1.1.Incalzirea prin pardoseala

Ideea folosirii pardoselii drept corp de încălzire nu este deloc nouă. Sisteme de acest fel, într-o variantă primitivă, existau încă din antichitate, în China și Egipt. În aceste sisteme, gazele calde produse într-un focar erau trecute printr-un canal special executat sub pardoseala încăperii. Un sistem mai evoluat apare, în aceeași perioadă, în Roma antică, denumit hipocaust. La acesta, gazele calde erau dirijate prin canale la mai multe încăperi. Hipocaustul a fost unul din primele sisteme de încălzire centrală prin pardoseală.

În configurația actuală, instalațiile de încălzire prin pardoseală apar la începutul secolului al XX-lea. Profesorul englez Baker este primul care obține un brevet cu titlul „Sistem de încălzire a localurilor cu apă caldă transportată prin țevi sub pardoseală”. Drepturile asupra acestui brevet sunt cumpărate în 1909 de firma Crittal Co., care realizează pe baza lui încălzirea palatului Royal River. Dezvoltarea efectivă a sistemului are loc imediat după al Doilea Război Mondial, odată cu campania de reconstrucție din Europa. Tehnica din acea perioadă constă în înglobarea de țevi din oțel de ½” sau ¾” fără straturi de izolație termică sub ele. Cu o astfel de tehnologie s-au executat în Europa, numai în perioada 1945-1950, instalațiile de încălzire din peste 100 000 de locuințe. Această perioadă de pionierat a pus în evidență nu numai avantajele sistemului, dar și o seamă de neajunsuri determinate de lipsa unei cercetări aprofundate a efectelor asupra omului.

1.2.Tipuri de incalzire prin pardoseala

Sistemul de incalzire prin pardoseala pe care il alegeti va depinde in mare masura de cat spatiu doriti sa se incalzeasca si modul in care doriti sa faceti acest lucru.

Cele trei tipuri de incalzire prin pardosela sunt : arderea hidraulica,electrica si de lemn.

Exista un singur tip de incalzitor cu etaj,care este suficient de eficient pentru a incalzi intreaga casa si acela este sistemul hidraulic.Acesta foloseste un sistem de

tevi plasate sub podea,in care apa este incalzita de un  cazan si este continuu pompata spre a incalzi casa.Sistemul este destul de complex  si necesita destul de multa intretinere.Pentru acest tip de sistem va trebui aleasa o sursa de energie pentru incalzirea boilerului.Aceste optiuni includ gaz,petrol,energie electrica,solara sau geotermala.De asemenea acestui sistem ii ia cateva ore sa se incalzeasca si trebuie folosit continuu pentru a asigura  casa cu o temperature confortabila.

Incalzirea prin pardoseala electrica este ideala pentru locurile mici cum ar fi baile reci sau podele din bucatarie.Aceste sisteme sunt eficiente si pentru incalzirea intregii case,singurul dezavantaj fiind cresterea costului facturii de electricitate.Sunt usor de instalat si de intretinut.

Sistemul de ardere din lemn funtioneaza aproape la fel ca sistemul hidraulic,dar in loc de cazan(boiler) se foloseste o cutie de lemn,care incalzeste apa care circula prin sistem.Inconvenient al acestui sistem este incalzirea in tandem si este rar folosit ca singura sursa de caldura.

1.3.Incalzirea electgrica prin pardoseala

Incalzirea electrica in pardoseala este un sistem de incalzire din ce in ce mai popular datorita nivelului ridicat de confort termic la un cost rezonabil, fiind practic o sursa de caldură invizibila cu un consum redus de energie.

1.3.1.Generalitati

Sistemul electric de incalzire in pardoseala poate fi instalat ca sursa unica de caldura atunci cand doriti sa nu mai aveti si alta sursa de incalzire sau ca sursa complementara (sursa de confort) atunci cand doriti sa pastrati sistemul de incalzire existent dar vreti sa va bucurati de confortul oferit de o pardoseala calda (in baie, pe suprafetele vitrate)

Poate fi instalat sub orice tip de pardoaseala, asigurand atat un nivel ridicat de confort cat si placerea de a umbla descult pe pardoseala incalzita.

1.3.2.De ce sa-ti instalezi un sistem de incalzire electrica in pardoseala?

Sistemul de incalzire electrica in pardoseala este ideal atat pentru case si birouri cat si pentru spatii comerciale si hale industriale.

Cu sistemul de incalzire electrica in pardoseala caldura se deplaseaza de jos in sus pe toata suprafata camerei, asigurand astfel 24°Cla baza podelei, 22°C la nivelul corpului si 20°C la nivelul tavanului.

1.3.3.7 avantaje ale sistemului de incalzire electrica in pardoseala

Pardoseala din camera de zi, din bucatari sau baie, va fi mereu calda pe toata suprafata, caldura (radianta) fiind distribuita uniform.

Investitie mai mica decat in cazul unei centrale termice cu gaz Costuri de intretinere zero. Sistemul de incalzire electrica in pardoseala nu

necesita costuri de intretinere. Inertie termica mai mare decat in cazul caloriferelor. In cazul intreruperii

curentului electric, sistemul electric de incalzire in pardoseala va asigura nivelul optim de confort termic in incapere pentru o perioada de pana la 4 ori mai mare decat in cazul caloriferelor.

Nu creeaza curenti de aer ce pot pune in miscare particulele de praf Control individual al temperaturii din fiecare camera. Instalarea pentru o casa de locuit sau apartament de 100 mp se face in 1-2

zile. Pentru renovari,  unde ridicarea sapei cu cativa centimetrii nu mai este posibila, covorasele electrice sunt solutia ideala de incalzire in pardoseala.

Sistemele inteligente de incalzire electrica in pardoseala  sunt asistate de

termostate programabile cu senzori de ambient si pardoseala ce face ca energia

consumata sa fie conservata si folosita dupa necesitatea utilizatorului.

    1.3.4.Dezavantaje: majoritatea dezavantajelor tin de eventualele defecte, operatiuni executate in

afara tehnologiei de montare/ instalare a sistemelor de incalzire in pardoseala. Trebuie pus un accent deosebit pe profesionalismul tehnicienilor care instaleaza sistemul, considerand ca pentru o durata de viata de 50 ani nu trebuie facut nici un rabat de la calitate.

o evaluare termica gresita a casei sau a pardoselii pot duce la pierderi de caldura necalculate, fapt ce va mari consumul de energie electrica considerabil. Doar o echipa specializata va poate recomanda sistemul potrivit precum si termostatul compatibil pentru a face aceasta investitie profitabila si pentru a reduce costurile lunare de intretinere cu pana la 30%.

1.3.5.Instalare

Cablu electric incalzitor este montat incastrat intr-o masa compacta (beton, sapa, adezivi... etc). Fixarea mecanica se realizeaza cu ajutorul clemelor speciale de prindere.

Sistemul de incalzire necesita o izolare termica fata de cota inferioara a

sectiunii pardoselii. Izolarea termica se realizeaza prin montarea unui strat de

polistiren extrudat cu o grosime de 2-3 cm.

Montarea cablurilor incalzitoare poate fi facuta pe un suport de plasa STM

care are si rol de armare a viitoarei sape sau pe polistirenul extrudat.

Senzorii de pardoseala vor fi montati intre doua spire ale circuitului de

incalzire, la distante egale, astfel incat sa citeasca valoarea de temperatura din masa

compacta in care sunt incastrati.

Termostatul programabil va fi instalat pe perete la o inaltime de aprox. 1.2m

pentru a citi temperatura ambientala.

1.3.6.Principiu de functionareTermostatele programabile functioneaza in trei regimuri de functionare (repere de

temperatura):

Senzor de pardoseala Senzor de ambient Combinat ambient si pardoseala

Termostatul va porni sistemul cand temperatura citita va fi cu un grad mai mica decat temperatura setata (dorita) si va opri sistemul cand temperatura citita va fi egala cu temperatura setata.

Cablurile incalzitoare vor produce si transmite caldura in masa compacta pana o

va echilibra termic, transformand-o intr-o masa radianta.

Temperatura in pardoseala va fi cu 2⁰C mai mare decat temperatura din

ambient.ex: daca doriti 24⁰C in ambient, veti avea 26⁰C in pardoseala.

Distribuirea uniforma a caldurii va face ca temperatura sa fie aceeasi in orice

zona a incaperii.

2.Date initiale proiect

Să se proiecteze un sistem de încălzire electrică prin pardoseală pentru un apartament cu 4 camere (Fig. 1) amplasat la parterul unui bloc de locuințe, cu parter și 4 etaje, având următoarele caracteristici tehnice:

Apartamentul este situat în Timișoara cu orientarea ferestrelor spre nord și liber expus la vânt

Clădirea are subsol și o fundație cu grosimea de 0.5 m, având adâncimea pânzei de apă freatică de 6 m

Pereții exteriori ai clădirii sunt construiți din cărămidă plină și tencuiți Planșeele sunt din beton armat cu grosimea de 0.2 m Pardoseala este din parchet cu grosimea de 0.02 m Ferestrele sunt duble, din lemn, fără etanșare specială (lungimea rosturilor

este cotată în Fig. 1) Înălțimea unui nivel este de 2.7 m Ɵi[℃] –temperatura interioara corespunzatoare se considera: + 22℃ ).

Ɵe[℃] –temperatura exterioara corespuzatoare se considera: -12℃

2)Calculul necesarului de caldura pentru incalzirea cladirii

Se determina caldura necesara a fiecarei camere calculandu-se schimbul de energie

(pierderile) prin convectie si conductie cu mediul exterior.

Necesarul global de caldura al fiecarei incaperi se determina astfel:

Q=QT∗(1+∑ A

100 )+Qi [W ] (1)

unde:

QT ¿W]-este pierderea de caldura prin transmisie in regim stationar,corespunzator diferentei

de caldura dintre interiolul si exteriorul elementelor de constructive care limiteaza

incaperea:

QT=∑mT∗S∗k∗(Ɵi−Ɵe )+C∗¿kc∗(Ɵi−Ɵe )+S p∗ks∗(Ɵi−Ɵs )¿ [W] (2)

unde:

mT ¿-] –coeficientul de masivitate termica a elementului de constructie;

mT=1 –pentru elemente de constructie interioare;

mT=(<1÷>7) –pentru elemente de constructie exterioare in functie de coeficientul mediu de

inertie termica al incaperii ;

S [m2¿ -suprafata fiecarui element de constructie,functie de dimensiunile interioare(se scad

golurile );

k= 11α i

+∑ gλ+

1αe

[W

m2∗℃] – din TAB

Unde

k = coeficientul global de transmisie a caldurii pentru elemental de constructie;

C [m] –lungimea conturului laturilor exterioare ale planului incaperii (masurate la fata

interioara a peretilor la nivelul solului / pardoselii).

k c [ Wm∗K ] -coeficientul de transmisie a caldurii pe contur ;

Sp[m2] –suprafata de pardoseala a incaperii asezata direct pe sol;

k s[W

m2∗K] –coeficient de transmisie a caldurii catre sol ;

T s[℃] –temperatura solului considerate conventional +10℃ indifferent de temperature

aerului exterior.

∑ A -suma adaosurilor care afecteaza pierderile de caldura prin transmisie:

∑ A=A0+Ac + A s (3)

unde:

A0 [ % ]−¿adaosul pentru orientare ,care tine cont de pierderile de caldura ale incaperilor cu

pereti exterior (± 5% functie de orientarea cea mai defavorabila (N) din);

Ac[%] –adaosul pentru compensarea efectului suprafetelor reci in calculul pierderilor

decaldura ale incaperilor cu pereti exteriori ;

A s[%] –adaosul special se acorda la cladirile civile unde instalatia de incalzire central

functioneaza cu intermitenta ;

Qi[W] –este necesarul de caldura pentru incalzirea aerului infiltrate prin rosturile ferestrelor

si usilor exterioare de la temperature exterioara la cea interioara :

Qi=∑ (L∗i )∗¿ v43∗(Ɵi−Ɵe )+U∗Su∗n∗(Ɵi−Ɵe )¿ [W] (4)

unde:

L[m] –lungimea rosturilor usilor ,ferestrelor (perimetrul elementelor mobile ale acestora);

i [Wm

(ms)

43∗℃ ¿−¿coeficientul de infiltratie prin rosturi, functie de felul usilor si ferestrelor

precum si al modului de comportare a cladirilor la actiunea vantului.

v [ms

] –viteza de calcul a vantului ;

U=0,36 W∗s

m2∗℃ - coeficient ce caracterizeaza cantitatea de caldura pierduta la deschiderea

unei usi;

Su[m2] –suprafata usilor exterioare;

n[1

ora] –numarul de deschideri ale usilor pe ora ;

Calculele, conform relațiilor (1), (2), (3), (4) se sistematizează în tabelul 1, pentru

fiecare element de construcție al fiecărei încăperi.

Notații:

FE - Fereastră exterioară;

PE - Perete exterior;

PI - Perete interior;

Pd - Pardoseală;

C - Conturul laturilor exterioare.

Camera 1-DORMITOR

Suprafata

FE.(N) : L*l =1,6*1,2 =1,92

PE1.(N): L*l =3,04*2,7 =8,20-FE.(N)=8.20-1,92= 6,28

PE2. (V) :L*l =5,14*2,7 =13,8

Pd :L*l = 5,14*3,04 =15,62

C : 3,04+5,14 =8,18

Pierdera de caldura prin transmisieQT

QT=∑mT∗S∗k∗(Ɵi−Ɵe )

QT=(1*1,92*2,32*34)+ (1,10*6,28*1,51*34)+ (1,10*13,8*1,51*34)+ (15,62*1,97*12)+ (8,18*1,18*34)

=151,44+354,65+779,34+369,25+328.18

=1982.86

Necesarul de caldura pentru incalzirea aerului infiltrat prin rostul ferestrelor si usilor exterioare de la temperstura exteriaoara la cea interioara(Qi)

Qi=∑ (L∗i )∗¿ v43∗(Ɵi−Ɵe )=5,6∗0,081∗10,9∗34=168,10¿

Necesarul global de caldura al fiecarei incaperi:

Q=QT∗(1+∑ A

100 )+Qi=1982.86∗1,22+168,10=2587.18

1+∑ A /100=1+¿¿ + A s¿ /100=¿1,22

Camera 2-BAIE

Suprafata

FE.(N) : L*l =0,7*0,7 =0,49

PE1.(N): L*l =2,04*2,7 =5,50-FE.(N)=5,50-0,49= 5,01

Pd :L*l = 3,34*2,04 =6,81

C =PE1=2,04

Pierdera de caldura prin transmisie(QT)

QT=∑mT∗S∗k∗(Ɵi−Ɵe )

QT=(1*0,49*2,32*34)+ (1,10*5,01*1,51*34)+ (6,81*1,97*12)+ (2.04*1,18*34)

=38,65+282,93+160,98+81,84

= 564,40

Necesarul de caldura pentru incalzirea aerului infiltrat prin rostul ferestrelor si usilor exterioare de la temperstura exteriaoara la cea interioara(Qi)

Qi=∑ (L∗i )∗¿ v43∗(Ɵi−Ɵe )=¿¿2,8*0.081*10.9*34=84,05

Necesarul global de caldura al fiecarei incaperi:

Q=QT∗(1+∑ A

100 )+Qi=564,40∗1,18+84,05=750,04

1+∑ A /100=1+¿¿ + A s¿ /100=¿1,18

Camera 3 –CAMERA DE ZI

Suprafata

FE.(N) : L*l =2,4*1,2 =2,88

PE1.(N): L*l =3,94*2,7 =10,63-FE.(N)=10.63-2,88= 7,758

Pd :L*l = 3,94*5,14 =20,25

C =PE1=3,94

Pierdera de caldura prin transmisie(QT)

QT=∑mT∗S∗k∗(Ɵi−Ɵe )

QT=(1*2,88*2,32*34)+ (1,10*7,75*1,51*34)+ (20,25*1,97*12)+ (3.94*1,18*34)

=227,17+437,67+478,71+158,07

= 1301,62

Necesarul de caldura pentru incalzirea aerului infiltrat prin rostul ferestrelor si usilor exterioare de la temperstura exteriaoara la cea interioara(Qi)

Qi=∑ (L∗i )∗¿ v43∗(Ɵi−Ɵe )=¿¿7,2*0.081*10.9*34=216,13

Necesarul global de caldura al fiecarei incaperi:

Q=QT∗(1+∑ A

100 )+Qi=1301,62∗1,18+216,13=1752,04

1+∑ A /100=1+¿¿ + A s¿ /100=¿1,18

Camera 4 - BUCATARIE

Suprafata

FE.(N) : L*l =1,6*1,2 =1,92

PE1.(N): L*l =3,04*2,7 =8,20-FE.(N)=8.20-1,92= 6,28

PE2. (I) :L*l =3,34*2,7 =9,01

Pd :L*l = 3,34*3,04 =10,15

C =PE1(N)= 3,04

Pierdera de caldura prin transmisie(QT)

QT=∑mT∗S∗k∗(Ɵi−Ɵe )

QT=(1*1,92*2,32*34)+ (1,10*6,28*1,51*34)+ (1,10*9.01*1,51*7)+ (10,15*1,97*12)+ (3,04*1,18*34)

=151,44+354,65+104,75+239,946+121,96

=972,74

Necesarul de caldura pentru incalzirea aerului infiltrat prin rostul ferestrelor si usilor exterioare de la temperstura exteriaoara la cea interioara(Qi)

Qi=∑ (L∗i )∗¿ v43∗(Ɵi−Ɵe )=¿¿5,6*0.081*10.9*34=168,10

Necesarul global de caldura al fiecarei incaperi:

Q=QT∗(1+∑ A

100 )+Qi=972,74∗1,19+168,10=1325,66

1+∑ A /100=1+¿¿ + A s¿ /100=¿1,19

Q=Q(CAMERA 1)+Q(CAMERA 2)+Q(CAMERA 3)+Q(CAMERA 4)=

=2587,18+750,04+ 1752,04+1325,66

= 6414,92

2.2.Alegerea elementelor incalzitoare

Deoarece cablurile vor fi amplasate doar pe suprafata apartamentului care nu este acoperita de mobila ,va fi necesara cunoasterea voalorilor pieselor de mobilier si calculul suprafetei totale ocupate de mobilier respectiv suprafetei toatle ramasa libera in urma amplasarii mobilierului.

Incapare Piesa de mobiler Suprafata Suprafata totala ocupata

Suprafata camera

Suprafata ramasa libera

Camera 1(dormitor)

Pat dublu 1,8*2,2 = 3,96

4,98 15,62 10,64Noptiera 0,38*0,38 = 0,14Noptiera 0,38*0,38 = 0,14

Dulap faine dublu 1,2*0,48 = 0,57Dulap haine 0,42*0,42 = 0,17

Camera 2(baie)

Masina de spalat 0,6*0,53 = 0,31

1,45 6,81 5,36chiuveta 0,56*0,47 = 0,26

WC 0,6*0,4 = 0,24Cabina dus 0,8*0,8 = 0,64

Camera 3(camera de zi)

Canapea 2,4*1,1 = 2,643,17 20,25 17,08Biblioteca 0,9*0,4 = 0,36

Masuta TV 0,5*0,35 = 0,17

Camera 4(bucatarie)

Aragaz 0,47*0,47 = 0,22

1,37 10,15 8,78chiuveta 0,8*0,54 = 0,43Frigider 0,55*0,54 = 0,29Dulap 0,8*0,54 = 0,43

Cablu de incalzire 12W/m, ultrasubtire

Camera Necesarul de caldura [W]

Cod cablu Putere la 230V [W]

Dormitor 2419,08 34292140 2140

Baie 665,99 34290670 670

Camera zi 1535,91 34291600 1600

Bucatarie 1157,56 34291190 1190

In continuare vom determina numarul de bucle ale cablurilor si distanta dintre buclele cablurilor:

N= Ll , unde:

N [-] este numărul de bucle al cablului ;L [m] este lungimea cablului ;l [m] este lățimea camerei ;

d= AL

, unde:

d [m] este distanța dintre buclele cablului ;A [m2] este suprafața finală rămasă liberă;

Camera Lungimea cablu L [m] Latimea camerei l [m] Numarul de bucle al cablului N [-]

Dormitor 177 3,04 58Baie 57 2,04 27

Camera de zi 133 3,94 33Bucatarie 99 3,04 32

Camera Suprafata ramasa libera [mp]

Lungimea cablului [m] Distanta dintre bucle [m]

Dormitor 10,64 177 0,06Baie 5,36 57 0,09

Camera de zi 17,08 133 0,12Bucatarie 8,78 99 0,08

Dispunera cablurilor

Cu culoarea albastru s-au marcat pozitiile termostatelor,cu portocaliu sa

reprezentat cablul de alimentare al termostatelor, iar cu verde pozitia tabloului de

distributie. Termostatele sunt plasate la inaltimea de 1.7 m ferite de de lumina

soarelui si de curenti de aer din exterior. Traseul cablurilor care alimenteaza

cablurile incazitoare s-a marcat cu maro. Canalul este montat pe perete si contine

conductoarele de faza, nul si nulul de protectie pentru fiecare camera.

3.Proiectarea instalatiei electrice de alimentare ,protectie si comanda

3.1.Elaborarea schemei electrice

Schema electrica de comana si alimentare

Notatiile folosite in realizarea schemei electrica de alimentare si de comanda a

instalatiel electrice de incalzire prin pardoseala sunt urmatoarele:

Q –intreruptorul general

Fi – intreruptoarele modulare,

Xi – reglete

Bi – thermostat

K –contactor

L1 – faza

N – nulul de lucru

PE – nulul de protectie

Ei – cabluri de incalzire

Schema nu contine circuitele de comanda a iluminarii si a prizelor

Alimentarea celor patru elemente incalzitoare E1-4 este comandata de

termostate, care prin contactele NI B1-4 asigura/intrerup alimentarea contactoarelor

K1-4, a caror contacte principale sunt pozitionate pe circuitele de alimentare a

rezistentelor. Circuitul este prevazut cu intrerupator principal Q, si intrerupatoarele F0-

4 cu rol de protectie (intreupatoarele F1-4 avand si rolul de comanda locala a

alimentarii E1-4).

Alimentarea contactoarelor se realizeaza la tensiunea nominala a retelei de

230V.

3.2 Dimensionarea circuitului electric

Determina puterea aparenta:

Si= Picosᵠi

unde

Pi = puterea activa consumata de fiecare cablu

cosᵠi = factorul de putere corespunzator fiecarei puteri.

Avand in vedere ca consumatorii sunt rezistivi (cosᵠi=1 ) rezulta ca Si = Pi.

Intensitatea curentului pe fiecare circuit este Ii=SiUn

,unde Un este tensiunea

nominala a retelei, avand valoarea de 230 V.

Calculul curentilor pentru fiecare camera.

S1= P1cosᵠ 1

=2140

S2= P2cosᵠ 2

=670

S3= P3cosᵠ 3

=1600

S4= P4cosᵠ 4

=1190

St=S1+S2+S3+S4=2140+670+1600+1190=5600VA

I 1= S1U 1

=2140230

=9,30

I 2= S2U 2

=670230

=2,91

I 3= S3U 3

=1600230

=6,95

I 4= S 4U 4

=1190230

=5,17

¿=I 1+ I 2+ I 3+ I 4=9,30+2,91+6,95+5,17=24,33 A

I1/ S1 = curentul/puterea aparenta necesara pentru dormitor ;

I2/ S2 =curentul/puterea aparenta necesara pentru baie ;

I3/ S3 = curentul/puterea aparenta necesara pentru camera de zi ;

I4/ S4 =curentul/puterea aparenta necesara pentru bucatarie ;

Incaperea P

[w]

Si

[VA]

I i

[A]

St

[VA]

It

[A]

Dormitor 2140 2140 9,30

56000 24.33Baie 670 670 2.91

Camera de zi

1600 1600 6.95

Bucatarie 1140 1190 5,17

3.3. Alegerea aparatajelor

3.3.1.Alegerea cablurilor de alimentare

3.3.2.Alegerea intreruptoarelor

3.3.3.Alegerea regletelor

Tip regleta Simbol Cracteristici Nr Buc

SI-412 xiTerminal strip threated NYBLOC 12 X 2,5 MMP 24A

2