MOBILAREA INCINTELOR ŞI AERUL CONDIŢIONAT

 

Dr.-Ing. Teodor TERETEAN

  

Ca profesor,  expert tehnic sau, pur şi simplu, ca inginer proiectant de instalaţii de ventilare-climatizare (aer condiţionat), dăm piept, destul de frecvent, cu întrebări de genul: unde să îmi pun în cameră aparatul de aer condiţionat sau ce sistem de climatizare este mai bun (pentru că, ştiţi, nu suportăm curentul de aer…) etc.

Considerăm că toate aceste întrebări sunt perfect justificate, de aceea ne propunem ca în rândurile de faţă să analizăm şi să lămurim unele aspecte referitoare la aceste preocupări ale Dumneavoastră.

De fapt, setul de întrebări puse trebuie să lămurească în cazul fiecărei instalaţii de climatizare-ventilare următoarele aspecte: care este puterea frigorifică şi/sau termică a instalaţiei, care este debitul de aer cel mai potrivit pentru transportul acestor puteri, care sunt vitezele în gurile de insuflare a aerului condiţionat, care sunt vitezele acceptabile la nivelul zonelor în care se afla ocupanţii (pentru evitarea curenţilor de aer) etc.

În aceasta analiză vom analiza cu precădere rolul obstacolelor în cala aerului climatizat introdus în camerele noastre.

 

Curentul de aer

Practic vorbind, curentul de aer reprezintă acea mişcarea a aerului, cu viteze (relativ) mari şi temperaturi asociate (relativ) scăzute, care generează disconfortul unei persoane.

Altfel spus, curentul de aer generează o pierdere accentuată de căldură a corpului uman, mai mare decât limita sa naturală de suportabilitate a acestei pierderi.

Atunci, sistemul uman de termoreglare intră în alertă, declanşând starea anormală (de disconfort) în care intră corpul.

Exprimându-ne mai simplu: bietului om, începe să i se zbârlească perişorii sensibili ai pielii … !

Cu atât mai mult cu cât este: bătrân, copil, bolnav, femeie …

Să pornim de la faptul că omul trăieşte la fundul unui imens ocean de …aer.

Fiecare încăpere este, de fapt, un mare acvariu umplut cu …aer.

Ei bine, un aparat (o instalaţie de aer condiţionat) agită, pune în mişcare, aerul încăperii, răcindu-l (vara) sau încălzindu-l (iarna). 

Ştiinţa şi, mai ales, arta specialistului în ventilare-climatizare (o spun americanii, mari amatori de aer condiţionat) trebuie să rezolve aceste probleme.

 

Jetul de aer

Dacă încălzirea încăperilor în care locuim sau lucrăm se poate face şi fără mişcarea forţată a aerului, în cazul răcirii acestora, este de preferat a se utiliza insuflarea aerului cu ajutorul unor echipamente de preparare a aerului răcit., mai mari sau mai mici, plasate în încăperile servite.

Desigur există şi sisteme în care răcirea incintelor se poate face cu panouri de radiaţie rece dar acestea nu au căpătat încă o răspândire suficient de mare în mediul rezidenţial sau comercial, de exemplu.

De aceea, cele de faţă se vor referi cu precădere la sistemele care insuflă aer rece (sau cald).

Forma fizică sub care aerul rece părăseşte un aparat de climatizare sau un dispozitiv de introducere este jetul de aer, un curent de aer cu viteză relativ mare (de regulă între 2 şi 8 m/s în incintele neindustriale).

În secţiune un jet de aer poate avea diferite forme, de la cerc (jetul circular) la un dreptunghi foarte aplatizat (jeturi plan, sub forma unei lame de aer).

În incintele civile (rezidenţiale, comerciale, administrative etc.) majoritatea covârşitoare a jeturilor de aer sunt jeturi plane.

 

Dispozitivele de introducere

Aceste dispozitive au fost dezvoltate într-o mare varietate de forme.

Aparatele de climatizare de apartament introduc aerul direct printr-o grilă, amplasată direct pe carcasa unităţii interioare a aparatului; grila poate fi fixă sau mobilă [caz în care, în gura dreptunghiulară de insuflare, este amplasată o lamelă ce poate fi acţionată de un mini-electromotor (actuator)].

În cazul caselor noi, odată cu mărirea suprafeţei încăperilor, au apărut tavanele false deasupra cărora poate fi amplasată o întreagă reţea de distribuţie, în care, la capătul unuia dintre tuburile flexibile, se află montat un anemostat [dispozitiv format dintr-o cutie de tablă, având la nivelul tavanului o grilă de introducere în încăpere, cu lamele curbate, pe una sau mai multe direcţii (până la 4)].

În funcţie de modul în care au fost efectuate calculele, şi au fost selecţionate aceste dispozitive, va rezulta o distribuţie de aer mai mult sau mai puţin îngrijită, care, în final, va determina gradul de reuşită a instalaţiei de climatizare.

Întrucât confortul creat de o instalaţie de climatizare-ventilare depinde în mare măsură inclusiv de modul de amplasare în încăpere a dispozitivelor de introducere a aerului, este important de a adânci, în aceasta direcţie, analiza de faţă.

 

Curgerea aerului într-un jet liber

Fără a intra în detalii tehnice obositoare vom examina următoarele trei figuri caracteristice pentru scopul propus.

În Fig. 1 se prezintă cazul unui anemostat, montat în tavanul fals al încăperii, acesta insuflând aerul la rasul tavanului (desenat cu linie roşie punctată); de reţinut că jetul de aer se dezvoltă rămânând tot timpul, în lipsa oricărui obstacol, lipit de tavan.

Se observă din diagramă că, la intrarea pe verticală, în anemostat, viteza iniţială a aerului este de 6,3 m/s.

Pe măsură ce se depărtează de locul de introducere, jetul de aer se îngroaşă, datorită antrenării aerului din încăpere, astfel că viteza maximă (marcată cu săgeată albastră) dintr-o anumită secţiune, începe să scadă cu distanţa astfel: 1,0 m/s (după 1,5 m),  0,8 m/s (după 2,0 m),  0,5 m/s (după 3,0 m),  0,4 m/s (după 4,0 m),  0,3 m/s (după 5,0 m) ş.a.m.d.

În mod evident, după scăderea vitezei maximale din nucleul (axa) jetului sub 0,2 m/s orice senzaţie de curent de aer nu mai poate fi pusă în evidenţă.

Îngroşarea (grosimea) jetului, adică valoarea grosimii jetului de la tavan în jos, este egală cu marginea de jos a jetului în care viteza a devenit egala cu 0,2 m/s.

În cazul de faţă grosimea jetului poate fi calculată, valorile obţinute în acest caz fiind următoarele: 0,25 m (la 1,5 m),  0,28 m (la 2,0 m),  0,35 m (la 3,0 m),  0,38 m (la 4,0 m),  0,40 m (la 5,0 m) ş.a.m.d.

Îngroşarea jetului este produsă în mod evident de antrenarea aşa-numitului aer secundar (aer indus de jetul primar) care aici conduce, prin amestecare la viteze din ce în ce mai mici, la mărirea procentuală a debitului iniţial de aer, astfel: de 4 ori (după 1,5 m),  de 7,5 ori (după 2,0 m),  de 12 ori (după 3,0 m),  de 17 ori (după 4,0 m),  de 22 ori (după 5,0 m) ş.a.m.d.

Tocmai acest amestec viu dintre aerul primar şi aerul indus conduce la frânarea curgerii şi la scăderea, în final, a vitezelor sub cele generatoare de disconfort.

 

Curgerea aerului într-un jet dirijat spre un perete

În marea majoritate a cazurilor jeturile nu se pot dezvolta pe lungimi mari din cauza obstacolelor inerente, apărute în calea lor.

Astfel este cazul unor anemostate care insufla aerul într-o încăpere mărginită de pereţii delimitatori.

 

În Fig. 2 se reia cazul din Fig. 1 cu diferenţa că aici, după o distanţă de L= 3,5 m jetul se loveşte de un perete, care îl deviază în jos, spre pardoseala încăperii aflată la o distanţă H= 2,8 m de tavanul fals.

Se poate observă că, la înălţimea de cca. H1= 1.5 m de la pardoseală, viteza maximală a aerului, în axa jetului, este de cca. vmax= 0,35 m/s, viteză care depăşeşte cu 0,15 m/s valoarea de confort.

În cazul în care, în aceasta zonă, se află ocupanţi aşezaţi sau în picioare, aceştia vor acuza senzaţia de curent, mai ales dacă aerul este răcit.

În aceasta situaţie trebuie recalculat întreg sistemul de distribuţie a aerului, fie alegând un anemostat mai mare (cu o viteză de introducere mai mică, la acelaşi debit de aer), fie micşorând debitul de aer per anemostat (dar mărind numărul anemostatelor).

 

 Introducerea aerului prin grile

Cele de mai înainte sunt valabile şi în cazul grilelor de perete pentru introducerea aerului tratat, cu diferenţa că în aceste cazuri vitezele aerului fiind mult mai mari, jeturile se lungesc.

Grilele de introducere se folosesc cu precădere în cazul debitelor de aer mici, în încăperi care nu pot avea tavane dublate (false).

 

Obstacolele

În marea majoritate a cazurilor, încăperile climatizate interpun obstacole în calea dezvoltării libere a jeturilor de aer, prin diverse configuraţii ale tavanului, prin mobilierul utilizat, prin diferite elemente decorative (perdele, draperii) etc.

 

 

Cele de mai înainte se ilustrează in Fig. 3 care prezintă un caz frecvent întâlnit: insuflarea unui jet de aer către o zonă de tavan în care, din motive estetice, a fost introdusă o „lăsare a tavanului” în jos.

Este evident că în acest caz, după parcurgerea de către jetul de aer a unei lungimi libere de cca. 4 m, obstacolul introdus deviază curgerea, care având încă energie cinetică suficientă, se dezlipeşte de tavan, generând o serie de curenţi turbionari, extrem de neplăcuţi, care pot pune în primejdie starea de sănătate a oricărui ocupant, obligat să rămână (să lucreze, să stea etc.) în zonă.

Se recomandă ca, în toate aceste cazuri, să fie făcute analize, pe scheme concrete de curgere a aerului; pare exagerat, dar să nu uităm că, în fiecare asemenea zonă, se va afla cineva (aşezat, culcat sau în activitate) care va avea nevoie de confort real.

 

Concluzii

Problema calităţii aerului interior, în incintele climatizate şi ventilate, generează obligaţii pentru întregul şir de factori interesaţi în realizarea instalaţiilor (proiectanţi, furnizori de echipamente, executanţi, beneficiari finali de obiective etc.), de a realiza distribuţii de aer, care să asigure confortul şi starea de sănătate a ocupanţilor.

Specialiştii atestaţi în domeniu au la ora actuală toate mijloacele pentru a efectua calcule complete care sa preîntâmpine disconfortul.

Cunoscându-se gradul de dotare al spaţiilor, modalităţile de amplasare fizică a mobilierului, inclusiv a tuturor formelor arhitecturale adoptate pentru realizarea elementelor de închidere ale spatiilor (pereţi, tavane, pardoseli, scări interioare etc.), se poate obţine, cu o bună aproximaţie, configuraţia corectă de curgere a aerului (aşa- numitul flow-pattern).

Ignorarea, cu buna ştiinţă, a tuturor celor de mai înainte, creează de la bun început premizele ineficienţei oricărei investiţii.

În crearea sau reamenajarea oricărui spaţiu ventilat şi/sau climatizat, este crucială colaborarea de la bun început dintre arhitect şi inginerul de specialitate.



Teodor TERETEAN - Doctor Inginer în Termo-Hidraulica Instalaţiilor, Mobile 0722 363 066, e-Mail: tt@airconditioning.ro.