În analiza privind alegerea sistemului de încălzire se va avea în vedere asigurarea în încăperi a unui microclimat care să garanteze sănătatea, productivitatea şi confortul termic ocupanţilor şi eficienţa economică, în care cheltuielile iniţiale cu implementarea sistemului să fie amortizate din cheltuielile de exploatare. De asemenea, se vor ţine cont de condiţiile tehnice, ecologice, edilitare sau de altă natură care concură la luarea unei decizii. Criteriile care fundamentează alegerea soluţiilor de încălzire sunt precizate în continuare.
Izolaţie şi etanşeitate.
Gradul de protecţie termică a clădirii joacă un rol definitoriu în maximizarea eficienţei sistemului de încălzire şi determină necesarul anual de căldură, atât pentru clădirile noi, cât şi pentru cele existente.
Izolarea fiecărei părţi expuse a clădirii cu materiale termoizolante asigură o protecţie termică eficientă. Grosimea stratului de material termoizolant influenţează, în mod direct, gradul de protecţie termică. Peste 70 % din pierderile de căldură au loc prin pereţii exteriori, ferestre şi acoperiş. Aceste pierderi de energie determină costuri ridicate cu încălzirea spaţiilor pe perioada de iarnă. Astfel, eficienţa energetică a clădirii se află în strânsă congruenţă cu izolaţia termică. Se recomandă amplasarea stratului termoizolator pe exteriorul peretelui şi fixarea barierelor de vapori pe faţa caldă a termoizolaţiilor, pentru a evita riscul formării condensului. Termoizolarea la exterior a pereţilor are ca rezultat menţinerea unei temperaturi optime în interior, pe o perioadă de timp îndelungată.
Adiţional, în vederea reducerii infiltraţiilor de aer rece, se recomandă luarea măsurilor de etanşare corespunzătoare, acolo unde se impune. De asemenea, prezintă importanţă semnificativă prevenirea sau reducerea la minim a punţilor termice.
Prin urmare, prin creşterea rezistenţei termice a anvelopei clădirii se urmăreşte limitarea pierderilor de căldură în exploatare, mărirea gradului de confort termic şi reducerea consumului de energie şi de combustibil pentru încălzirea locuinţei.
În aceste condiţii, putem spune că izolaţia termică este parte integrantă a sistemului de încălzire a clădirii.
De altfel, conform prevederilor Legii privind calitatea în construcţii, economia de energie şi izolaţia termică sunt cerinţe fundamentale pentru obţinerea unor construcţii de o calitate corespunzătoare. Proiectarea elementelor de construcţie se face astfel încât să se asigure o rezistenţă minimă necesară la transferul termic, prin limitarea fluxului termic şi o stabilitate termică pentru evitarea oscilaţiilor temperaturii aerului interior.
Sursa de căldură.
Alegerea sistemului de încălzire se face după criterii funcţionale, economice, ecologice, energetice, de siguranţă şi altele, specifice. Sistemul termic ales trebuie să menţină o temperatură constantă, în jurul valorii impuse de confortul uman.
Instalaţiile de încălzire pot folosi ca agent termic apă caldă sau fierbinte, abur cu presiune joasă sau medie, aer cald şi pot funcţiona cu energie electrică, energie solară, energie geotermală, combustibili fosili etc. Agentul termic este ales în funcţie de sistem şi de caracteristicile consumului, precum şi de distanţa între sursă şi consumator. Combustibilul va fi ales în funcţie de dotarea zonei cu utilităţi sau a resurselor primare de energie, corelat cu posibilităţile de aprovizionare şi acces.
Apa caldă şi apa fierbinte sunt principalii agenţi termici recomandaţi pentru încălzirea locuinţelor. Sistemele de încălzire care funcţionează cu aceşti agenţi termici au o durată medie de viaţă, asigură siguranţă în exploatare şi întreţinere, permit cedarea locală sau centrală a debitului de apă, înmagazinează căldura şi o cedează treptat în ambientul camerei atunci când sistemul nu mai funcţionează şi asigură o temperatură scăzută a corpurilor de încălzire, menţinând astfel confortul dorit. Apa caldă se foloseşte la o temperatură maximă de 95˚C, iar apa fierbinte la o temperatură maximă de 150 ˚C .
Sistemele de încălzire cu abur de presiune joasă generează o serie de efecte nedorite, ceea ce duce la utilizarea lor pe scară restrânsă. Ca exemple: temperatura ridicată a agentului termic, de peste 100˚C , supraîncălzeşte suprafaţa corpurilor de încălzire creând disconfort şi deteriorând calitatea aerului, riscul apariţiei unor dopuri de apă însoţite de zgomote pe conducte sau în corpurile de încălzire ce duc la funcţionarea defectuoasă a sistemului, cedarea centrală a debitului, uzura rapidă a conductelor, funcţionarea continuă a generatoarelor de abur, riscul pierderii de abur prin conductele de dezaerisire etc..Se recomandă alegerea sistemului de încălzire cu abur de presiune joasă în cazul în care există o reţea de abur tehnologic sau atunci cand execuţia unei reţele de apă caldă sau fierbinte este costisitoare.
Sistemele de încălzire cu aer cald sunt cele mai simple forme de alimentare cu căldură şi sunt folosite pe scară largă, costul investiţiei fiind unul redus. Spre deosebire de celelalte sisteme de încălzire, agentul termic ajunge direct la consumator fără un schimbător de căldură intermediar. Încălzirea cu aer cald este, în principal, de tip local. Aceste sisteme de încălzire prezintă anumite dezavantaje, cum ar fi: repartiţia debitelor de aer cald în mod inegal ce duce la o încălzire neuniformă, atât în plan vertical cât şi în plan orizontal, capacitatea termică slabă a aerului necesită debite mari pentru acoperirea pierderilor de căldură, răspândirea de mirosuri neplăcute, supraîncălzirea interiorului în zona superioară etc. Pentru încălzirea cu aer cald a încăperilor se pot folosi generatoare cu aer cald cu focar propriu sau prin arderea unui combustibil lichid sau gazos.
La baza producerii de căldură utilizând energia electrică stă efectul Joule, potrivit căruia energia electrică potenţială pe care o pierde electronul prin ciocnirile cu reţeaua unei rezistente este transferată acesteia sub formă de caldură. Cu alte cuvinte, materialul prin care trece curent electric se încălzeşte. Radiatorul şi aeroterma fac parte din această categorie. Utilizarea energiei electrice pentru încălzire este limitată din cauza costului ridicat.
Utilizarea energiei solare pentru încălzirea locuinţei este o soluţie perfect viabilă şi fiabilă. Energia solară este nepoluantă, sigură şi inepuizabilă. Captarea şi conversia radiaţiei solare în căldură, şi stocarea acesteia, se realizeaza prin sisteme specializate. Sistemele de încălzire ce utilizează energie solară sunt de două categorii: active şi pasive. Sistemele active au în componenţă dispozitive mecanice care transportă agentul termic, apă sau aer, între elementele de captare şi spaţiul încălzit. Sistemelor pasive le lipsesc intervenţia unui mijloc mecanic, încălzirea se face în mod natural, aerul din încăpere este folosit ca agent încălzitor. Factorii ce trebuie luaţi în considerare la alegerea acestui sistem de încălzire sunt: costul investiţiei şi durata de recuperare a investiţiei, sarcina de încălzire, energia solară de care se dispune (diferă, în funcţie de regiune), capacitatea sursei auxiliare de încălzire etc. Statul finanţează prin Programul „Casa Verde” instalarea sistemelelor de încălzire care utilizează energie regenerabilă.
Centralele termice electrice, pe gaz, pe lemne sau pe peleţi sunt cele mai răspândite sisteme de încălzire. Ca alternativă la acestea, în ultimii ani, au apărut diferite sisteme de încălzire originale, precum: încălzirea prin pardoseală, radiatoarele din marmură, pompele de căldură, panourile radiante, covoarele electrice, plasmele termice sau încălzirea din tavan.
Instalaţia de încălzire, indiferent de modul de funcţionare şi indiferent de agentul termic folosit, trebuie să îndeplinească cerinţele privind calitatea aerului interior şi nivelul de zgomot, conform destinaţiei încăperii. De asemenea, varianta optimă aleasă trebuie să asigure o exploatare uşoară şi sigură, cu posibilitatea de a regla fluxul termic cedat, potrivit necesităţilor.
Distribuirea energiei termice.
Un factor important de confort este dat de o distribuire a căldurii cât mai uniformă în încăpere, atât pe plan orizontal, cât şi pe plan vertical.
Repartizarea judicioasă a corpurilor de încălzire în încăperi şi reglarea instalaţiilor de încălzire, pentru o distribuire corectă şi continuă a debitului de căldură necesar încălzirii, se fac în conformitate cu prevederile proiectului termic. Proiectarea instalaţiilor de încălzire se face cu respectarea prevederilor Legii nr. 10/1995, astfel încât, să corespundă calitativ nivelurilor minime de performanţă.
Transferul de energie termică se poate face prin conducţie, convecţie sau radiaţie.
Convecţia termică este dată de transferul de căldură între un perete şi un fluid în mişcare, sub acţiunea unei diferenţe de temperatură. Sistemele uzuale de încălzire funcţionează prin emisie convectivă cu circulaţie medie naturală sau forţată a aerului. Nu se recomandă implementarea sistemelor de încălzire convective la încăperile cu înălţimea de peste 4,5 m şi cu o izolaţie termică redusă. Apare stratificarea termică însoţită de disconfort termic şi costuri mai mari. De asemenea, nu se recomandă nici în cazul încăperilor cu medii încărcate cu praf, pulberi, scame, vapori etc.
Încălzirea prin radiaţie se realizează cu suprafeţe radiante din elemente de încălzire montate aparent sau sisteme înglobate în tavan, în pereţi sau în pardoseală. Prin emisie radiativă aerul din încăpere este încălzit la contactul cu suprafeţele calde. Atunci când se impun cerinţe igienice deosebite în încăperi sau de ordin estetic, se recurge la încălzirea prin radiaţie, cu transmisia căldurii din tavan. Radiaţia de căldură asigură un climat interior natural şi sănătos, o umiditate optimă şi un aer de respirat mai puţin circulat, fără praf. Se poate opta pentru încălzirea cu pardoseală radiantă în cazul încăperilor cu necesar de căldură redus şi dacă rezistenţa termică globală a pardoselii este mai mare de 2,8 mpK/W.
Amplasarea corpurilor de încălzire trebuie să se facă cu respectarea cerinţelor funcţionale, estetice şi economice.
În funcţie de modul de amplasare a sursei termice, încălzirea poate fi locală sau centrală.
Cea mai veche şi cea mai simplă metodă de obţinere a căldurii este încălzirea locală. Căldura este produsă şi cedată direct în aceeaşi încăpere. Este cazul generatorului de căldură prin arderea unui combustibil sau prin efecutul Joule.
Principala caracteristică a încălzirii centrale este dată de încălzirea simultană, de la o singură sursă, a mai multor încăperi, prin distribuirea printr-un sistem de ţevi a agentului termic. Instalaţiile de încălzire centrală se realizează numai pe bază de proiect de către persoanele specializate, cu competente în domeniu.
Dimensionarea sistemului.
Dimensionarea corectă a sistemului de încălzire se reflectă în costul global al investiţiei, în costul de exploatare al sistemului şi în gradul de eficienţă.
Pentru obţinerea unei performanţe optime, de dimensionarea sistemului termic se vor ocupa persoanele specializate în domeniu, potrivit nivelelor de competență ale acestora, pe bază de calcul, cu respectarea prevederilor legale în vigoare, ţinând cont de o serie de factori cheie:
- Dimensiunea, forma şi orientarea construcţiei
- Suprafaţa vitrată (cu geamuri)
- Gradul de izolare termică a clădirii
- Condiţiile climatice
- Destinaţia spaţiului de locuit
- Condiţiile de exploatare a instalaţiei de încălzire
Astfel, în scopul dimensionării instalaţiei de încălzire, se va determina necesarul de căldură de calcul în condiţii de temperaturi exterioare minime, reprezentat de cantitatea de energie consumată de instalaţia de încălzire pentru a se asigura confortul interior cerut de exigenţele umane. Ca urmare, puterea termică a sistemului de încălzire trebuie să fie egală cu necesarul de căldură al încăperii. De asemenea, dimensiunea sistemului de încălzire (corpului de încălzire ales) trebuie corelată cu dimensiunile spaţiului de montare. Prevederile generale ale STAS 1797/1 stau la baza calculului de dimensionare a corpurilor de încălzire. Totodată, reglementările ISCIR şi normativele din domeniu, în vigoare, impun anumite condiţii ce trebuie respectate la proiectarea, executarea şi exploatarea instalaţiilor de încălzire.
Necesarul de căldură pentru încălzire se poate evalua prin :
- metoda caracteristicii termice a clădirii;
- metoda de calcul pe conturul exterior al clădirii;
- metoda coeficienţilor globali de izolare termică „G”;
- metoda SR 1907-1.
Confortul termic întruneşte patru parametri de confort, reprezentaţi de: temperatura medie a spaţiului încălzit, temperatura medie de radiaţie, umiditatea relativă a aerului şi viteza medie de deplasare a curenţilor de aer. Conform reglementărilor în vigoare, nivelul de temperatură ce trebuie menţinut în încăperi, pentru realizarea unui confort termic eficient, poate fi situat între 17˚C şi 24˚C. Temperatura optimă depinde şi de destinaţia încăperii, de exemplu: în camera de zi valoarea trebuie sa fie undeva între 19˚C şi 22˚C, în dormitor se recomandă menţinerea unei valori de 17˚C sau de 18˚C iar în baie între 22˚C şi 24˚C. Cu toate acestea, noţiunea de confort termic are un caracter subiectiv, aprecierea este influenţată de comportamentul fiecăruia în raport cu mediul, de vârstă, de sex etc.
În cazul clădirilor noi, inginerul termist proiectează instalaţia de încălzire încă din fazele preliminare ale proiectului de construcţie, atunci când se face concepţia complexă a clădirii, când încă se mai poate interveni asupra configuraţiei construcţiei, astfel încât, să fie satisfăcute cerinţele necesarului de căldură. O amânare a elaborării proiectului de instalaţie va face dificilă integrarea sistemului în construcţie şi implicit va duce la creşterea costurilor (ca exemplu: sistemul de încălzire prin pardoseală). Aşadar, o sincronizare de elaborare a celor două proiecte se impune.
În schimb, când vorbim despre clădirile existente, auditorul energetic este cel care identifică principalele caracteristici termice şi energetice ale clădirii şi ale instalaţiilor aferente acesteia şi stabileşte, pe baza rezultatelor obţinute, cea mai bună soluţie de reabilitare sau modernizare termică şi energetică. Proiectul auditorului energetic, va avea ca obiective principale reducerea consumului anual specific de căldură pentru încălzire şi reducerea cheltuielilor.
Unii distribuitori de sisteme de încălzire oferă consultanţă gratuită în ceea ce privește calculul dimensionării sistemului.
O greşeală frecvent întâlnită este supradimensionarea sistemului de încălzire. Pentru a compensa un sistem de distribuţie sărac sau o izolare termică a construcţiei ineficientă sau chiar pentru a evita orice angajament ulterior instalării sistemului de încălzire, contractorul instalează sisteme mai mari decât sunt cu adevărat necesare. Un sistem supradimensionat va satisface imediat necesarul de căldură, dar nu va fi eficient.
Calitate. Siguranţă în exploatare.
Legea privind calitatea în construcţii impune realizarea unor niveluri de performanţă corespunzătoare pentru instalaţiile de încălzire. Aprecierea calităţii sistemului de încălzire se poate face ţinând cont de o serie de categorii de exigenţe, de o importanţă mai mică sau mai mare. Aceste exigenţe de calitate sunt: confortul termic, adaptarea la utilizare, izolarea termică şi economia de energie, siguranţa în exploatare, siguranţa la foc, rezistenţă şi stabilitate, durabilitate, etanşeitate, confort acustic, igiena, sănătatea oamenilor, refacerea şi protecţia mediului, economicitate.
Este important ca asigurarea parametrilor de performanţă proiectaţi să se facă pe întreaga durată a exploatării sistemului de încălzire. De asemenea, se impune respectarea cerinţelor referitoare la protecţia, securitatea şi igiena muncii, pe toată durata implementării sistemului şi pe toată durata de exploatare. Inclusiv în timpul probelor, verificărilor şi reparaţiilor echipamentelor componente ale sistemului de încălzire, se vor respecta cu stricteţe instrucţiunile specifice de protecţie a muncii.
Se va acorda o atenţie deosebită punerii în funcţiune a instalaţiei de încălzire, asigurându-se o încălzire uniformă şi progresivă, pentru evitarea apariţiei eventualelor şocuri hidraulice sau termice.
Se vor lua toate măsurile necesare de protecţie şi de întreţinere a instalaţiei de încălzire prevăzute în norme. Atunci când elementele protectoare se deteriorează devine necesară refacerea lor completă.
Ca exemple:
- La utilizarea generatorului de aer cald se vor lua toate măsurile necesare de securitate la incendiu şi siguranţă în exploatare, precum: menţinerea concentraţiilor de noxe din încăpere în limitele admise, controlul alimentarii cu combustibil, detecţia scăpărilor de gaze, folosirea de generatoare cu focar etanş etc.
- Temperatură maximă a agentului termic trebuie să fie cel mult egală cu temperatura admisibilă indicată de producător pentru componentele instalaţiei de încălzire. În încăperile cu risc de explozie, de incendiu, cu praf combustibil, temperatura maximă a suprafeţelor componentelor instalaţiilor de încălzire trebuie să fie cu cel puţin 10˚C mai mică decât temperaturile de aprindere, explozie, detonare sau mocnire, prevăzute prin reglementările tehnice specifice.
Prezintă importanţă în exploatarea sistemelor de încălzire şi dotarea cu unităţi de rezervă la nivelul sursei sau tip de combustibil, pentru perioadele de vârf a consumului, cât şi în regim de avarie.
Reviziile sistemelor de încălzire se vor face periodic, în mod obligatoriu, pentru asigurarea unei exploatări în condiţii de eficienţă maximă.
Defecţiunile cele mai întâlnite sunt cele cauzate de greşeli de montaj sau de utilizarea unor dispozitive necorespunzătoare calitativ.