate decât cea normală) şi

(4) N=0 sch/h (fără nici-un fel de ventilare).

Schema de calcul iterativ a luat în considerare următoarele premize:

(1) interacţiunea incintă-echipament este discretizată orar;

(2) necesarul de frig al incintei a fost calculat separat pentru fiecare oră a zilei, H;

(3) la aceeaşi oră a zilei, H, puterea frigorifică a echipamentului a fost determinată iterativ, folosind ca temperatură interioară valoarea rezultată pentru incintă in ora precedentă, H-1.

În acest fel, temperatura de intrare a aerului în evaporator a fost calculată cu relaţia:

 

TM, H = (Tin, H-1 * DR + Tout, H * DP) / DT                            (1)

în care:

 

TM, H =temperatura aerului de amestec la intrarea în evaporator, la ora de calcul H, în oC;

Tin, H-1 = temperatura interioară în incintă, în ora precedentă  H-1, in oC;

Text, H = temperatura aerului exterior la ora de calcul, H, in oC;

DR        =  debitul de aer recirculat, în m3/h;

DP         =  debitul de aer proaspăt, in m3/h;

DT =      debitul de aer total tratat, in m3/h.


 


   în toate cazurile analizate apare evident faptul că în urma interacţiunii dintre echipament şi incintă echipamentul îşi modifică parametrii de funcţionare.

   În cuprinsul diagramei de funcţionare a echipamentului au fost marcate cu elipsele T, S şi L, ariile în cadrul cărora variază cele 3 componente care caracterizează puterea frigorifică a acestuia.

 

Modificări ale NFSI - PFSE în cazul N= 11.3 sch/h (supraventilare)

Examinarea Fig. 6 conduce la următoarele comentarii:

-                Ventilarea excesivă a incintei, în cazul analizat, a mărit (la prima oră de vârf, 14.45) temperatura interioară cu până la 4.2oC faţă de valoarea prestabilită (27oC);

-                Există şi o a doua mărire de temperatură interioară cu numai 1.7oC faţă de valoarea prestabilită (valoare înregistrată la ora 18.45);

-                Zona haşurată din diagramă arată existenţa în incintă a unui surplus de căldură, distribuită în întreg intervalul 11.45-21.10 (cu un maximum de 3.6 kW înregistrat la ora 14.45) pe care echipamentul a eliminat-o, practic, după cca. 10 ore de funcţionare continuă;

-                Deşi nu suficient de evidentă, în intervalul în care temperatura interioară a crescut, apare o mărire a puterii frigorifice sensibile a echipamentului (de cca. 0.15 kW, acest fapt neputand însă influenţa semnificativ desfăşurarea procesului de răcire al incintei.

 

Modificări ale NFSI - PFSE în cazul N= 8 sch/h (ventilare normală)


Examinarea Fig. 7 conduce la următoarele comentarii:

-                Ventilarea normală a incintei (conform Normativului I5-98), a mărit (la prima oră de vârf, 14.45) temperatura interioară cu „numai” 3.8oC faţă de valoarea prestabilită (27oC);

-                Există şi aici o a doua mărire de temperatură interioară de numai 1.5oC faţă de valoarea prestabilită (valoare înregistrată la ora 19.00);

-                Zona haşurată din diagramă arată existenţa în incintă a unui surplus de căldură, distribuit în 2 intervale de timp, 12.00-16.00 (cu un maximum de 2.6 kW înregistrat la ora 14.45) şi, respectiv, 17.30-21.15, pe care echipamentul l-a eliminat în intervalele respective;

-                Între cele 2 etape de supraîncălzire a incintei există un interval de cca. 1,5 ore în care temperatura interioară revine la valoarea prestabilită prin calcul;

-                Deşi puţin evidente, în intervalele în care temperatura interioară a crescut, apar uşoare măriri ale puterii frigorifice sensibile a echipamentului (prima de cca. 0.10 kW), acest fapt neputand influenta totuşi desfăşurarea procesului de răcire al incintei.

 

Modificări ale NFSI - PFSE în cazul N= 4 sch/h (ventilare normală înjumătăţită)  

Examinarea Fig. 8 conduce la următoarele comentarii:

-                Ventilarea pe jumătate normală a incintei (după Normativului I5-98), a mărit (la prima oră de vârf, 14.45) temperatura interioară cu „numai” 2.5oC faţă de valoarea prestabilită (27oC);

-                Există şi aici o a doua mărire de temperatură interioară de numai 1.0oC faţă de valoarea prestabilită (valoare înregistrată la ora 19.15);

-                Zona haşurată din diagramă arată existenţa în incintă a unui surplus de căldură, distribuit în 2 intervale de timp, 13.00-15.30 (cu un maximum de 1.2 kW înregistrat la ora 14.45) şi, respectiv, 18.45-21.45, pe care echipamentul l-a eliminat în intervalele respective;

-                Între cele 2 etape de supraîncălzire a incintei există un interval de cca. 2,75 ore în care temperatura interioară a revenit la valoarea prestabilită prin calcul;

-                Este interesant de observat că, în această situaţie, pot fi puse în evidenţă, pentru prima data, fluctuaţii ale puterii frigorifice sensibile ale echipamentului în timp, în 2 direcţii contrare, şi anume: (1) când Tin=27oC dar Text (la condensator) > 27oC, apar uşoare scăderi ale puterii frigorifice şi (2) când Tin > 27oC, crescând deci temperatura la evaporator, chiar dacă Text (la condensator) > 27oC se înregistrează uşoare creşteri ale aceleiaşi puteri frigorifice.


 

 


Modificări ale NFSI - PFSE în cazul N= 0 sch/h (ventilare nulă)

Acesta este de fapt cazul pentru care au fost selecţionate (în cazul analizei de faţă) echipamentele de climatizare.

Examinarea Fig. 9 conduce la următoarele comentarii:

-                Suprimarea oricărei ventilări mecanice a incintei, a anulat practic supraîncălzirea incintei (s-au înregistrat depasiri sub 0,9oC ale temperaturii interioare, vârful menţionat fiind localizat la ora 21.00);

-                Zona haşurată din diagramă arată existenţa în incintă a unui surplus minim de căldură (cu un vârf sub 0.25 kW), distribuit într-un interval de timp de cca. 2 ore (20.00-22.00);

-                Este interesant de observat că, în această situaţie, poate fi pusa în evidenţă, pentru prima dată, diminuări ale puterii frigorifice sensibile ale echipamentului în toată perioada în care Text (la condensator) > 27oC.

Este important de subliniat faptul că, mulţi investori care utilizează echipamente subdimensionate, în mod uzual diminuează temporar ventilarea incintelor climatizate, când acestea prezintă primele semne de supraîncălzire.


 

 


Modificări ale NFLI - PFLE pentru N= 11.3, 8, 4 şi 0 sch/h.

În această diagramă este prezentată interacţiunea incintă-echipament, în domeniul latent, simultan pentru toate cele 4 situaţii de ventilare ale incintei.

A/ Pentru cazurile în care N= 8 sch/h (ventilare normală), N= 4 sch/h (ventilare înjumătăţită) şi N= 0 sch/h (ventilare suprimată), s-a constatat că echipamentul este capabil să condenseze mai mulţi vapori de apă decât sunt produşi în încăpere de ocupanţi şi de porţiile de mâncare.

Pentru toate aceste situaţii, necesarul de frig latent al incintei este acoperit de puterea frigorifică latentă a echipamentului, întrucât PFLE > NFLI.

B/ Pentru cazul în care N= 11.3 sch/h (supraventilare) situaţia produsă conduce la următoarele concluzii:

-                În incintă se realizează un exces de ventilaţie;

 

-               Cu excepţia unui scurt interval de timp, cuprins între orele 20.30 şi 21.20 (când în pizzerie era aglomeraţie maximă), puterea frigorifică latentă a echipamentului a rămas superioară necesarului de frig latent al incintei, adică PFLE > NFLI;

-                În intervalul 20.30 şi 21.20 în incintă a apărut un exces de umiditate (marcat cu verde în Fig. 10);

-                Observarea modului în care se alterează valoarea temperaturii interioare, datorită alegerii unui echipament subdimensionat, conduce la punerea în evidenţă în aceeaşi diagramă, a modului în care se modifică puterea frigorifică latentă a echipamentului; acest fapt va fi analizat în diagrame suplimentare, prezentate în continuare.

 


 


8.             ALTERAREA PUTERII FRIGORIFICE A ECHIPAMENTULUI

 

In Fig. 2 se prezintă puterea frigorifică totala a echipamentului, PFTE, în diferite condiţii de exploatare ca şi cele 2 componente ale acesteia, PFSE şi PFLE.

Punctele de funcţionare ale echipamentelor depind atât de interacţiunea incintă-echipament cât şi de factorii externi de mediu.

În cadrul analizei de faţă, datorită alegerii unui echipament subdimensionat faţă de solicitările clădirii (incintei) punctele de funcţionare sunt variabile şi se află în zone mult mai largi faţă de situaţia în care ar fi fost alese corect.

Acestea au fost marcate ca arii eliptice (T, S şi L), care sunt înfăşurătoare ale tuturor punctelor posibile de funcţionare.

Modul în care este alterată funcţionarea normală a echipamentului este arătat în continuare.


 


Modificarea Puterii Frigorifice Sensibile a Echipamentului (PFSE)

In Fig. 11 sunt prezentate, la scara mărită, variaţiile pe care le suferă echipamentul în cazul subdimensionarii sale în comparaţie cu necesarul de frig sensibil al incintei.

Toate aceste variaţii au loc în jurul valorii medii, PFSE= 11 kW.

Scăderea puterii frigorifice sensibile a echipamentului, DPFSE= -3.5% (cea mai mare scădere), se întâlneşte la ventilaţie nula (N=0 sch/h), astfel:

(1)          echipamentul funcţionează numai cu aer recirculat având Tin= 27oC,

(2)          chiar dacă necesarul de frig sensibil al incintei, NFSI, are cele mai scăzute valori, creşterea temperaturii aerului de răcire a condensatorului are influenţă negativă preponderentă asupra PFSE;

(3)          cu toate acestea, PFSE > NFSI iar temperatura interioară a aerului ramâne, practic, sub control.

Creşterea puterii frigorifice sensibile a echipamentului, DPFSE= +1.0% (cea mai mare creştere), se întâlneşte la ventilaţie maximă (N=11.3 sch/h), când:

(1)          echipamentul funcţionează numai cu aer exterior, în evaporator intrând aer cu Tintrare  evaporator= Text, ceea ce determină o evaporare intensificata;

(2)          deoarece necesarul de frig sensibil al incintei are cele mai mari valori şi PFSE < NFSI (echipamentul nu mai face faţă), temperatura interioara creste peste valoarea prestabilita.

În celelalte 2 cazuri, când ventilarea are valori intermediare, N= 8 sch/h şi N= 4 sch/h, fluctuaţiile de putere frigorifică (0.7%, în primul caz şi 1.7%, în al doilea caz) sunt influenţate de în mai mică măsură de aceeaşi factori prezentaţi mai înainte.

 

Modificarea Puterii Frigorifice Latente a Echipamentului (PFLE)

In Fig. 12 sunt prezentate, la scara mărită, variaţiile pe care le suferă echipamentul în cazul subdimensionarii sale în comparaţie cu necesarul de frig latent al incintei.

Toate aceste variaţii au loc în jurul valorii mediii, PFLE= 6.5 kW.

Scăderea puterii frigorifice latente a echipamentului, DPFLE= -13.0% (cea mai mare scădere), se întâlneşte la ventilaţie nula (N=0 sch/h), când unitatea interioară a echipamentului vehiculează numai aer interior.

Creşterea puterii frigorifice latente a echipamentului, DPFLE= +42.0% (cea mai mare creştere), se întâlneşte la ventilaţie maximă (N=11.3 sch/h).

Pentru valori intermediare ale valorii schimburilor de aer N=8 sch/h şi N=4 sch/h, fluctuaţiile maxime ale PFLE sunt de (+35.7%), în primul caz, şi de (+19%), în al doilea.

 

 

9.             LIMITELE ANALIZEI PREZENTATE

 

Analiza prezentată mai înainte a fost realizată în anumite condiţii limitatoare, astfel:

-       s-a neglijat creşterea degajărilor de căldură şi umiditate ale ocupanţilor în cazul în care Tin> 27oC;

-       s-a neglijat diminuarea NFTI şi NFSI la valori Tin> 27oC;

-       s-a presupus că umiditatea relativă a aerului exterior rămâne constantă, j=50%.

S-a considerat că aceste premize au avut o influenţă nesemnificativă asupra rezultatelor prezentate.

 

 

10.        CONCLUZII

 

Cazul analizat are un suport real, oglindind reacţia unui anumit investor la o ofertă realizată corect şi anume preferinţa acestuia pentru un echipament mai ieftin, dar sudimensionat, faţă de nevoile sale.

Subdimensionarea instalaţiilor de climatizare-ventilare este frecvent practicată (din păcate) în acest domeniu investitional, astfel că în situaţiile de vârf, echipamentul ales, mai ieftin, nu poate realiza simultan şi ventilarea şi răcirea spaţiului (incintei).

Într-o astfel de situaţie, după câţiva ani, instalaţia subdimensionata ar trebui să fie înlocuita cu o alta, nouă, cu alte cheltuieli semnificative.

Până atunci, în cazul situaţiilor similare exemplului nostru, investorul poate apela la soluţii de conjunctură, care ameliorează situaţia existentă, dar nu o rezolvă.

Astfel:

-           pentru a face faţă aglomeraţiei aşteptate pentru periada 12.00 – 16.00, în intervalul de timp premergător (9.00-12.00), se poate furniza mai mult frig (înmagazinabil în elementele componente ale încăperii: pereţi, pardoseală, mobilier etc.), prin coborârea valorii temperaturii fixate la termostat (de ex. 25oC în loc de 27oC) sau

-           de asemenea, în aceeaşi perioadă, se poate micşora debitul de aer proaspăt.

Cu toate acestea, în ambele situaţii, sunt încălcate normele de funcţionare corecta a unei instalaţii de climatizare-ventilare.

Întrucât, în viitorul apropiat, ne putem aştepta la o creştere a numărului de cereri de executare a unor instalaţii de climatizare-ventilare, în incinte de dimensiuni mici sau medii (de ex. baruri, restaurante, cluburi, magazine etc.), în care este necesară răcirea aerului simultana cu ventilarea spaţiului, subdimensionarea instalaţiei poate fi rezolvată prin eşalonarea execuţiei acesteia:

-           cea mai mare parte din instalaţia de climatizare-ventilare (canale de aer, anemostate, grile, izolaţii termice etc.) poate fi calculată şi realizată corect, în conformitate cu procesul tehnologic (maximal) cerut de incintă;

-           apoi, în prima etapă se vor (achiziţiona şi) monta echipamentele de răcire de bază, care să asigure răcirea incintei pentru vârful necesarului de frig, la ventilare nulă (în general 70-75% din necesarul total de frig);

-           în fine, în ultima etapă se vor (achiziţiona şi) monta echipamentele complementare care să asigure răcirea incintei pentru vârful necesarului de frig, la ventilare maxim necesara (restul de 30-25% din necesarul total de frig).

Aceste circumstanţe sugerează (cel puţin) 2 căi de rezolvare a problemei:

(1)     proiectarea pe componente separate ale instalaţiei de climatizare-ventilare astfel că răcirea şi ventilarea să fie executate, succesiv şi complementar, în zone diferite ale incintei de climatizat;

(2)     proiectarea pe module completabile în cadrul aceleiaşi instalaţii de climatizare-ventilare astfel că răcirea şi ventilarea să fie executate, succesiv şi complementar, în cadrul unei instalaţii unice.

Ultima variantă sugerează producătorilor de echipamente cu expansiune directă (care sunt cele mai ieftine) conceperea unor noi tipuri de echipamente, tip „split”, care să aibă posibilitatea creşterii puterii lor frigorifice pe baza adăugării unor module de răcire suplimentare, cu cheltuieli reduse.

 Realizarea relativ dificilă a acestui tip nou de echipamente are totuşi avantaje evidente pentru toţi participanţii la afacere:

-           pentru investor creşterea puterii frigorifice a echipamentului se face relativ uşor, fără perturbări majore ale derulării afacerii sale, caz în care acesta va fi interesat de rezolvarea problemei având promise preturi modice ale noii etape de investiţie;

-           pentru proiectant nu apar probleme suplimentare de proiectare, proiectul fiind rezolvat integral în prima fază;

-           pentru producătorul de echipamente apare posibilitatea sigură şi predictibilă a vânzării etapizate a acestora.

Chiar dacă, în prima etapă de realizare a instalaţiei, răcirea şi ventilarea incintei va suferi, în etapa finală instalaţia va intra rapid in funcţionare la parametri normali, investorul fiind stimulat de modalitatea profesională de rezolvare a problemelor sale de climatizare-ventilare.

 

 

BIBLIOGRAPHY

***                                 - HVAC Systems and Equipment, ASHRAE Handbook, 2000.

T.Teretean et al.                    - Ventilating and Air Conditioning Systems, Vol. 3, System Balancing at Start-Up and in Running, Editura Tehnică, Bucharest, 1976.

T. Teretean                   - Simularea Interacţiunii Clădire - Echipamente, O Soluţie de Dimensionare a Instalaţiilor de Aer Condiţionat, Revista Instalatorul, Nr. 5/2000 şi 6/2000, Ed. Artechno, Bucureşti.

T. Teretean                   - Instalaţii Economice de Aer Condiţionat cu Ventilare, Intre profesionalism şi improvizaţie, Revista AMBIENT, Nr. 2/2000, Ed. EDITH, Bucureşti.

T. Teretean                   - Deficiencies în Sizing Small & Medium Air Conditioning & Ventilating Systems, 33rd Congress on Heating, Refrigerating and Air Conditioning, Belgrade, December 4-6, 2002.