وحید یغمائی

محاسبات سرانگشتی بار حرارتی ساختمان

پس از مطالعه و آشنایی با روش مهندسی و دقیق محاسبات بار حرارتی ساختمان جهت انتخاب سیستم گرمایشی مناسب (موتورخانه و یا پکیج شوفاژ دیواری) و در ادامه انتخای سیستم توزیع مناسب حرارت در فضا و سایر تجهیزات مناسب، این سوال ایجاد می شود که آیا راهی وجود دارد که بتوان بصورت سریع و تخمینی با تقریب مناسب بار حرارتی ساختمان را محاسبه نمود؟

در این مقاله قصد داریم تا چند روش برای محاسبه سرانگشتی بار حرارتی ساختمان را معرفی نماییم ولی توجه به این نکته بسیار حائز اهمیت است که هیچکدام از این روش ها جایگزین برای روش اصلی که در مقاله «صفر تا صد محاسبات گرمایش ساختمان» ذکر شد نمی باشد ولی برای تسریع در کار می توان حدود مناسبی از توان حرارتی مورد نیاز برای انتخاب موتورخانه و یا پکیج شوفاژ دیواری را بدست آورد.

در پایان نیز می توانید با مراجعه به «فایل اکسل محاسبه سرانگشتی بار حرارتی ساختمان» اقدام به دانلود فایل اکسل مربوط به محاسبات سرانگشتی نمایید.

وحید یغمائي

نویسنده مقاله

وحید یغمائی

پیش نیاز مقاله

صفر تا صد محاسبات گرمایش ساختمان

روش اول:

Q=151.2\times A\times AF\times K

Q بر حسب kcal/hr (کیلو کالری بر ساعت)، AF ضریب هواست و به ارتفاع از سطح دریا بستگی دارد و از جدول زیر به دست می آید، K ضریبی است که به دمای خارج بستگی دارد و از جدول به دست می آید و A مساحت زیر بنا بر حسب متر مربع است.

ارتفاع از سطح دریا (متر) ۰ ۳۰۵ ۶۱۰ ۹۱۴ ۱۲۱۹ ۱۵۲۴ ۱۸۲۹ ۲۱۳۴ ۲۴۳۸
AF 1.08 1.04 1.01 0.97 0.93 0.87 0.83 0.81 0.8
دمای هوای خارج (سانتی گراد) ۱۵- ۱۲- ۱۰- ۸- ۶- ۴- ۲- ۰ ۳ ۵ ۷ ۱۰ ۱۵
K ۱.۶۳ ۱.۵ ۱.۴ ۱.۳۱ ۱.۲۲ ۱.۱۵ ۱.۰۵ ۱ ۰.۸۲ ۰.۷۵ ۰.۶۵ ۰.۵ ۰.۴

مثال برای روش اول:

آپارتمانی به مساخت ۱۰۰ متر مربع در شهری با ارتفاع ۱۵۲۴ متر از سطح دریا واقع شده است. اگر دمای هوای خارج ۱۰- درجه سانتیگراد در سرد ترین شب سال باشد، بار حرارتی ساختمان را به صورت تخمینی محاسبه نمایید:

Q=151.2\times 100\times 0.87\times 1.4=18416\frac { kcal }{ hr } =21.4\quad kW

روش دوم:

Q=3.5\left( 3.3V+10{ m }_{ wall }^{ 2 }+100{ m }_{ window }^{ 2 } \right)

V حجم آپارتمان یا خانه بر حسب متر مکعب

_{ wall }^{ 2 }{ m } سطح دیوارهای خارجی (دیوار یا سقف یا کف که به فضای خارج ارتباط دارد)

_{ window }^{ 2 }{ m } سطح پنجره

مثال برای روش دوم:

بار حرارتی آپارتمانی با ۱۰۰ متر مربع زیربنا و ارتفاع سقف ۲.۸ متر دارای ۱۵ متر مربع پنجره و ۱۶۰ متر مربع دیوار خارجی را حساب کنید:

 

 

Q=3.5\left( 3.3\times 280+10\times 160+100\times 15 \right) =14084\frac { kcal }{ hr } =16.3kW

روش سوم:

Q\left[ kW \right] =0.035\sim 0.05\times V\left[ { m }^{ 3 } \right]

Q بر حسب kW (کیلو وات)، و V برحسب متر مکعب و حجم آپارتمان می باشد.

منظور از حجم آپارتمان، حجمی از فضای مذکور است که نیاز به گرمایش دارد و با توجه به عایق بندی ساختمان در عددی مابین ۰.۰۳۵ الی ۰.۰۵۰ ضرب خواهد شد که هر چه عایق بندی ساختمان بهتر باشد عدد انتخابی به ۰.۰۳۵ و هرچه ضعیف تر باشد به عدد ۰.۰۵نزدیک تر خواهد بود.

مثال برای روش سوم:

آپارتمانی به مساخت ۱۰۰ متر مربع در بار حرارتی آپارتمانی با ۱۰۰ متر مربع زیربنا و ارتفاع سقف ۲.۸ متر و عایق کاری ضعیف را محاسبه نمایید (در و پنجره فلزی و شیشه های تک لایه):

 

 

حجم آپارتمان=100\times 2.8=280{ m }^{ 3 }

Q=0.05\times 280=14kW=12040\frac { kcal }{ hr }

همانگونه که ملاحظه شد برای یک ساختمان ۱۰۰ متری با شرایط مسئله متفاوت، ظرفیت های حرارتی متفاوتی از سه روش محاسبات سرانگشتی استخراج شد.

پس بهترین روش روش محاسبات دقیق است.

روش سوم را اینجانب از آقای DAVIDE مدیر اسبق خدمات پس از فروش آریستون نشیده ام.

مقالات مرتبط

مرتبط با سیستم سرمایش تراکمی

علت خنک نکردن کولرگازی

شاید برای شما هم این اتفاق افتاده باشد که در یک روز گرم تابستان، کولر گازی یا داکت اسپلیت محل زندگی یا کارتون را روشن کرده باشید و پس از

ادامه

باورهای غلط در مورد پکیج شوفاژ دیواری

در این مقاله بعضی باورهای غلط و به عبارتی غلط های مصطلح در مورد پکیج شوفاژ دیواری را بررسی خواهیم کرد.

برخی از این باورهای غلط حتی در بین تکنسین ها و فروشندگان پکیج شوفاژ دیواری نیز وجود دارد و اشتباه آن ها باعث سردرگمی و انتخاب اشتباه مصرف کنندگان و کاربرای و خریداران پکیج خواهد شد.

پکیج چگالشی
وحید یغمائي

نویسنده مقاله

وحید یغمائی

پیش نیاز مقاله

انواع پکیج های شوفاژ دیواری

۱. پکیج های زمینی:

یک از باورهای غلط در مورد پکیج های زمینی این است متاسفانه به توصیه فروشندگان و حتی سرویس کاران، این پکیج ها برای منازل یا محیط هایی با متراژ بالاتر توصیه می گردند. برای تفهیم موضوع به طور مثال فرض بگیریم متری به فروشنده مراجعه کرده و به عنوان شرایط محیط نصب پکیج شوفاژ دیواری به اطلاع رسانده که دارای فضای ۲۲۰ متری می باشد و فروشنده به ایشان مثلا پکیج ۳۵ کیلووات (برای مثال پکیج جنوس ایکس آریستون) را پیشنهاد می دهد. 

در این سیستم، آب به سوی یک مخزن که به هوای باز راه دارد، جریان می‌یابد (مانند برج  خنک­کننده و ایرواشر).

2. سیستم بسته

 در این سیستم، جریان آب در هیچ نقطه‌ای در معرض هوای آزاد قرار نمی‌گیرد. چنین سیستم‌هایی در دو نوع منبع انبساط باز و بسته ارائه می شوند که در نوع منبع انبساط باز، شامل یک منبع انبساط هستند که با هوای آزاد در ارتباط است، ولی سطح آبی که در معرض هوای آزاد است قابل توجه نیست.

سیستم‌های لوله‌کشی از جهت دیگر نیز به دو دسته تقسیم می‌شوند.

1. سیستم تک­ گذر: در این سیستم، آب یک بار از وسیله‌ای عبور نموده و تخلیه می‌گردد که تجهیزات بکار رقته در مسیر آب گرم بهداشتی (آبگرم مصرفی) از این نوع هستند.

2. سیستم گردشی: در این سیستم آب پس از رسیدن به وسیله مورد نظر تخلیه نمی‌شود بلکه توسط یک مدار لوله‌کشی، بین مبدل حرارتی و مبدأ حرکت خود که می‌تواند یک پکیج باشد، گردش می‌کند. گردش آب می‌تواند تحت نیروی ترموسیفون ناشی از اختلاف وزن مخصوص آب گرم رفت و برگشت یا به صورت اجباری توسط پمپ صورت گیرد. هر دو سیستم فوق ممکن است باز یا بسته باشند.

مقالات مرتبط

مرتبط با سیستم سرمایش تراکمی

علت خنک نکردن کولرگازی

شاید برای شما هم این اتفاق افتاده باشد که در یک روز گرم تابستان، کولر گازی یا داکت اسپلیت محل زندگی یا کارتون را روشن کرده باشید و پس از

ادامه

محاسبات سایز لوله کشی شوفاژ (مدار گرمایش)

در این مقاله نحوه انتخاب قطر لوله، از هر جنس و بر اساس شرایط طراحی پروژه را آموزش خواهیم دید. در پایان این مقاله می توان سایز هر قسمت لوله کشی مدار گرمایش را از روی جدوال و با دقت بسیار بالا انتخاب نماییم.

وحید یغمائي

نویسنده مقاله

وحید یغمائی

پیش نیاز مقاله

روش های لوله کشی شوفاژ

سیستم های لوله کشی آب:

پس از انتخاب سیستم برگشت مناسب (برگشت مستقیم یا معکوس)، برای طرح و محاسبه سیستم لوله کشی قدم به قدم مطابق دستور زیر عمل می شود.

  1. تعیین مناسب ترین محل نصب واحدهای مبدل حرارتی (مراجعه شود به بخش«انتخاب مبدل حرارتی») و رسم بهترین مسیر لوله کشی از دیگ به مبدل ها روی نقشه ساختمان.
  2. انتخاب محدوده سرعت مناسب برای گردش آب. این سرعت باید به میزانی باشد که با توجه به وضع محل، از نظر تولید سر و صدا ایجاد ناراحتی نکند. سرعت مناسب حرکت آب در لوله ها بین 2 تا 4 فوت بر ثانیه (fps) و برای مکان هایی که در آنها سر و صدا اهمیت چندانی ندارد (از قبیل کارخانجات) تا بیش از 10 فوت بر ثانیه است.
  3. تعیین مقدار دبی آب که توسط لوله مورد نظر حمل می شود، به واسطه فرمول \frac { Q }{ 10000 } =G
    G: دبی آب در لوله مورد نظر (گرمایش) [گالن بر دقیقه]
    Q: بار حرارتی که توسط آب درون لوله حمل میشود [بی تی یو بر ساعت]
    بهترین اختلاف دمای آب رفت و برگشت در سیستم اجباری (پمپی) برابر 20 درجه فارنهایت برای گرمایش و 10 درجه فارنهایت برای سرمایش است که در سیستم های طبیعی این اختلاف دما بیشتر است. بنابراین در سرمایش با سیستم اجباری مخرج فرمول فوق 5000 خواهد بود. در هنگام استفاده از شکل های زیر که نمودار افت فشار در لوله های مختلف اند، باید توجه داشت که محور پایینی با توجه به 20 درجه فارنهایت اختلاف دمای آب رفت و برگشت (Δt) درج شده است و برای اختلاف دمای غیر از 20 درجه فارنهایت باید مقدار حرارتی را که توسط آب حمل می شود در ضریب \frac { 20 }{ \Delta T } ضرب نموده، آنگاه به نمودار مراجعه کرد.
  4. تعیین نرخ افت فشار مناسب: به ازای افت فشار زیاد هزینه پمپاژ بالا رفته و از طرف دیگر برای افت فشار کم قطر لوله ها بزرگتر و در نتیجه بر هزینه لوله کشی افزوده می شود، لذا محدوده ای برای نرخ افت فشار تعیین شده که بین 100 تا 500 میلی اینچ بر هر فوت، معادل 2.5 فوت بر صد فوت طول لوله ( 2.5% ) است.
  5. تعیین قطر لوله ها: با مشخص بودن مقدار حرارتی که توسط آب در لوله مورد نظر حمل می شود به یکی از شکل  های افت فشار بر حسب فوت طول معادل لوله مراجعه نموده، از تقاطع خطوط بار حرارتی و افت فشار مناسب (300 میلی اینچ بر فوت) نقطه ای به دست می آید که با توجه به موقعیت آن می توان قطر لوله مورد نظر و سرعت جریان را روی خطوط مورب نمودار مشخص کرد. اگر سرعتی که بدین ترتیب به دست می آید، در محدوده سرعت مناسب باشد، قطر به دست آمده قابل قبول است. در غیر این صورت باید قطر را بزرگتر انتخاب کرد. در این نمودارها سرعت بر حسب اینچ بر ثانیه داده شده است.
  6. اگر نقطه به دست آمده از تقاطع دو خط بار حرارتی و افت فشار،بین دو قطر لوله واقع شود باید قطر بزرگتر انتخاب شود.
    جدول زیر مشخصات فیزیکی لوله های استاندارد فولادی را نشان می دهد. در مورد لوله های آهنی باید توجه داشت که به کار بردن قطر کوچکتر از 1/2 اینچ (2سانتی متر) جایز نیست.

7.تعیین قطر کلکتورهای موتورخانه: کلکتور، لوله قطوری در حکم یک مخزن کوچک است و هنگامی که قرار است آب از چند مسیر مختلف به دستگاه هایی مانند پمپ یا دیگ وارد یا خارج شود، مورد استفاده قرار می گیرد. نقش کلکتور، ایجاد جریان صحیح آب در هر یک از مسیرها است. برای تعیین طول کلکتور فاصله لوله هایی که به کلکتور وارد یا از آن خارج می شوند، حداقل 12 اینچ و از طرفین نیز حدود 8 اینچ در نظر گرفته می شود. قطر کلکتور را می توان از فرمول تجربی زیر تعیین نمود:

D=\sqrt { \left( { { d }_{ 1 } }^{ 2 }+{ { d }_{ 2 } }^{ 2 }+{ { d }_{ 3 } }^{ 2 }+… \right) }

نرخ افت فشار ناشی از جریان آب در لوله های آهنی

نرخ افت فشار ناشی از جریان آب در لوله های پلاستیکی

نرخ افت فشار ناشی از جریان آب در لوله های مسی

نرخ افت فشار ناشی از جریان آب در لوله های آهنی در سیستم لوله کشی باز

نرخ افت فشار ناشی از جریان آب در لوله های مسی در سیستم لوله کشی باز

مقالات مرتبط

مرتبط با سیستم سرمایش تراکمی

علت خنک نکردن کولرگازی

شاید برای شما هم این اتفاق افتاده باشد که در یک روز گرم تابستان، کولر گازی یا داکت اسپلیت محل زندگی یا کارتون را روشن کرده باشید و پس از

ادامه

محاسبات پمپ

در این قسمت نحوه محاسبه هد و دبی پمپ مورد نیاز برای سیرکولاسیون در سیستم های گرمایش و در مدار گرمایش مرکزی (CH circuit) را بررسی می کنیم.

در پایان قادر خواهیم بود توسط محاسبات بدست آمده از روی کاتالوگ سازندگان پمپ مناسب پروژه مورد نظر را انتخاب نماییم.

وحید یغمائي

نویسنده مقاله

وحید یغمائی

پیش نیاز مقاله

محاسبات تلفات حرارتی

در سیستم های حرارت مرکزی با جریان اجباری آب گرم یا آب داغ، انرژی لازم برای گردش آب توسط یک پمپ (از نوع سانتریفوژ) سیرکولاتور تأمین می شود که ممکن است در مسیر رفت یا برگشت آب نصب گردد. وظیفه این پمپ جبران افت فشار ناشی از حرکت آب در لوله ها است.
لازم به ذکر است که هر چه مایع ما گرمتر باشد، پمپاژ آن راحت تر است. البته پمپاژ مایع گرم مشکلاتی دارد که به آن کاویتاسیون می گویند، به این معنی که وقتی آب گرم از پمپ عبور می کند در قسمت هایی از پمپ که کاهش فشار رخ می دهد، ممکن است که مایع به بخار تبدیل شود و این بخار برای پره های پمپ مضر است.
برای انتخاب پمپ سیرکولاتور از روی کاتالوگ باید دو عامل مقدار کل آب در گردش (دبیپمپ) و افت فشار در مسیر رفت و برگشت آب از پکیج تا دورترین واحد حرارتی (هد پمپ) مشخص باشد. به این ترتیب می توان قدرت پمپ را از روی منحنی مشخصه ای که در کاتالوگ پمپ ارائه می شود، تعیین نمود.

هد پمپ:

قدرت پمپ باید به اندازه ای باشد که آب را تا دورترین واحد حرارتی سیستم به گردش در آورد، بنابراین لازم است که افت فشار در این مسیر تعیین گردد. این افت فشار ناشی از دو عامل است:
الف) افت فشار ناشی از اصطکاک جریان با جدار لوله.
ب) افت فشار در شیرها، زانویی ها و سه راهه ها که در مسیر قرار دارند. ساده ترین راه برای محاسبه، معادل گرفتن این افت با طول معادل در لوله ای با همان قطر است.
جداول زیر طول معادل شیرها و وصاله های مختلف را ارائه می دهد.

افت فشار در شیرهای مختلف بر حسب فوت طول معادل لوله رزوه شده، جوش خورده، فلنچ شده و پرچ شده

افت فشار در وصاله های مختلف بر حسب فوت طول معادل لوله

افت فشار در وصاله های مختلف بر حسب فوت طول معادل لوله

افت فشار در وصاله های مختلف بر حسب فوت طول معادل لوله

در عمل می توان طول معادل وصاله های مختلف را تقریباً برابر پنجاه درصد طول مسیر رفت و برگشت در نظر گرفت. بنابراین:

{ H }_{ pump }=\left( { L }_{ flow }+{ L }_{ return }+\frac { { L }_{ flow }+{ L }_{ return } }{ 2 } \right) \times loss\quad rate

_{ flow}^{ }{ L }: طول لوله رفت

loss rate: نرخ افت

_{ return }^{ }{ L }: طول لوله برگشت

بهترین نرخ افت فشار برای جریان آب در لوله معادل 300 میلی اینچ بر فوت یا 2.5 فوت بر 100 فوت طول معادل لوله است. بنابراین:

{ H }_{ pump }=0.0375\left( { L }_{ flow }+{ L }_{ return } \right) \quad \left[ ft \right]

با در نظر گرفتن آخرین مبدل حرارتی (رادیاتور) به عنوان بیشترین افت چنین به دست خواهد آمد:

{ H }_{ pump }=0.075\times L\quad \left[ ft \right]

دبی پمپ:

برای به دست آوردن دبی پمپ از فرمول زیر استفاده می شود:

GPM=\frac { { Q }_{ t } }{ 10000 }

GPM : دبی پمپ (گالن بر دقیقه)

_{ t }^{ }{ Q }: بار حرارتی کل ساختمان (بی تی یو بر ساعت)

10,000=8.33[lb/gal.]×60[min/hr]×20[ºF]

20 درجه فارنهایت در نظر گرفته شده، اختلاف دمای رفت و برگشت می باشد.

با در دست داشتن هد و دبی پمپ و مراجعه به کاتالوگ کارخانه سازنده پمپ می توان پمپ مناسب را انتخاب نمود. در کاتالوگ، روی محور عمودی نمودار مشخصه پمپ، هد پمپ و روی محور افقی دبی انتخاب می شود و به این ترتیب نقطه مشخصه پمپ و با توجه به موقعیت آن، قدرت پمپ مورد نظر تعیین می گردد. اگر این نقطه بین دو منحنی مشخصه قرار داشته باشد، پمپ مربوط به منحنی بالایی که قدرت بیشتری دارد، انتخاب می شود.

مقالات مرتبط

مرتبط با سیستم سرمایش تراکمی

علت خنک نکردن کولرگازی

شاید برای شما هم این اتفاق افتاده باشد که در یک روز گرم تابستان، کولر گازی یا داکت اسپلیت محل زندگی یا کارتون را روشن کرده باشید و پس از

ادامه

محاسبات منبع انبساط

در این قسمت و در ادامه محاسبات بار حرارتی ساختمان و محاسبات مربوط به تجهیزات مورد نیاز ، محاسبات مربوط به دو نوع منبع ابساط (باز و بسته را به صورت کامل و با ذکر مثال یاد خواهیم گرفت. همچنین در این مقاله طول مجاز لوله کشی با توجه به تجهیزات موجود در مسیر گرمایش را نیز خواهیم دید.

وحید یغمائي

نویسنده مقاله

وحید یغمائی

پیش نیاز مقاله

محاسبات تلفات حرارتی ساختمان

با توجه به کاهش چگالی (جرم تقسیم بر حجم) آب هنگام افزایش دما و در نتیجه افزایش حجم آب، به منظور تثبیت فشار سیستم و فراهم آوردن امکان انبساط حجمی آب در اثر افزایش دما در سیستمهای بسته، لازم است از ظرفی به نام منبع انبساط استفاده شود.

منابع انبساط بر دونوع اند، باز یا بسته:

منبع انبساط باز

این منبع که با هوای آزاد در ارتباط است در خط مکش پمپ و بر فراز بالاترین مبدل حرارتی همانند رادیاتور (حداقل 9 فوت بالاتر) نصب می شود. اتصال منبع انبساط به خط مکش پمپ سبب می شود که سمت مکش تحت تأثیر فشار اتمسفر قرار گیرد و هوا نتواند به داخل سیستم نفوذ کند. در شکل زیر، ارتفاع استاتیکی AB باید بزرگتر از افت فشار در خط AC باشد. لذا بهتر است وسایلی مانند صافی پمپ که خود موجب افت فشار هستند در محل هایی مثل ۱ و ۲ نصب گردند تا از افت فشار بیش از حد خط AC، جلوگیری شده و منبع انبساط در یک ارتفاع منطقی قرار گیرد. هرچند از لحاظ تئوری می توان منبع انبساط را تنها با یک لوله با سیستم مرتبط نمود ولی بهتر است به منظور شرکت دادن آب منبع انبساط در سیرکولاسیون، دو لوله، یکی برای رفت و دیگری برای برگشت آب از منبع انبساط در نظر گرفته شود. منبع انبساط باز برای سیستم های حرارت مرکزی با فشار کم و دمای حداکثر ۱۸۰ درجه فارنهایت مناسب است. (تقریباً معادل ۸۰ درجه سانتیگراد)

چگونگی اتصال منبع انبساط باز به خط مکش پمپ

محاسبه حجم منبع انبساط باز، به دو روش امکان پذیر است.

الف) روش اول: در این روش مراحل زیر قدم به قدم انجام می شود:

۱) محاسبه حجم آب داخل لوله ها با استفاده از جدول افت فشار در اتصالات که در ادامه ذکر شده، بدین ترتیب که وزن آب بر حسب پوند بر یک فوت طول لوله با قطرهای مختلف از جداول مذکور، استخراج شده و در کل طول لوله کشی (رفت به اضافه برگشت) ضرب می شود تا وزن آب در لوله ها بر حسب پوند به دست آید، سپس مقدار به دست آمده بر ۸.۳۳ تقسیم می گردد تا حجم آب بر حسب گالن محاسبه شود.

افت فشار در وصاله های مختلف بر حسب فوت طول معادل لوله

افت فشار در شیرهای مختلف بر حسب فوت طول معادل لوله رزوه شده، جوش خورده، فلنچ شده و پرچ شده

۲) تعیین حجم آب داخل دیگ و سایر وسایل مبدل حرارتی بر حسب گالن. این مقدار معمولاً در کاتالوگ وسایل مورد نظر ارائه می شود.

۳) تعیین درصد افزایش حجم به ازای افزایش دمای آب ورودی به سیستم از جدول زیر.

دما (درجه فارنهایت) درصد افزایش حجم
۱۰۰ ۰.۶
۱۲۵ ۱.۲
۱۵۰ ۱.۸
۱۷۵ ۲.۸
۲۰۰ ۳.۵
۲۲۵ ۴.۵
۲۵۰ ۵.۶
۲۷۵ ۶.۸
۳۰۰ ۸.۳
۳۲۵ ۹.۸
۳۵۰ ۱۱.۵
۳۷۵ ۱۳.۰
۴۰۰ ۱۵.۰

۴) تعیین حجم منبع انبساط با استفاده از فرمول زیر:

درصد افزایش حجم آب× (حجم آب داخل وسایل مبدل حرارتی+ حجم آب درون لوله ها)= حجم منبع انبساط

ب) روش دوم: این روش نسبت به روش اول از دقت کمتری برخوردار است.

V=\frac { { Q }_{ B } }{ 6400 }

V : حجم منبع انبساط باز [گالن]

_{ B }^{ }{ Q }: قدرت حرارتی دیگ [بی تی یو]

منبع انبساط بسته

این منبع در سیستمهای گرمایش با دمای آب زیاد (بیش از دمای جوش آب در فشار جو) و نیز در مواردی که به علت محدودیت ارتفاع موتورخانه یا هر دلیل دیگری از منبع انبساط باز استفاده نشود، به کار می رود. این منبع که می تواند در هر جای ساختمان قرار گیرد، با هوای آزاد ارتباط ندارد و فشار سیستم توسط بالشتک هوا، بخار یا یک گاز بی اثر مانند ازت (نیتروژن) که نیمی از حجم منبع را اشغال میکند تأمین می گردد.

برای کنترل فشار از شیر اطمینان استفاده می شود. حداقل فشار در منبع انبساط باید به اندازه ای باشد که موقع سرد بودن سیستم بالاترین رادیاتور پر از آب باشد. شکل زیر (AوB) حالات مختلف نصب منبع انبساط بسته را نسبت به پمپ نشان می دهد. حداکثر فشار به مقتضیات طرح بستگی دارد. منبع انبساط بسته نیز مانند منبع باز بهتر است در خط مکش (suction) پمپ نصب گردد (شکل A)، تا سمت مکش تحت فشار تقریباً ثابتی ایجاد نماید، بنابراین قرار گرفتن منبع در سمت دهش (discharge) پمپ نتیجه رضایت بخشی به دست نمی دهد (شکل B). حجم منبع نیز در دو حالت یکسان نخواهد بود.

حالات نصب منبع انبساط بسته

محاسبه حجم منبع انبساط بسته

در شرایط یکسان حجم منبع انبساط بسته بیش از منبع انبساط باز خواهد بود. برای محاسبه حجم این منبع به شرح زیر عمل می شود:

در صورتی که دمای آب سیستم کمتر از ۱۶۰ درجه فارنهایت باشد، حجم منبع از فرمول زیر به دست می آید:

V=\frac { E\times { V }_{ s } }{ \frac { { P }_{ a } }{ { P }_{ f } } -\frac { { P }_{ a } }{ { P }_{ o } } }

V : حداقل حجم منبع انبساط. [گالن]

E: قدرت حرارتی دیگ.

Vs: حجم آب سیستم. [گالن]

Pa: فشار مطلق در منبع انبساط در زمان پر کردن سیستم (معمولاً فشار جو). [فوت آب]

Pf: حداقل فشار مطلق در منبع انبساط پس از پر شدن سیستم. [فوت آب]

Po: حداکثر فشار مطلق کار سیستم. [فوت آب]

برای زمانی که دمای سیستم بین ۱۶۰ تا ۲۸۰ درجه فارنهایت باشد فرمول زیر پیشنهاد می گردد:

V=\frac { ((0.00041\times t)-0.0466){ V }_{ s } }{ \frac { { P }_{ a } }{ { P }_{ f } } -\frac { { P }_{ a } }{ { P }_{ o } } }

که در آن t بر حسب درجه فارنهایت حداکثر دمای متوسط سیستم است.

حداقل حجم منبع انبساط دیافراگمی نیز از فرمول زیر محاسبه می شود:

V=\frac { ((0.00041\times t)-0.0466){ V }_{ s } }{ 1-\frac { { P }_{ a } }{ { P }_{ o } } }

محاسبه میزان آبگیری سیستم متناسب با حجم منبع انبساط:

منابع انبساط در پکیج اصولاً بر اساس توان پکیج در دو رنج ۶ لیتری یا ۸ لیتری توسط سازندگان عرضه و بر اساس مشخصات لوله کشی ساختمان و توان حرارتی، مورد نیاز ساختمان می باشد.

در زیر، محاسبات لازم برای به دست آوردن طول مجاز لوله کشی در ساختمان براساس حجم منبع انبساط آمده است.

نخست براساس حجم منبع انبساط، حجم کل سیستم محاسبه می شود:

{ V }_{ expansion\quad vessel }=\frac { heating\quad plant\quad volume\quad \times \quad water\quad expansion\quad coefficient }{ 1-\frac { precharge\quad pressure\quad (absolute) }{ maximum\quad pressure\quad (absolute) } }  

که heating plant volume حجم آب سیستم و water expansion coefficient ضریب انبساط آب و برابر با ۰.۰۳۵۷ ،و precharge pressure فشار مطلق شارژ شده منبع انبساط در کارخانه و برابر با ۲ بار (۱بار نسبی یا همان ۲ بار مطلق) و maximum pressure حداکثر فشار مطلق کارکرد سیستم برابر با ۴ بار (۳ بار نسبی) خواهد بود.

در نتیجه خواهیم داشت:

{ V }_{ expansion\quad vessel }=\frac { { V }_{ sys }\times 0.0357 }{ 1-\frac { 2 }{ 4 } }

حال با توجه به اینکه منبع انبساط در پکیج های شوفاژ دیواری، شامل دو حجم ۶ و ۸ لیتری اند، حجم سیستم به صورت زیر خواهد بود:

Vsys(6lit) = 84 lit

Vsys(8lit) = 112 lit

مثال ۱) حال به عنوان پروژه نمونه ببینیم برای سیستم پکیج شوفاژ دیواری با توان نامی ۲۴ کیلیوات (خروجی ۲۳.۴ کیلووات) و استفاده از رادیاتور پانلی یک متری با توان حرارتی ۲۱۰۳ وات به ازای هر متر رادیاتور،‌ و حجم آبگیری ۵ لیتر، طول مجاز لوله کشی با سایز ۳/۴ اینچ (۲.۵ سانتی متر) چقدر خواهد بود؟

حل-

23400÷2103=11.13m≈12m

پس حدودا ۱۲ رادیاتور ۱ متری را می توان در این پروژه نمونه به پکیج شوفاژ دیواری اتصال داد (با فرض پرت حرارتی صفر در سیستم).

حجم آبگیری شوفاژها برابر است با تعداد رادیاتورها ضربدر طول رادیاتور ضربدر حجم آب گیری هر رادیاتور.

12 × 5 × 1=60 lit

که در نتیجه حجم آب داخل تمام رادیاتورها ۶۰ لیتر خواهد بود.

با فرض لوله P.P با قطر  ʺ3⁄4، که قطر داخلی آن ۱۶.۷۵ میلی متر می باشد، طول مجاز لوله کشی برای منبع انبساط ۶ لیتری به صورت زیر محاسبه می شود:

لولهV + رادیاتورV = سیستمV

که در آن حجم لوله برابر با طول لوله ضربدر سطح مقطع لوله خواهد بود. پس خواهیم داشت:

84=\left( L\times \frac { \pi }{ 4 } { D }^{ 2 } \right)

با قرار دادن عدد D معادل ۱۶.۷۵ در فرمول خواهیم داشت:

L=108.916 m

پس برای پکیج با توان ۲۴ کیلووات مجاز به استفاده از حدود ۱۰۸ متر لوله با قطر سه چهارم اینچ خواهیم بود.

تمرین: همین محاسبات را با پکیج ۳۰ کیلووات محاسبه نمایید. (جواب L=190.603 m خواهد بود)

 

مثال ۲)اطلاعات زیر در مورد یک سیستم گرمایش در دست است. حجم کل آب سیستم ۱۰۰۰ گالن، فاصله عمودی بلندترین نقطه رایزر برگشت از بالای دیگ ۲۵ فوت، هد پمپ ۲۰ فوت، فشاری که شیر اطمینان تحت آن عمل میکند ۳۰psi و فشار اتمسفر ۳۴ فوت آب فرض می شود. مطلوبست حجم منبع انبساط بسته و نیز نوع دیافراگمی آن. (دمای سیستم بین ۱۶۰ تا ۲۴۰ درجه فارنهایت باشد.)

۱- در حالت نصب A

۲- در حالت نصب B

حل-

ابتدا باید فشارهای Pf و Po تعیین گردد. به طوری که در صورت سؤال ذکرشده، فشار اتمسفر برابر ۳۴ فوت آب است و نیز فاصله عمودی بالاترین نقطه در بالای رایزر برگشت از بالای دیگ ۲۵ فوت است. با در نظر گرفتن ۴ فوت فشار اضافی برای هواگیری خواهیم داشت:

{ P }_{ f }={ 25\prime }+4\prime +34\prime =63\prime فشار مطلق

مقدار _{ o }^{ }{ P } برابر خواهد بود با مقدار فشاری که شیر اطمینان تحت آن عمل میکند منهای Psi 5 یا 10% (هر کدام _{ o }^{ }{ P } کمتری را نتیجه داد)، بنابراین:

{ P }_{ o }=(\left( 30\quad psi-5\quad psi \right) \times 2.31)+34\prime =91.8فشار مطلق(فوت آب)

حال حجم منبع از فرمول مربوطه به دست می آید:

V=\frac { \left( 0.00041\times 200-0.0466 \right) \times 1000 }{ \frac { 34 }{ 63 } -\frac { 34 }{ 91.8 } } =209.1 gal

و حجم نوع دیافراگمی آن در این حالت:

V=\frac { \left( 0.00041\times 200-0.0466 \right) \times 1000 }{ 1-\frac { 63 }{ 91.8 } } =112.8\quad gal

اگر منبع انبساط روی خط دهش پمپ نصب شود با به کار افتادن پمپ، فشار در بالای رایزر برگشت به اندازه هد پمپ کاهش می یابد. بنابراین برای باقی ماندن فشار مثبت در بالای سیستم، حداقل فشار یعنی _{ f }^{ }{ P } باید به اندازه هد پمپ (20 فوت آب)  افزایش پیدا کند.

{ P }_{ f }=34+20+29=83فشار مطلق

بنابراین خواهیم داشت:

V=\frac { \left( 0.00041\times 200-0.0466 \right) \times 1000 }{ \frac { 34 }{ 83 } -\frac { 34 }{ 91.8 } } =901.5\quad gal

و حجم نوع دیافراگمی آن در این حالت:

V=\frac { \left( 0.00041\times 200-0.0466 \right) \times 1000 }{ 1-\frac { 83 }{ 91.8 } } =369.1\quad gal

مقالات مرتبط

مرتبط با سیستم سرمایش تراکمی

علت خنک نکردن کولرگازی

شاید برای شما هم این اتفاق افتاده باشد که در یک روز گرم تابستان، کولر گازی یا داکت اسپلیت محل زندگی یا کارتون را روشن کرده باشید و پس از

ادامه

محاسبات آبگرم بهداشتی ( آبگرم مصرفی)

در این مقاله محاسبات مربوط به آبگرم بهداشتی از قبیل حجم مخزن و بار حرارتی مورد نیاز برای آب گرم را بررسی خواهیم کرد.

لازم به ذکر است در حالت استفاده از پکیج شوفاز دیواری بجای موتورخانه نیاز به انجام این محاسبات نمی باشد چرا که توان و ظرفیت حرارتی مورد نیاز برای آب گرم بهداشتی در پکیج های شوفاژ دیواری به صورت پیش فرض بوده و قابل تغییر نمی باشد.

وحید یغمائي

نویسنده مقاله

وحید یغمائی

پیش نیاز مقاله

ندارد

برای محاسبه بار حرارتی که بابت تهیه آب گرم بهداشتی ساختمان به پکیج یا دیگ تحمیل می شود، ابتدا درجه حرارت و مقدار آب گرم بهداشتی ساختمان تعیین می گردد.

دمای آب گرم بهداشتی:

برای آب گرم بهداشتی، تنها در برخی از موارد، دمای بالاتر از ۱۶۰ درجه فارنهایت به کار می رود. جدول زیر، دمای آب گرم را برای بعضی از مصارف نشان می دهد. در محاسبات بار حرارتی آب گرم بهداشتی در ساختمانهای معمولی، اغلب دمای آب ورودی به آبگرمکن (آب شهر) برابر ۶۰ درجه فارنهایت و دمای آب گرم خروجی ۱۴۰ درجه  در نظر گرفته می شود.

نوع مصرف دمای آبگرم بهداشتی (درجه فارنهایت)
شیر دستشویی یا ظرفشویی ۱۲۵
حمام ۱۰۰-۱۰۵
گاراژها (برای شستشوی اتومبیل) ۷۵-۸۵
۱۴۰-۱۶۰ ۱۵٪
شستشوی پشم و ابریشم ۹۲-۹۸
شستشوی پنبه و کتان ۱۲۰-۱۲۵
استخر شنا ۷۰-۸۰

مقدار آب گرم بهداشتی و ظرفیت آبگرمکن:

تعیین میزان واقعی مصرف آب گرم بسیار دشوار است، زیرا بسته به عادات و فرهنگ مناطق مختلف متغیر است. بنابراین جداول خارجی را مبنای محاسبات خود قرار داده و مشاهدات شخصی نیز در این امر دخالت داده میشود. قبل از استفاده از این جداول، چند اصطلاح در مصرف آب تبیین می شود.

ضریب تقاضا:

میزان آب گرمی که در جداول برای مصارف مختلف پیشنهاد میشود، حداکثر مقداری است که بر پایه استفاده مستمر در همه ساعات روز تعیین شده است، ولی بدیهی است که میزان تقاضا برای آب گرم در تمام ساعات یکسان نیست، بلکه در ساعاتی از روز این مقدار حداکثر و در ساعاتی دیگر حداقل و حتی صفر است. از طرفی همه وسایل بهداشتی موجود در ساختمان به طور همزمان مشغول به کار نیستند، بنابراین محاسبات آب گرم بهداشتی اعم از اندازه گذاری لوله ها، حجم منبع و بار حرارتی آبگرم بهداشتی بر مبنای حداکثر مصرف، معقول به نظر نمی رسد. لذا در جداول برای یافتن میزان واقعی مصرف (که اساب محاسبات است) ضریبی به نام ضریب تقاضا ارائه شده است که با ضرب کردن آن در ارقام ارائه شده برای حداکثر آب گرم بهداشتی، مقدار واقعی مصرف آب گرم ساختمان مورد نظر – در ساعت – به دست می آید.

ضریب حرارتی آبگرمکن :

این ضریب عبارتست از مقدار آبی که در یک ساعت توسط آبگرمکن گرم می شود، این عدد با حداقل مقدار واقعی مصرف آب گرم ساختمان در ساعت برابر خواهد بود.

دو جدولی که در ادامه خواهد آمد، مقادیر حداکثر آب گرم بهداشتی را به ترتیب بر حسب نوع وسایل بهداشتی و میزان لازم برای هر نفر در ساعت، ارائه می دهد.

نکته قابل توجه این است که پس از مصرف ۰.۷ تا ۰.۷۵ آب گرم منبع، بقیه آب موجود در آن سرد می شود، به مثابه یک قاعده کلی، حجم منبع ذخیره آب گرم را باید بین ۲۵ تا ۳۰ درصد بیش از مقدار واقعی مصرف آب گرم ساختمان در نظر گرفت، که بستگی به یکنواخت یا غیر یکنواخت بودن مصرف در ساختمان نیز دارد.

برای مثال، در ساختمان هایی همچون هتل و بیمارستان که تقاضای آب گرم تقریباً یکنواخت است، ضرایب ذخیره منبع را میتوان به ترتیب تا ۰.۶ و ۰.۸ کاهش و در عوض ظرفیت حرارتی آبگرمکن را افزایش داد. 

 

حداکثر آب بهداشتی برای هر نفر بر حسب نوع ساختمان[GPH]

نوع ساختمان حداکثر آب لازم برای هر نفر[GPH] ضریب تقاضا ضریب ذخیره منبع
منازل مسکونی ۱۰ ۰.۶ ۱.۴
آپارتمان با مخزن اختصاصی ۱۰ ۰.۶ ۱.۴
آپارتمان با مخزن مشترک ۷ ۰.۶ ۱.۴
هتل ۱۰ ۰.۵ ۱.۴
ادارات ۳ ۰.۳ ۲
کارخانجات ۵ ۰.۴ ۱
مدارس* ۴ ۰.۴ ۱
بیمارستان ۱۵ ۰.۵ ۰.۶

* مقادیر ارائه شده برای مدارب در صورتی نزدیک به واقعیت هستند که مصرف دوش را هم در نظر بگیریم، ولی چون اغلب مدارس ایران فاقد دوش برای دانش آموزان هستند بهتر است برای تعیین مقدار واقعی مصرف مدارس از این جدول استفاده شود.

میزان مصرف آب گرم بر حسب نوع ساختمان و نوع وسایل بهداشتی

ضریب حرارتی آبگرمکن :

برای تعیین حجم منبع آب گرم بهداشتی، ضریبی تحت عنوان ضریب ذخیره منبع در جدول «حداکثر آب بهداشتی برای هر نفر بر حسب نوع ساختمان[GPH]» و جدول «میزان مصرف آب گرم بر حسب نوع ساختمان و نوع وسایل بهداشتی» ارائه شده است که با ضرب کردن آن در مقدار واقعی مصرف آب گرم، حجم منبع آب گرم به دست می آید. به طور معمول، در صورتی که تقاضا برای آب گرم یکنواخت نباشد به منبع ذخیره بزرگتری احتیاج خواهد بود. در ساختمان هایی که تقاضا برای آب گرم تقریباً یکنواخت باشد، می توان منبع کوچکتری انتخاب نموده و در عوض ظرفیت حرارتی آبگرمکن را افزایش داد. تا حد امکان باید منبع ذخیره را بزرگ در نظر گرفت، زیرا باعث کاهش بار حرارتی دیگ و کوچکتر شدن اندازه سطح حرارتی آبگرمکن خواهد شد. تقاضای آب گرم در آپارتمان ها، منازل، هتل ها و بیمارستان ها معمولاً از یکنواختی بیشتری برخوردار است، لذا میتوان ضرایب ذخیره منبع را برای هتل ها و بیمارستان ها به ترتیب ۰.۸ و ۰.۶ تقلیل و متقابلا ظرفیت حرارتی آبگرمکن را افزایش داد. پیشنهاد می شود در ساختمان های بزرگ، مقدار محاسبه شده برای حجم منبع بین چند منبع تقسیم شود تا در صورت نیاز به تعمیر و … ، ساختمان از آب گرم محروم نشود. جدول زیر را میتوان برای محاسبه سریع و سرانگشتی حجم منبع آب گرم مورد استفاده قرار داد.

حجم منبع آب گرم بهداشتی برای محاسبات سریع و سر انگشتی

نوع ساختمان حجم منبع به گالن
منازل مسکونی تا پنج نفر سکنه ۵-۷۵
منازل مسکونی تا ده نفر سکنه ۱۲۵
مجموع ساختمان های آپارتمانی با مخزن مشترک ۵۰ برای هر مشترک
بیمارستان برای هر تخت ۱۲
مدارس به ازای هر دانش آموز ۰.۲۵ تا ۰.۵
ادارات به ازای هر کارمند ۱.۲۵
کارخانجات در صورت داشتن دوش، به ازای هر کارگر ۷.۵

بنابراین برای محاسبه مقدار آب گرم بهداشتی و ظرفیت آبگرمکن به روش زیر عمل میشود:

ضریب تقاضا × حداکثر مصرف آب گرم بر حسب گالن بر ساعت  = مقدار واقعی مصرف آب گرم

ضریب ذخیره منبع× ضریب تقاضا× حداکثر مصرف آب گرم بر حسب گالن بر ساعت  = ظرفیت منبع آب

محاسبه بار حرارتی آب گرم بهداشتی (Q3):

پس از تعیین مقدار واقعی آب گرم بهداشتی که برابر با حداقل ظرفیت حرارتی آبگرمکن است، بار حرارتی آب گرم بهداشتی با استفاده از فرمول زیر در ادامه تعیین می شود:

{ Q }_{ 3 }=V\times 8.3\times ({ t }_{ 2 }-{ t }_{ 1 })

_{ 3 }^{ }{ Q }بار حرارتی آب گرم بهداشتی [بی تی یو بر ساعت]

V= مقدار واقعی آب گرم بهداشتی [گالن بر ساعت]

۸.۳۳= وزن مخصوص آب [پوند بر گالن]

_{ 1 }^{ }tدمای آب شهر ورودی به آبگرمکن (معمولا ۶۰ درجه فارنهایت)

_{ 2 }^{ }tدمای آب گرم بهداشتی خروجی از آبگرمکن

مثال ۱:

مقدار واقعی مصرف، حجم منبع و بار حرارتی آب گرم بهداشتی را برای خانه ای با شش نفر سکنه محاسبه کنید. دمای آب گرم بهداشتی را ۱۴۰ درجه فارنهایت و دمای آب شهر را ۶۰ درجه فارنهایت در نظر بگیرید.

با استفاده از جدول «حداکثر آب بهداشتی برای هر نفر بر حسب نوع ساختمان[GPH]» خواهیم داشت:

مقدار واقعی مصرف آب گرم=6\times 10\times 0.6=36[GPH]

حجم منبع آب گرم=6\times 10\times 0.6\times 1.4=50.4[gal]

در نتیجه:

{ Q }_{ 3 }=36\times 8.33\times (140-60)=23990\frac { btu }{ hr }

مثال 2:

در ساختمان هتلی وسایل بهداشتی زیر نصب شده است. مقدار واقعی آب گرم بهداشتی، حجم منبع و بار حرارتی آب گرم بهداشتی را تعیین کنید، در صورتی که دمای آب شهر و دمای آب گرم خروجی از آب گرمکن به ترتیب ۶۰  و ۱۴۰ درجه فارنهایت باشند.

۱- دستشویی و توالت خصوصی ۸۰عدد

۲- دستشویی و توالت عمومی ۶عدد

۳- دوش ۸۰عدد

۴- وان ۴عدد

۵- سینک آبدارخانه  ۲عدد

۶- سینک ظرفشویی ۱۰عدد

۷- ماشین رختشویی ۵عدد

با استفاده از جدول «میزان مصرف آب گرم بر حسب نوع ساختمان و نوع وسایل بهداشتی» خواهیم داشت:

حداکثر مصرف آب گرم=\left( 80\times 3 \right) +\left( 6\times 10 \right) +\left( 80\times 100 \right) +\left( 40\times 20 \right) +\left( 2\times 20 \right) +\left( 10\times 30 \right) +\left( 5\times 150 \right) =10910\left[ GPH \right]

مقدار واقعی مصرف آب گرم=10910\times 0.35=3820\left[ GPH \right]

حجم منبع=10910\times 0.35\times 0.8=3055\left[ gal \right]

مقالات مرتبط

مرتبط با سیستم سرمایش تراکمی

علت خنک نکردن کولرگازی

شاید برای شما هم این اتفاق افتاده باشد که در یک روز گرم تابستان، کولر گازی یا داکت اسپلیت محل زندگی یا کارتون را روشن کرده باشید و پس از

ادامه

محاسبات تلفات حرارتی ساختمان

در این مقاله سه روش صحیح لوله کشی مدار شوفاژ را به تفکیک بررسی خواهیم کرد و به تفکیک، مزایا، معایب و کاربرد هریک را بررسی خواهیم کرد.

به عنوان مقدمه، سیستم های لوله کشی باز و بسته  و همچنین سیستم تک گذر و گردشی تعریف و معرفی میگردد.

وحید یغمائي

نویسنده مقاله

وحید یغمائی

  • برای تثبیت دمای مناسب در داخل ساختمان، ابتدا باید از میزان تلفات حرارتی محل آگاه شد تا بتوان بر مبنای آن، ظرفیت وسایل حرارتی مورد نیاز را برآورد کرد. بنابراین محاسبه دقیق تلفات حرارتی ساختمان، در کیفیت عملیاتی سیستم حرارت مرکزی نقش تعیین کننده ای خواهد داشت.

در فصل سرما حرارت داخل ساختمان از راههای مختلفی تلف میشود:

۱- تلفات حرارتی ازدیواره های ساختمان شامل دیوار، سقف، کف، در و پنجره.

۲- تلفات حرارتی در نتیجه ورود هوای سرد خارج به داخل ساختمان. این تلفات حرارتی ممکن است از طریق تهویه اجباری هوای ساختمان یا نفوذ طبیعی هوای خارج از درزهای در و پنجره و غیره پیش بیاید.

3- گاهی ممکن است در اثر حرارت تولیدی از  دستگاه ها یا لوازمی که در داخل ساختمان مورد استفاده قرار می گیرند، تلفات حرارتی منفی یا به عبارت دیگر اکتساب حرارت وجود داشته باشد. اگر مقدار حرارت اکتسابی قابل توجه باشد، باید در محاسبات منظور گردد.

پس از محاسبات، تلفات حرارتی ساختمان باید به نحوی جبران شود تا دمای اتاق ها و فضاهای مورد نظر در حد دلخواه تثبیت شود.

دسته بندی سیستم های حرارت مرکزی از منظر نوع تقسیم بندی بسیار متفاوت اند:

  • از نظر ماده ناقل حرارت: آب گرم، آب داغ، بخار یا هوای گرم.

  • از نظر چگونگی توزیع گرما در اتاق ها: الف) با جابجایی طبیعی هوا (رادیاتور- کنوکتور). ب) با جابجایی اجباری هوا ( فنکویل). ج) تشعشعی.

  • از نظر چگونگی گردش آب در سیستم: الف) گردش طبیعی. ب) گردش اجباری (توسط پمپ).

محاسبه تلفات حرارتی ساختمان:

پس از تعیین دمای طرح خارج و داخل ساختمان، محاسبات تلفات حرارتی قدم به قدم به ترتیب زیر انجام می شود:

۱- تلفات حرارتی از جدارههای اتاق (Q1)

انتقال حرارت هدایتی از سقف و کف+ انتقال حرارت هدایتی از دیوارها، درها و پنجرهها=Q1

۲- تلفات حرارتی از راه نفوذ یا تهویه هوا (Q2)

تلفات حرارتی نفوذ یا تهویه هوا:

برای محاسبه تلفات حرارتی از راه نفوذ یا تهویه هوا، ابتدا باید مقدار هوای نفوذی محاسبه شود. مقدار هوای نفوذی به میزان درز بند بودن درب ها و پنجره ها، ارتفاع ساختمان، جهت و سرعت وزش باد یا مقدار هوایی که برای تهویه در نظر گرفته می شود بستگی دارد. تهویه هوا به منظور تأمین اکسیژن مصرف شده توسط ساکنان یا خروج دود و گرد و غبار ناشی از بعضی وسایل در مکان هایی مثل کارخانجات، ضروری می نماید که ممکن است به طور طبیعی با باز کردن درها و پنجرهها یا به صورت اجباری توسط بادزن صورت گیرد. محاسبه حجم هوای ورودی به داخل ساختمان با یکی از روش های زیر صورت میگیرد.

روش حجمی:

در این روش، برای محاسبه مقدار هوای نفوذی از فرمول زیر استفاده می شود:

V=v x n

V=حجم هوای نفوذی [سی اف اچ =فوت مکعب بر ساعت]

v=حجم اتاق یا محل مورد نظر بر حسب فوت مکعب [فوت مکعب]

n=دفعات تعویض هوای اتاق در ساعت از جدول زیر:

دفعات تعویض هوا برای اتاقهای مختلف در ساعت

نوع اتاق دفعات تعویض هوا در ساعت (n)
برای اتاقهایی که از یک دیوار در و پنجره رو به خارج دارند ۱
برای اتاقهایی که از دو دیوار در و پنجره رو به خارج دارند ۱.۵
برای اتاقهایی که از سه یا چهار دیوار در و پنجره رو به خارج دارند ۲
برای راهروهای ورودی ساختمان ۲
برای اتاق ها یا فضاهای فاقد در و پنجره رو به خارج مانند راهرو یا هال که در وسط ساختمان واقع شده اند ۰.۵

روش درزی:

مقدار نفوذ هوا از واحد طول درز درها و پنجرهها بر حسب فوت مکعب بر ساعت (CFH) و به ازای سرعت های مختلف باد در جدول زیر ارائه شده است. با توجه به سرعت باد در ناحیه ای که ساختمان در آن واقع شده و نوع در و پنجره می توان مقدار کل هوای نفوذی را از فرمول زیر محاسبه کرد:

V=L x q

V= مقدار کل هوای نفوذی از درزهای در یا پنجره [سی اف اچ=فوت مکعب بر ساعت]

L= طول درز [فوت]

q= مقدار هوای نفوذی از واحد طول درز [سی اف اچ بر فوت]

 

مقدار هوای نفوذی از هر فوت طول درز درها و پنجرهها [CFH/ft]

نوع پنجره یا در توضیح ۵ مایل بر ساعت ۱۰ مایل بر ساعت ۱۵ مایل بر ساعت ۲۰ مایل بر ساعت ۲۵ مایل بر ساعت
پنجره های دوبل چوبی (چفت نشده) معمولی بدون نوار ۷ ۲۱.۴ ۳۹ ۵۹ ۸۰
معمولی با نوار ۴ ۱۳ ۲۴ ۳۶ ۴۹
خوب سوار نشده، بدون نوار ۲۷ ۶۹ ۱۱۱ ۱۵۴ ۱۹۹
خوب سوار نشده، با نوار ۶ ۱۹ ۳۴ ۵۱ ۷۱
اطراف قاب پنجره از مصالح بنایی، بتونه نشده ۳ ۸ ۱۴ ۲۰ ۲۷
اطراف قاب پنجره از مصالح بنایی، بتونه شده ۱ ۲ ۳ ۴ ۵
اطراف قاب پنجره از مصالح چوبی ۲ ۶ ۱۱ ۱۷ ۲۳
پنجره های دوبل فلزی بدون نوار، چفت نشده ۲۰ ۴۷ ۷۴ ۱۰۴ ۱۳۷
بدون نوار، چفت شده ۲۰ ۴۵ ۷۰ ۹۶ ۱۲۵
با نوار، چفت نشده ۶ ۱۹ ۳۲ ۴۶ ۶۰
پنجره های سادۀ فلزی صنعتی، با لولای افقی ۵۲ ۱۰۸ ۱۷۶ ۲۴۴ ۳۰۴
قاب پنجره ی خانه های مسکونی ۱۴ ۳۲ ۵۲ ۷۶ ۱۰۰
با لولای عمودی ۳۰ ۸۸ ۱۴۵ ۱۸۶ ۲۲۱
درها خوب سوار شده ۲۷ ۶۹ ۱۱۰ ۱۵۴ ۱۹۹
خوب سوار نشده ۵۴ ۱۳۸ ۲۲۰ ۳۰۸ ۳۹۸

روش حجمی، نسبت به روش درزی دارای دقت کمتری بوده ولی آسان تر است.

پس از محاسبه حجم هوای نفوذی به داخل اتاق، مقدار بار حرارتی از طریق فرمول زیر محاسبه می شود:

{ Q }_{ 2 }=V\times 0.0749\times 0.241\times ({ t }_{ i }-{ t }_{ o })

_{ 2 }^{ }{ Q }بار حرارتی هوای نفوذی [بی تی یو بر ساعت]

V= حجم هوای نفوذی [سی اف اچ]

0.0749= جرم مخصوص هوا در شرایط استاندارد (سطح دریا و دمای ۹۱ درجه فارنهایت)

0.241= گرمای ویژه هوا در فشار ثابت [بی تی یو بر پوند درجه فارنهایت]

_{ i }^{ }{ t }دمای طرح داخل [درجه فارنهایت]

_{ o }^{ }{ t }= دمای طرح خارج [درجه فارنهایت]

برای شرایط غیر استاندارد یعنی ارتفاع و دمای هوای خارج، تلفات انرژی باید در ضریب تصحیح چگالی هوا از نمودار زیر ضرب شود.

تصحیح چگالی هوا در شرایط غیر استاندارد

برای تعیین چگالی هوا در ارتفاع و دمای مورد نظر باید ضریب تصحیح به دست آمده از این نمودار در چگالی هوا در شرایط استاندارد (ارتفاع سطح دریا و دمای درجه فارنهایت) که برابر  0.07492 پوند بر فوت مکعب است، ضرب شود.

در محاسبه تلفات حرارتی شرایط برای همه دیوارهها یا اتاقها بدون در نظر گرفتن جهت جغرافیایی، یکسان فرض شده است، درحالیکه به طور طبیعی چنین نیست. مثلاً دیواره جنوبی اتاق به دلیل اینکه بیشتر در معرض تابش آفتاب قرار دارد گرمتر از دیوارههای شمالی، شرقی و غربی است و تلفات حرارتی کمتری خواهد داشت. اتاقهای طبقات بالاتر نیز به دلیل افزونی سرعت هوا،

دارای تلفات حرارتی بیشتری نسبت به اتاقهای پایین هستند.

ضرایب اضافی در محاسبات تلفات حرارت:

برخی ساختمان ها مانند مدارس یا مساجد، فقط در ساعات مشخصی از شبانه روز یا روزهای خاصی از هفته گرم می شوند، که پس از خاموشی سیستم، مدتی طول خواهد کشید تا ساختمان از حالت سرد به شرایط مطلوب برسد. برای سرعت بخشیدن به عمل گرمایش ساختمان، باید تلفات حرارتی را بیشتر در نظر گرفت تا به همان نسبت ظرفیت دستگاه های مولد گرما بیشتر شوند. ضرایب مناسب در جدول «ضرایب اضافی برای پیش راه اندازی سیستم حرارت مرکزی» ارائه شده است. (مقادیر مندرج در این جدول باید به بار حرارتی دیگ یا پکیج اضافه شود)

برای در نظر گرفتن جهت و ارتفاع باید ضرایب از جدول «ضریب ارتفاع»  (مقادیر مندرج در این جدول فقط به بار حرارتی جدار مربوطه اضافه می گردد) و جدول «ضریب جهت» استخراج گردد.

ضرایب ارتفاع

طبقه ضریب
دوم 2.5%
سوم 7.5%
چهارم 10%
پنجم 15%
ششم 20%
هفتم به بالا 25%

ضرایب اضافی برای پیش راه اندازی سیستم حرارت مرکزی

نوع مبدل حرارتی اتاق مدت پیش راه اندازی یک روز در هفته استفاده از محل ۵.۵ روز در هفته استفاده از محل ۷ روز در هفته استفاده از محل
رادیاتور یا کویل با آب گرم کم فشار ۳ توصیه نشده 25% 15%
۶ توصیه نشده 15% 10%
۲۴ 60% 10% 5%
واحدهای تهویه گرم ۳ توصیه نشده 60% 45%
۶ توصیه نشده 35% 30%
۲۴ 90% 20% 10%
رادیاتور یا کویل با بخار کم فشار ۳ توصیه نشده 50% 35%
۶ توصیه نشده 35% 20%
۲۴ 75% 15% 10%
منظور از عبارت "توصیه نشده" اینست که وقتی قرار است سیستمی فقط یک روز در هفته کار کند نباید آن را تنها سه یا شش ساعت قبل از استفاده از محل روشن کرد.

ضریب جهت

جهت دار ضریب
شمال و شرق 10%
مغرب 5%

بار حرارتی اتاق (_{ R }^{ }{ Q }):

حاصل جمع تلفات حرارتی دیوارها و هوای نفوذی، بار حرارتی اتاق را که مبنای انتخاب مبدل حرارتی اتاق از قبیل رادیاتور یا فنکویل و غیره خواهد بود، به دست می دهد. با مد نظر قرار دادن ضریب اطمینانی که برای جبران اشتباه در محاسبه در نظر گرفته میشود، بار حرارتی چنین خواهد بود:

{ Q }_{ R }=({ Q }_{ 1 }+{ Q }_{ 2 })\times ضریب اطمینان

[aktex]_{ R }^{ }{ Q }[/katex]= بار حرارتی کل اتاق [بی تی یو بر ساعت]

[aktex]_{ 1 }^{ }{ Q }[/katex]= بار حرارتی جداره ها [بی تی یو بر ساعت]

[aktex]_{ 2 }^{ }{ Q }[/katex]= بار حرارتی هوای نفوذی [بی تی یو بر ساعت]

مقالات مرتبط

مرتبط با سیستم سرمایش تراکمی

علت خنک نکردن کولرگازی

شاید برای شما هم این اتفاق افتاده باشد که در یک روز گرم تابستان، کولر گازی یا داکت اسپلیت محل زندگی یا کارتون را روشن کرده باشید و پس از

ادامه

شرایط طرح

در این مقاله در مورد شرایط طرح یه معنی در نظر گرفتن دمای داخل و خارج خواهیم پرداخت. دانستن شرایط طرح به عنوان پیش فرض در محاسبات بار حرارتی ساختمان کاربرد دارد.

وحید یغمائي

نویسنده مقاله

وحید یغمائی

پیش نیاز مقاله

انتقال حرارت از جداره ها

شرایط طرح:

شرایط طرح عبارتست از دما و رطوبتی که محاسبات بار حرارتی (گرمایی و سرمایی) ساختمان بر اساس آن ها صورت می پذیرد.

دمای طرح خارج:

این دما عبارتست از میانگین حداقل دمای هوای خارج در زمستان یا حداکثر دمای هوای خارج در تابستان.

نام شهر دمای خشک تابستان (فارنهایت) دمای مرطوب تابستان (فارنهایت) دامنه نغییرات روزانه در تابستان (فارنهایت) زمستان عرض جغرافیایی (درجه) ارتفاع از سطح دریا (فوت)
آبادان ۱۱۵ ۸۱ ۳۲ ۳۹ ۳۰ ۷
اراک ۹۷ ۷۰ ۳۰ ۸ ۳۴ ۵۷۸۰
ارومیه ۹۳ ۷۲ ۲۷ ۹ ۳۸ ۴۴۰۰
اصفهان ۱۰۰ ۶۸ ۲۹ ۱۴ ۳۳ ۵۲۰۰
اهواز ۱۱۵ ۸۰ ۳۵ ۳۷ ۳۱ ۶۶
ایرانشهر ۱۱۵ ۸۴ ۲۹ ۳۷ ۲۷ ۱۸۷۰
بابلسر ۹۲ ۸۲ ۱۵ ۳۲ ۳۷ ۰
بندر انزلی ۹۰ ۸۲ ۱۵ ۳۲ ۳۷ ۰
بندرعباس ۱۰۵ ۹۰ ۱۶ ۵۰ ۲۷ ۳۰
بندر لنگه ۱۱۰ ۹۸ ۱۵ ۴۷ ۲۷ ۴۳
بندر ماهشهر ۱۱۰ ۸۶ ۱۵ ۴۵ ۳۰ ۴۰
بوشهر ۱۰۵ ۸۷ ۱۶ ۴۳ ۲۹ ۴۶
بیرجند ۱۰۳ ۷۴ ۳۰ ۱۷ ۳۳ ۴۸۰۰
تبریز ۹۵ ۶۵ ۲۴ ۱۸ ۳۸ ۴۵۰۰
تهران ۱۰۰ ۷۴ ۲۷ ۲۲ ۳۵ ۴۰۰۰
چابهار ۱۰۴ ۹۰ ۱۲ ۵۰ ۲۵ ۲۰
خارک ۱۰۵ ۹۰ ۱۶ ۵۵ ۲۸ ۰
خرم آباد ۱۰۵ ۷۸ ۳۳ ۲۶ ۳۳ ۴۰۰۰
خرمشهر ۱۱۵ ۸۰ ۳۵ ۴۵ ۳۰ ۰
دزفول ۱۱۵ ۷۹ ۳۱ ۳۰ ۳۲ ۵۰۰
رامسر ۹۰ ۷۰ ۱۳ ۳۱ ۳۷ ۰
رشت ۹۰ ۸۳ ۲۲ ۲۴ ۳۷ ۰
زابل ۱۱۶ ۸۴ ۲۷ ۴۰ ۳۱ ۱۶۰۰
زاهدان ۱۰۵ ۷۶ ۳۲ ۱۷ ۲۹ ۴۵۰۰
زنجان ۹۵ ۷۲ ۳۱ ۳ ۳۷ ۵۴۰۰
سبزوار ۱۰۰ ۷۵ ۳۱ ۱۶ ۳۶ ۳۱۰۰
سقز ۹۷ ۷۵ ۳۷ ۲ ۳۶ ۴۹۰۰
سمنان ۱۰۵ ۷۹ ۲۵ ۲۳ ۳۶ ۳۸۰۰
سنندج ۱۰۰ ۷۲ ۳۳ ۹ ۳۵ ۵۰۰۰
شاهرود ۹۶ ۷۴ ۲۸ ۱۵ ۳۶ ۴۵۰۰
شمیران ۹۵ ۷۰ ۳۰ ۲۰ ۳۵ ۵۶۰۰
شیراز ۱۰۰ ۷۰ ۳۵ ۲۲ ۳۰ ۵۰۰۰
طبس ۱۱۳ ۷۸ ۳۳ ۲۵ ۳۴ ۳۰۰۰
فسا ۱۰۵ ۷۷ ۳۱ ۲۸ ۲۹ ۴۶۰۰
قزوین ۱۰۲ ۷۶ ۳۱ ۱۷ ۳۶ ۴۳۰۰
کاشان ۱۱۰ ۸۳ ۲۹ ۲۴ ۳۴ ۳۱۵۰
کرمان ۱۰۰ ۷۲ ۳۳ ۱۵ ۳۰ ۵۸۰۰
کرمانشاه ۱۰۰ ۶۵ ۴۲ ۱۳ ۳۴ ۴۶۰۰
گرگان ۱۰۲ ۸۵ ۱۹ ۳۰ ۳۷ ۴۰۰
مشهد ۹۶ ۶۷ ۲۹ ۱۲ ۳۶ ۳۱۰۴
همدان ۹۵ ۶۳ ۳۸ ۱۴ ۳۵ ۵۵۰۰
یزد ۱۰۵ ۶۷ ۲۸ ۲۰ ۳۱ ۴۰۰۰

دمای طرح داخل:

در تعیین شرایط طرح داخل در ساختمانهای مسکونی – تجاری، علاوه بر توجه بهراحتی ساکنان باید دقت داشت که تغییر شرایط طرح در بخشهای مختلف ساختمان نسبت به یکدیگر یا نسبت به هوای خارج به صورت ملایم و تدریجی صورت گیرد.

شرایط طرح داخل تابستانی و زمستانی بر اساب شرایط آسایش انسان

تابستان زمستان
نوع ساختمان محل های لوکس محل های معمولی با رطوبت زنی بدون رطوبت زنی
دمای خشک (F°) رطوبت نسبی % دمای خشک (F°) رطوبت نسبی % نوسان دما (F°) دمای خشک (F°) رطوبت نسبی ٪ نوسان دما (F°) دمای خشک (F°) نوسان دما (F°)
آپارتمان، منزل مسکونی، هتل، بیمارستان، اداره، مدرسه و غیره 74-76 45-50 77-79 45-50 2-4 74-76 30-35 ۳- تا ۴- 75-77 4-
مکان های با مدت اشغال محدود: بانک، آرایشگاه، فروشگاه، سوپر مارکت و غیره 76-78 45-50 78-80 45-50 2-4 72-74 30-35 ۳- تا ۴- 73-75 4-
مکان هایی با گرمای نهان زیاد: تالار کنفرانس، مسجد، کلیسا، رستوران، تئاتر، سینما و غیره 76-78 50-55 78-80 60-65 1-2 72-74 35-40 ۲- تا ۳- 74-76 4-
ساختمان های صنعتی و کارخانجات: سالن اجتماعات، سالن ماشین آلات و غیره 77-80 45-55 80-85 50-60 3-6 68-72 30-36 ۴- تا ۶- 70-74 6-

مقادیر ارائه شده در ستون نوسان دما برای تنظیم ترموستات اتاقی به کار می روند.

برای آنکه در احساس راحتی ساکنان تغییری ایجاد نشود با افزایش دمای خشک، باید رطوبت نسبی را کاهش داد و بالعکس. به عبارت دیگر در دو محیط با دو دمای خشک متفاوت می توان یک احساس واحدی را در انسان ایجاد کرد، مشروط بر اینکه رطوبت نسبی نیز به نسبت عکس دمای خشک تغییر کند. دامنه تغییرات روزانه دمای خشک عبارتست از اختلاف دمای حداکثر و حداقل در طول مدت ۲۴ ساعت شبانه روز در شهر مورد نظر.

برای اتاق هایی که سطح شیشه آن ها زیاد است یا دیوارهای مشرف به خارج آن ها خوب عایقکاری نشده است، باید دمای خشک را برابر حداکثر میزانی که در جدول پیشنهاد شده در نظر گرفت.

دمای فضاهای گرم یا سرد نشده:

مقادیر ارائه شده در جدول قبل متناسب با اتاق ها یا فضاهایی است که با وسایل مختلف از قبیل رادیاتور یا فنکویل گرم یا سرد می شود، در حالی که در هر ساختمان، اتاق ها یا فضاهایی وجود دارد که بدین شکل نیازی به گرم یا سرد کردن آن ها نیست.

اگر در مجاورت اتاقی که بار حرارتی آن محاسبه می شود، اتاق گرم یا سردنشده ای وجود داشته باشد، در صورت نیاز دمای آن از یکی از روش های زیر محاسبه می شود:

الف) اگر فضای مجاور گرم نشده باشد، اختلاف دمای اتاق مورد نظر و اتاق گرم نشده مجاور به ترتیب زیر محاسبه می شود.

 اختلاف دمای اتاق مورد نظر و اتاق گرم نشده=({ t }_{ i }-{ t }_{ o })\times 0.5

ب) در محاسبه بار گرمایی، در صورتی که دمای خارج بین۰ تا ۲۰ درجه فارنهایت باشد، نتایج تقریباً درستی عاید می کند و می تواند به جای روش “الف” مورد استفاده قرار گیرد. اعداد زیر نیز برای فضاهای گرم نشده ارائه می شود:

دمای زیرزمین و اتاق های گرم نشده=۳۲ درجه فارنهایت

اتاق زیر بام، سنگفرش یا فلزی، با عایق کاری ضعیف = ۲۵ درجه فارنهایت

اتاق زیر بام با عایق کاری خوب= ۴۰ درجه سانتیگراد

دمای اتاق های زیر شیروانی:

در صورتی که اتاق زیر شیروانی در فصل زمستان تهویه شود، دمای آن برابر دمای خارج منظور می شود، در غیر این صورت برای تعیین دمای آن از روش “الف”استفاده می گردد. در فصل تابستان که تابش آفتاب بر شیروانی باعث افزایش قابل ملاحظه دمای اتاق زیر شیروانی نسبت به خارج می شود، بهتر است این محل تهویه شود تا بار اضافی به سیستم تحمیل نشود.

دمای زمین:

دمای زمین بیشتر متأثر از منابع گرمایی زیر زمین است و اطلاع کاملی از دماهای زمین اطراف ساختمان ها در دست نیست، ولی به دلیل اینکه ضریب هدایت حرارتی دیوارهای زیر زمین متصل به خاک فقط ۰.۱ توصیه شده، منطقی است که تصور شود دمای زمین تأثیر قابل ملاحظه ای در محاسبات بار حرارتی ساختمان ندارد، بنابراین در محاسبات بار سرمایی ساختمان (در تابستان)، انتقال حرارت از کف متصل به زمین را صفر در نظر می گیرند.

انتقال حرارت از دیوارهای زیرزمین و کف متصل به زمین:

انتقال حرارت از کف ساختمان قابل ملاحظه نبوده و در طول سال نسبتاً ثابت است، چرا که تغییر دمای خاک در طول سال اندک است. تجربه نشان داده که در مورد طبقاتی که کف آنها به طور مستقیم روی سطح زمین قرار می گیرد، در فصل زمستان اتلاف حرارت، بیشتر از محیط کف با سطح کف متناسب است

دمای زمین

دمای طرح خارج (درجه فارنهایت) 30- 20- 10- 00 10 20
دمای زمین (درجه فارنهایت) 40 45 50 55 60 65

برای محاسبه میزان اتلاف حرارت هدایتی از دیوارها و کف زیرزمین در فصل زمستان، می توان بر حسب درجه حرارت زمین، مقدار اتلاف حرارت از هر فوت مربع سطح کف و دیوار زیرزمین را از جدول زیر به دست آورد و در مساحت کف یا دیوار زیرزمین ضرب کرد.

تلفات حرارتی از واحد سطح کف یا دیوارهای زیرزمین

دمای زمین (درجه فارنهایت) انتقال حرارت از کف زیر زمین \frac { btu }{ { ft }^{ 2 }.hr } تلفات حرارت از دیوارهای زیر زمین \frac { btu }{ { ft }^{ 2 }.hr }
40 3 6
50 2 4
60 1 2

برای محاسبه تلفات حرارت از کف ساختمان های فاقد زیرزمین، فرمول زیر پیشنهاد می شود.

H=0.6P({ t }_{ i }-{ t }_{ 0 })+0.5A({ t }_{ i }-{ t }_{ g })

H= تلفات حرارتی از کف واقع بر روی زمین [بی تی یو بر ساعت]

P=آن قسمت از محیط کف که در معرض هوای خارج قرار دارد [فوت]

A=مساحت کف [فوت مربع]

_{ i }^{ }{ t }=دمای طرح داخل [درجه فارنهایت]

_{ o }^{ }{ t }=دمای طرح خارج [درجه فارنهایت]

_{ g }^{ }{ t }=دمای زمین از جدول دمای زمین [درجه فارنهایت]

مقالات مرتبط

مرتبط با سیستم سرمایش تراکمی

علت خنک نکردن کولرگازی

شاید برای شما هم این اتفاق افتاده باشد که در یک روز گرم تابستان، کولر گازی یا داکت اسپلیت محل زندگی یا کارتون را روشن کرده باشید و پس از

ادامه

انتقال حرارت از جداره ها

در این مقاله انتقال حرارت از طریق جداره هایی شامل دیوار و درب و پنجره ها بررسی خواهد شد و در پایان نحوه محاسبه انتقال حرارت هدایت، از انواع جداره ها چه از نوع ساده و مرکب را به عنوان پیش نیاز محاسبات بار حرارتی ساختمان، خواهیم آموخت.

نحوه محاسبه انتقال حرارت از جداره ها اولین قدم در محاسبه بار حرارتی ساختمان می باشد و می بایست بصورت کامل مورد مطالعه قرار گرفته و چندین نوع مثال (بیش از سه مثال این مقاله) به عنوان تمرین حل گردد.

وحید یغمائي

نویسنده مقاله

وحید یغمائی

پیش نیاز مقاله

ندارد

انتقال گرما:

به طور کلی انتقال گرما عبارتست از انتقال انرژی ای که بر اثر اختلاف دمای بین دو ماده روی می دهد.

Q=mc({ t }_{ 2 }-{ t }_{ 1 })=(\rho V)C({ t }_{ 2 }-{ t }_{ 1 })

[Q [J : میزان انتقال گرما [ژول]

[m [kg : جرم سیال مورد نظر [کیلوگرم]

[C [J/kg.K : گرمای ویژه که برای آب 4098 است. [ژول بر کیلوگرم در کلوین]

[t1 [k : دمای اولیه [کلوین]

[t2 [k : دمای ثانویه [کلوین]

[ρ [kg/m3: چگالی [کیلوگرم بر مترمکعب]

[V [m3 : حجم سیال [متر مکعب]

 

آهنگ انتقال گرما:

سرعت انتقال گرما را اهنگ انتقال گرما می نامیم.

ذکر یک نکته کلی: اصولا هرگاه بالای یک کمیت (بطور مثال جرم) یک نقطه گذاشته شود به معنی آهنگ در آن کمیت خواهد بود بدین معنی که گذار آن کمیت بر زمان مد نظر است. بطور مثال هر گاه بر روی جرم (m) نقطه لحاظ شود به معنی دبی جرمی (گذر آب در واحد زمان) خواهد بود.

\dot { Q } =\frac { \delta Q }{ \delta t } =\dot { m } c({ t }_{ 2 }-{ t }_{ 1 })=(\rho \dot { V } )c({ t }_{ 2 }-{ t }_{ 1 })

 

[Q̇ [J/s=W: آهنگ انتقال گرما [وات]

[V̇ [m3/s: دبی حجمی سیال [متر مکعب بر ثانیه]

[ [kg/s: دبی جرمی سیال [کیلوگرم بر ثانیه]

انتقال حرارت در ساختمان:

انواع انتقال حرارت عبارتند از:

  1. هدایت یا همرفت (Conduction): رسانش یا هدایت، انتقال حرارت از مولکول های گرم یک جسم به مولکول های سردتر آن است، بدون آنکه ذرات ماده جابجایی قابل ملاحظه ای داشته باشند. این نوع انتقال حرارت بیشتر در جامدات قابل مشاهده است.
  2. جابجایی (Convection): جابجایی عبارتست از انتقال حرارت با جریان سیال که خود بر دو نوع طبیعی و اجباری است. الف)جابجایی طبیعی: در جابجایی طبیعی، حرکت سیال در اثر اختلاف وزن مخصوص سیال گرم و سرد و بدون کمک عامل خارجی نظیر پمپ یا بادزن صورت می گیرد، مثل انتقال حرارت از رادیاتورهای معمولی به فضای داخلی اتاق. ب)جابجایی اجباری: در جابجایی اجباری حرکت سیال به کمک انرژی یک عامل خارجی مثل پمپ یا بادزن صورت می گیرد. انتقال حرارت از طریق فن کویلها مصداق بارزی از جابجایی اجباری است.
  3. تشعشع (Radiation): انتقال حرارت توسط امواج از جسم گرم به جسم سردتر را تشعشع می نامند. در این نوع از انتقال حرارت ماده نقشی ندارد. برای نمونه می توان به دریافت حرارت از خورشید اشاره کرد.
  4.  

انتقال حرارت از یک دیواره ساده:

دیوارهای ساختمان بسته به اینکه دمای داخل آن کمتر یا بیشتر از دمای خارج باشد، همواره مقداری حرارت را به صورت هدایت به ساختمان وارد یا از آن خارج میکنند. مقدار این انتقال حرارت برای یک جداره ساده از فرمول زیر به دست می آید:

Q=A\frac { K }{ X } ({ t }_{ 1 }-{ t }_{ 2 })=AU\Delta t

هدایت حرارت در یک دیواره ساده
هدایت حرارت در یک دیواره ساده

برای تبدیل واحد بریتانیایی به SI با قرار دادن نسبت هر کمیت و ساده سازی خواهیم داشت:

\frac { btu }{ ft.hr.°F } \times \frac { 1\quad kcal }{ 4\quad btu } \times \frac { 3.3\quad ft }{ 1\quad m } \times \frac { 1.8\quad °F }{ 1\quad °C }

در نتیجه:

1.5\times \frac { btu }{ ft.hr.°F } =\frac { kcal }{ m.hr.°C }

برای ساده سازی استفاده از فرمول ذکر شده، می توان از فرمول شدت جریان الکتریکی (\frac { V }{ R } =I) اقتباص نموده و مقاومت حرارتی واحد سطح را بدین شکل تعریف نمود:

R=\frac { X }{ K }

 

انتقال حرارت از دیواره مرکب:

دیوار ساختمانها اغلب از لایه های مختلف با مواد متفاوت تشکیل می شود، به طوری که دیگر فقط یک دیوار ساده نبوده، بلکه آن را میتوان دیواره مرکب نامید. مقاومت حرارتی دیواره مرکب با حاصل جمع مقاومت لایه های تشکیل دهنده آن برابر خواهد بود.

مقاومت حرارتی دیواره مرکب={ R }_{ 1 }+{ R }_{ 2 }+…=\frac { { X }_{ 1 } }{ K_{ 1 } } +\frac { { X }_{ 2 } }{ { K }_{ 2 } } +…

در جریان حرارتی بین هوای خارج و هوای داخل ساختمان همواره لایه بسیار نازکی از هوا در طرفین دیوار ساختمان وجود دارد که به سطح چسبیده و همچون یک مقاومت حرارتی در برابر جریان عمل می کند. ضریب هدایت حرارتی واحد سطح این لایه بسیار نازک را با h و مقاومت آن را که به مقاوت فیلم هوا موسوم است با \frac { 1 }{ h } نشان می دهند و مقدار آن بستگی به سرعت جریان هوا دارد. این مقادیر در جدول زیر آورده شده است:

جدول مقاومت هوا روی دیوار

فیلم هوا وضعیت جهت انتقال حرارت \left[ \frac { { ft }^{ 2 }.hr.°F }{ btu } \right] \frac { 1 }{ h }
هوای ساکن افقی بالا 0.61
شیب ۴۵ درجه بالا 0.62
عمودی افقی 0.68
شیب ۴۵ درجه پایین 0.76
افقی پایین 0.92
باد با سرعت ۱۵ مایل بر ساعت همه جهات (زمستان) همه جهات 0.17
باد با سرعت ۷/۵ مایل بر ساعت همه جهات (تابستان) همه جهات 0.25

ضریب کلی هدایت حرارتی دیواره مرکب را می توان به صورت زیر بیان کرد:

کیفیت سطح فرمول محاسبه ضریب کلی هدایت حرارتی
برای سطوح خیلی صاف h=1.4+0.28V
برای سطوح گچ صاف h=2.0+0.4V
برای سطح بتن با آجر صاف h=2.1+0.5V
برای سطوح خشن h=2.1+0.5V

که در آن، h بر حسب \frac { btu }{ { ft }^{ 2 }.hr.°F } و V بر حسب \frac { mile }{ hr } می باشد.

U=\frac { 1 }{ \frac { 1 }{ { h }_{ i } } +{ R }_{ 1 }+{ R }_{ 2 }+…+\frac { 1 }{ { h }_{ o } } }

U: ضریب کلی هدایت حرارتی [بی تی یو بر ساعت در فوت مربع درجه فارنهایت] 

\frac { 1 }{ { _{ i }{ h }_{  } } }  :مقاومت فیلم هوای داخل [فوت مربع درساعت درجه فارنهایت بر بی تی یو]

R1,R2,… : مقاومت حرارتی لایه های مختلف دیوار [فوت مربع در ساعت درجه فارنهایت بر بی تی یو]

\frac { 1 }{ { _{ o }{ h }_{ } } } :مقاومت فیلم هوای خارج [فوت مربع در ساعت درجه فارنهایت بر بی تی یو]

ضریب هدایت حرارتی مصالح ساختمانی

ردیف مواد جرم مخصوص [kg/m3] \left[ \frac { kcal }{ m.hr.°C } \right] K
۱ بتن مسلح - 1.5
۲ بتن سنگین 1700-2100 0.85-1.2
۳ بتن سنگین 2200-2400 1.3-1.5
۴ بتن سبک 1000-1200 0.2-0.4
۵ بتن سبک 1400-1600 0.5-0.6
۶ سنگ معمولی 2000-2400 1.2
۷ سنگ مرمر 2600 2.5
۸ آجر توپر 1700-2000 0.9
۹ آجر سوراخ دار - 0.4
۱۰ آجر سفال - 0.35
۱۱ موزائیک 2240 1.55
۱۲ کاشی - 0.6
۱۳ سرامیک - 1.16
۱۴ خشت - 0.63
۱۵ ملات سیمان 1800-2100 1
۱۶ ملات ماسه و سیمان - 1.5
۱۷ اندود گچ و ماسه - 0.81
۱۸ گچ و خاک 1400 0.6
۱۹ گچ 900-1100 0.4
۲۰ کاهگل 770 0.3
۲۱ شفته آهک - 0.75
۲۲ آسفالت 2110 1
۲۳ قیر 1000 0.2
۲۴ رابیتس با اندود سیمان - 0.5
۲۵ رابیتس با اندود گچ - 0.25
۲۶ خاک خشک 1500-2000 0.93
۲۷ خاک مرطوب 2500 1.74
۲۸ ماسه خشک 1500 0.58
۲۹ ماسه مرطوب - 0.9
۳۰ شن 1800 0.35

ضریب هدایت حرارتی چوب و مشتقات

ردیف مواد جرم مخصوص [kg/m3] \left[ \frac { kcal }{ m.hr.°C } \right] K
۱ چوب معمولی 600-750 0.2
۲ چوب فشرده 1280 1.4
۳ فیبر 850-1100 0.18
۴ نئوپان - 0.10-0.14
۵ فیبر فشرده 1280 0.47
۶ پارکت 241 0.14
۷ کائوچو 1100 0.15
۸ کاغذ مقوا 1000 0.16

ضریب هدایت حرارتی نارساناها

ردیف مواد جرم مخصوص [kg/m3] \left[ \frac { kcal }{ m.hr.°C } \right] K
۱ چوب پنبه 200 0.36
۲ یونولیت - 0.03
۳ پنبه فشرده - 0.047
۴ پشم سنگ - 0.03
۵ پشم شیشه 200 0.035
۶ هوای خشک ساکن - 0.024

ضریب هدایت حرارتی فلزات

ردیف مواد جرم مخصوص [kg/m3] \left[ \frac { kcal }{ m.hr.°C } \right] K
۱ مس 8900 330
۲ آلومینیوم 2700 200
۳ آهن خالص 7870 62
۴ چدن - 48
۵ سرب 11340 30
۶ جیوه 12600 6.8
۷ فولاد 7780 45

ضریب هدایت حرارتی سایر مواد

ردیف مواد جرم مخصوص [kg/m3] \left[ \frac { kcal }{ m.hr.°C } \right] K
۱ شیشه 2500 0.7-1.0
۲ آب 1000 0.55
۳ برف 560 0.4
۴ یخ 900 2
۵ پشم فشرده حیوان - 0.038
۶ لاستیک 1200 0.14
۷ پلاستیک 50-100 0.036

ضریب انتقال حرارت برای سقف افقی

نام جدار [\frac { kcal }{ { m }^{ 2 }.hr.°C } ]U
سقف افقی به ضخامت ۱۵ سانتیمتر با آسفالت روی آن 3.1
سقف افقی به ضخامت ۱۵ سانتیمتر با آسفالت و اندود 2.7
سقف افقی به ضخامت ۱۵ سانتیمتر با آسفالت و ۲/۵ سانتیمتر عایق 1.2
سقف افقی به ضخامت ۱۵ سانتیمتر با آسفالت و اندود . ۲/۵ سانتیمتر عایق 1
سقف افقی به ضخامت ۱۵ سانتیمتر با آسفالت و ۵ سانتیمتر عایق 0.65
سقف افقی به ضخامت ۱۵ سانتیمتر با آسفالت و اندود و ۵ سانتیمتر عایق 0.6
سقف با آجر سفالی تو خالی ۱۵ سانتیمتری 2.4
سقف با آجر سفالی تو خالی ۱۵ سانتیمتری و اندود 2.2
سقف با آجر سفالی تو خالی ۱۵ سانتیمتری با ۲/۵ سانتیمتر عایق 1
سقف با آجر سفالی تو خالی ۱۵ سانتیمتری با اندود با ۲/۵ سانتیمتر عایق 0.9
سقف با آجر سفالی تو خالی ۱۵ سانتیمتری با ۵ سانتیمتر عایق 0.6
سقف با آجر سفالی تو خالی ۱۵ سانتیمتری با ۵ سانتیمتر عایق و اندود 0.6

ضریب انتقال حرارت برای سقف شیب دار

نام جدار [\frac { kcal }{ { m }^{ 2 }.hr.°C } ]U
سقف موج دار آلومینیومی روشن ۵.۳
سقف موج دار ایرانیت ۶.۸
سقف موج دار ایرانیت روی ۱۲ میلیمتر چوب ۲.۵
سقف موج دار آهن ۷.۳

ضریب انتقال حرارت برای در

نام جدار [\frac { kcal }{ { m }^{ 2 }.hr.°C } ]U
در خارجی از چوب به ضخامت ۳۸ میلیمتر ۲
در خارجی از چوب به ضخامت ۲۵ میلیمتر ۲.۵
در آهنی ۵
در شیشه دار با ۱/۵ شیشه ساده ۴
در داخلی ۲
درب فلزی ۵
درب چوبی ۳

ضریب انتقال حرارت برای پنجره

نام جدار [\frac { kcal }{ { m }^{ 2 }.hr.°C } ]U
پنجره معمولی ۵
پنجره دو جداره ۳.۴
پنجره چوبی با شیشه ساده ۴.۵
پنجره فلزی با شیشه ساده ۵
پنجره چوبی با شیشه مضاعف و ۶ میلی متر فاصله بین دو شیشه ۳.۱
پنجره فلزی با شیشه مضاعف و ۶ میلی متر فاصله بین دو شیشه ۳.۴
پنجره چوبی با شیشه مضاعف و ۱۲ میلی متر فاصله بین دو شیشه ۲.۸
پنجره فلزی با شیشه مضاعف و ۱۲ میلی متر فاصله بین دو شیشه ۳.۱

ضریب انتقال حرارت برای دیوار ۱۱ سانتی متری

نام جدار [\frac { kcal }{ { m }^{ 2 }.hr.°C } ]U
آجری ۲.۲۷
بتنی ۲.۳۴
سفالی ۱.۵۴

ضریب انتقال حرارت برای دیوار ۲۲ سانتی متری

نام جدار [\frac { kcal }{ { m }^{ 2 }.hr.°C } ]U
آجری ۱.۸
بتنی ۱.۹
سفالی ۱.۱
بلوک ۱.۶۴

ضریب انتقال حرارت برای دیوار ۳۵ سانتی متری

نام جدار [\frac { kcal }{ { m }^{ 2 }.hr.°C } ]U
آجری ۱.۴
بتنی ۱.۵

ضریب انتقال حرارت برای دیوار ۴۵ سانتی متری

نام جدار [\frac { kcal }{ { m }^{ 2 }.hr.°C } ]U
آجری ۱.۲۲
بتنی ۱.۳
بلوک ۱.۰

ضریب انتقال حرارت برای دیوار دو جداره آجری با 5 تا ۱۰ سانتی متر هوا

نام جدار [\frac { kcal }{ { m }^{ 2 }.hr.°C } ]U
۱۱ و ۱۱ سانتی متری ۱.۳۶
۱۱ و ۲۲ سانتی متری ۱.۱۲
۱۱ و ۳۵ سانتی متری ۰.۹۹

ضریب انتقال حرارت برای سقف و کف

نام جدار [\frac { kcal }{ { m }^{ 2 }.hr.°C } ]U
آجری طاق ضربی ۱.۱
بتنی ۱.۲
تیرچه بلوک ۰.۸
سقف شیب دار با لایه عایق ۲.۵
سقف شیب دار با لایه عایق و سقف کاذب ۱.۵
کف به زمین ۱.۵

ضریب انتقال حرارت برای درب و پنجره

نوع درب یا پنجره [\frac { btu }{ { ft }^{ 2 }.hr.°F } ]U
پنجره تک شیشه ای معمولی 1.13
پنجره با دو لایه شیشه با فاصله ”1/2 0.65
پنجره با سه لایه شیشه با فاصله ”1/2 0.36
پنجره طوفان 0.56
در تمام چوبی به ضخامت ”1 0.7
در تمام چوبی به ضخامت ”2 0.45
در چوبی با کتیبه شیشه ای 0.75

ضریب انتقال حرارت برای درب و پنجره

نوع درب یا پنجره [\frac { btu }{ { ft }^{ 2 }.hr.°F } ]U
در تمام شیشه ای با قاب چوبی 0.95
در تمام فلزی 1.2
در فلزی با کتیبه شیشه ای 1.15
در تمام شیشه ای با قاب فلزی 1.05
در ورودی راهرو، تمام چوبی 0.3
در ورودی راهرو، نصف شیشه 0.45
در ورودی راهرو، تمام شیشه 0.6

حال برای یادگیری مطلب با چند مثال به تمرین خواهیم پرداخت.

مثال یک:

ضریب کلی هدایت حرارتی دیوار روبرو را محاسبه نمایید.

راه حل:

طبق فرمول ذکر شده برای بدیت آوردن ضریب کلی هدایت حرارتی خواهیم داشت:

U=\frac { 1 }{ \frac { 1 }{ { h }_{ i } } +{ R }_{ 1 }+{ R }_{ 2 }+…+\frac { 1 }{ { h }_{ o } } }

برای یک سانتی متر گچ (معادل ۰.۰۱ متر) از جدول ضریب هدایت حرارتی (مورد ۱۹) خواهیم داشت:

R=\frac { 0.01 }{ 0.4 } =0.025\frac { m^{ 2 }.hr.°C }{ kcal }

از جدول مقاومت هوا روی دیوار، مقاومت هوای داخل و خارج را محاسبه می کنیم:

-مقاومت هوای داخل:

\frac { 1 }{ { h }_{ i } } =0.68\frac { { ft }^{ 2 }.hr.°F }{ btu }

حالا برای استفاده در فرمول ضریب کلی هدایت حرارتی عدد بدست آمده از جدول را به واحد si تیدبل خواهیم کرد:

\frac { 1 }{ { h }_{ i } } =0.68\frac { { ft }^{ 2 }.hr.°F }{ btu } =\frac { 0.68 }{ 4.88 } =0.139\frac { { m }^{ 2 }.hr.°C }{ kcal }

-مقاومت هوای خارج:

\frac { 1 }{ { h }_{ o } } =0.17\frac { { ft }^{ 2 }.hr.°F }{ btu } =\frac { 0.17 }{ 4.88 } =0.035\frac { { m }^{ 2 }.hr.°C }{ kcal }

حال جانمایی می نماییم:

U=\frac { 1 }{ 0.139+\frac { 0.01 }{ 0.4 } +\frac { 0.02 }{ 0.6 } +\frac { 0.2 }{ 0.9 } +\frac { 0.1 }{ 0.4 } +0.035 } =1.42\frac { kcal }{ { m }^{ 2 }.hr.°C } =\frac { 1.42 }{ 4.88 } \frac { btu }{ { ft }^{ 2 }.hr.°F }

 

مثال دو:

در ادامه مثال قبل، دما را در نقطه A محاسبه نمایید.

راه حل:

از مثال قبل داشتیم:

\frac { 1 }{ { h }_{ i } } =0.68\frac { { ft }^{ 2 }.hr.°F }{ btu } =\frac { 0.68 }{ 4.88 } =0.139\frac { { m }^{ 2 }.hr.°C }{ kcal }

ضریب کلی انتقال حرارت برابر بود با:

U=1.42\frac { kcal }{ { m }^{ 2 }.hr.°C }

از ضرب این دو عدد در هم خواهیم داشت:

1.42\times 0.139=19.7%

حال ۱۹.۷ درصد ۲۶ درجه سانتیگراد ۵.۱ درجه سانتیگراد خواهد بود که از ۲۰ درجه سانتیگراد دمای دیواره داخلی کسرشود ۱۴.۹ درجه سانتیگراد خواهد شد. پس دمای نقطه A ۱۴.۹ درجه سانتیگراد خواهد شد.

مثال سه:(بسیار مهم و کاربردی)

مطلوبست محاسبه انتقال حرارت هدایتی از دیوار مشرف به خارج یک اتاق، در صورتی که ابعاد دیوار′20 × ′10 بوده و از آجر روکار به ضخامت “8 که از سمت راست داخل دارای روکش گچ به ضخامت ۳/۸ اینچ (سه هشتم) است، ساخته شده باشد. دمای داخل اتاق ۷۶ درجه فارنهایت و دمای هوای خارج ۲۰ درجه فارنهایت، در نظر گرفته شود.

راه حل:

انتقال حرارت کلی برابر است با:

Q=A\frac { K }{ X } ({ t }_{ 1 }-{ t }_{ 2 })=AU\Delta t

برای بدست آوردن U یا همان ضریب کلی انتقال حرارت، داریم:

U=\frac { 1 }{ \frac { 1 }{ { h }_{ i } } +{ R }_{ 1 }+{ R }_{ 2 }+…+\frac { 1 }{ { h }_{ o } } }

برای آجار روکار (سوراخ دار)، عدد ۰.۴ برای K ازجدول ضریب هدایت حرارتی مصالح ساختمانی را ۱.۵ تقسیم می نماییم تا بر حسب واحد \frac { btu }{ { ft }.hr.°F } داشته باشیم، درنتیجه خواهیم داشت:

R_{ 1 }=\frac { x }{ k } =\frac { \frac { 8 }{ 12 } }{ \frac { 0.4 }{ 1.5 } } =2.5\frac { btu }{ { ft }.hr.°F }

(برای تبدیل اینچ به فوت عدد ۸ را بر ۱۲ تقسم نموده ایم تا متناسب با یکای فرمول باشد).

به همین طریق برای روکش گچ نیز خواهیم داشت:

R_{ 2 }=\frac { x }{ k } =\frac { \frac { \frac { 3 }{ 8 } }{ 12 } }{ \frac { 0.4 }{ 1.5 } } =0.01172\frac { btu }{ { ft }.hr.°F }

(دوباره برای تبدیل اینچ به فوت عدد ۳/۸ را بر ۱۲ تقسم نموده ایم تا متناسب با یکای فرمول باشد).

حال مقاومت فیلم هوای داخل و بیرون را از جدول یادداشت می کنیم (۰.۶۸ برای فیلم داخل و ۰.۱۷ برای دیوار بیرونی).

در نتیجه U کلی برابر خواهد بود با:

U=\frac { 1 }{ 0.68+2.5+0.1172+0.17 } =0.29\frac { btu }{ { ft }^{ 2 }.hr.°F }

حال می توان به راحتی انتقال حرارت را محاسبه نمود:

Q=A\times U\times \left( { t }_{ 2 }-{ t }_{ 1 } \right) =\left( 10\times 20 \right) \times 0.29\times \left( 76-20 \right) =3248\frac { btu }{ hr }

مقالات مرتبط

مرتبط با سیستم سرمایش تراکمی

علت خنک نکردن کولرگازی

شاید برای شما هم این اتفاق افتاده باشد که در یک روز گرم تابستان، کولر گازی یا داکت اسپلیت محل زندگی یا کارتون را روشن کرده باشید و پس از

ادامه

صفر تا صد محاسبات گرمایش ساختمان

در این مقاله می خواهیم صفر تا صد محاسبات گرمایشی ساختمان را ذکر نماییم. منظور از صفر تا صد محسبات گرمایشی ساختمان، محاسبه  دقیق و مهندسی بار حرارتی ساختمان مشتمل بر بار گرمایشی هر قسمت از ساختمان و بار مورد نیاز آبگرم بهداشتی (آب مصرفی) می پردازیم. پس از آن می توانیم هد و دبی پمپ مورد نیاز مدار گرمایش رو محاسبه و انتخاب نموده و اقدام به انتخاب دیگ و یا پکیج شوفاژ دیواری نماییم.

در ادامه می توانیم حجم مخزن ذخیره آب گرم بهداشتی (در حالت موتورخانه) را محاسبه کنیم. در ادامه نحوه محاسبه سایز لوله کشی مدار گرمایش (تک لوله ای، دو لوله ای مستقیم یا معکوس) را ذکر خواهیم کرد. پس از بدیت آمدن سایز لوله می توان به انتخاب رادیاتور پرداخت.

در پایان همین مقاله، یک پروژه نمونه از صفر تا صد مورد محاسبه قرار گرفته است.

در پایان این مقاله می توانید به تنهایی و بدون نیاز به هیچ کمک خارجی صفر تا صد محاسبات گرمایشی ساختمان از قبیل بدست آوردن بار حرارتی، انتخاب رادیاتور یا فن کویل و …، طراحی لوله کشی و انتخاب پمپ سیرکولاسیون را انجام دهید.

توصیه می گردد این آموزش را بر روی کامپیوتر مشاهده فرموده تا جداول به صورت کامل و واضح نمایش داده شود.

وحید یغمائي

نویسنده مقاله

وحید یغمائی

پیش نیاز مقاله

ندارد

هدف از این مقاله، استقلال در محاسبات مربوط به انتخاب سیستم گرمایشی، تجهیزات سیستم از قبیل منبع انبساط، پمپ سیرکولاسیون و مبدل های حرارتی، محاسبات مربوط به سایز لوله کشی و انتخاب رادیاتور ها می باشد. فلذا برای دست یابی به این هدف، در این قسمت مراحل لازم برای این منظور با هدف طولانی نشدن مقاله، با ترتیب و توالی آورده شده است.

در پایان یک پروژه نمونه نیز آورده شده است که جهت تکمیل مطالب بسیار مفید خواهد بود.

پروژه نمونه

تلفات حرارتی و تجهیزات لازم برای گرمایش یک مدرسه واقع در شهر یزد که پلان آن مطابق شکل زیر است را محاسبه و طراحی نمایید. مشخصات ساختمان از قرار زیر است.

  1. دیواره های مشرف به خارج از دیوار آجری ۴۵ سانتیمتری است.
  2. دیوارهای داخلی از دیوار آجری ۳۵ سانتیمتری است.
  3. پنجره ها از نوع تک شیشه ای معمولی اند که پنجره های کلابها و دفاتر به ابعاد ′4.6×′8.6 و پنجره های توالت ها به ابعاد ′1.6×′2.6، پنجره کنار در ورودی ساختمانها به ابعاد 4.6′×10′، پنجره آبدارخانه′4.6×′9 در نظر گرفته شده اند.
  4. درها: در اتاقها چوبی با کتیبه شیشهای به ابعاد ′3.3×′6.6، دربهای بزرگ کلابها به ابعاد ′5.6×′6.6، درب ورودی ساختمان نصف شیشه به ابعاد ′9.3×′7.3 است.
  5. سقف: به ضخامت ۱۵ سانتیمتر با آسفالت و ۵ سانتیمتر عایق است.
  6. کف ساختمان از بین و ماسه و موزاییک ساخته شده است.

دمای آب گرم رفت ۱۷۵ درجه فارنهایت و دمای آب گرم برگشت ۱۵۵ درجه فارنهایت در نظر گرفته شود.

این ساختمان دارای شش کلاس درب، یک دفتر، یک آبدارخانه، نه دستشویی و توالت عمومی و یک دستشویی و توالت خصوصی است. ابعاد اتاق ها و راهرو روی پلان مشخص شده اند. اتاق موتورخانه در خارج ساختمان است. این ساختمان فاقد زیرزمین بوده و کف آن روی سطح زمین قرار دارد. طول لوله از دیگ تا درِ ورودی ساختمان برابر ۵۱ فوت در نظر گرفته شود.

حل مسئله

1-U=1.22 [Kcal/hr.ft2.oF] =0.25 [Btu/hr.ft2.oF]

2- U =1.4 [Kcal/hr.ft2.oF] =0.29 [Btu/hr.ft2.oF]

3- U= 1.13 [Btu/hr.ft2.oF]

4- U= 0.75 [Btu/hr.ft2.oF]

5- U= 0.65 [Kcal/hr.ft2.oF]=0.13 [Btu/hr.ft2.oF]

۱- با استفاده از جداول ذکر شده در شرایط طرح دمای طرح زمستانی داخل و خارج ساختمان، به صورت زیر مشخص می شود:

دمای طرح خارج ۲۰ درجه فارنهایت
دمای طرح داخل کلاس ها ۷۴ درجه فارنهایت
دفتر ۷۴ درجه فارنهایت
توالت ۷۰ درجه فارنهایت
راهرو ۶۶ درجه فارنهایت
آبدارخانه ۶۶ درجه فارنهایت

۲- تعداد دفعات تعویض هوا در ساعت، با استفاده از جدول «دفعات تعویض هوا برای اتاق های مختلف در ساعت» ذکر شده در قسمت «محاسبه تلفات حرارتی ساختمان» به دست می آید. همه اتاق ها از یکدیوار، پنجره رو به خارج دارند، بنابراین تعداد دفعات تعویض هوا برای تمام اتاق ها یک بار در ساعت و برای راهرو ۲ بار در ساعت در نظر گرفته می شود. تهویه طبیعی هوا برای دفع بو از توالت ها کافی نبوده، بنابراین از تهویه اجباری (ونتیلاتور) استفاده می گردد و میزان تهویه هوا ۴ بار در ساعت در نظر گرفته می شود که معادل این هوای تخلیه شده، از هوای راهرو به داخل توالت ها مکیده خواهد شد. در محاسبات بار حرارتی هوای نفوذی به جای اختلاف دمای توالت و هوای خارج باید از اختلاف دمای توالت و راهرو استفاده شود. بار حرارتی هوای نفوذی به راهرو افزایش می یابد زیرا به همان میزان هوایی که توسط ونتیلاتور به داخل توالت مکیده می شود باید هوای تازه وارد راهرو شود.

۳- تلفات حرارتی از جداره های اتاق ها:

برای محاسبه تلفات حرارتی از دیواره های اتاق ها، از فرمول زیر استفاده می شود.

{ Q }_{ 1 }=AU({ t }_{ i }-{ t }_{ o })

برای محاسبه تلفات از کف می توان از فرمول زیر استفاده نمود:

H=0.6P({ t }_{ i }−{ t }_{ o })+0.5A({ t }_{ i }−{ t }_{ g })

دمای زمین (tg)، برای شهر یزد از جدول «شرایط طرح داخل تابستانی و زمستانی بر اساس شرایط آسایش انسان» و جدول «دمای زمین» مطرح شده در قسمت شرایط طرح، برابر ۶۵ درجه فارنهایت است، بنابراین :

تلفات حرارتی از کف کلاس ۱=0.6\times { 24 }^{ \prime }\times 60+0.05\times 432\times 11=1102[{ BTU }/{ hr] }

تلفات حرارتی از کف کلاس ۲=0.6\times { 24 }^{ \prime }\times 60+0.05\times 432\times 11=1102[{ BTU }/{ hr] }

تلفات حرارتی از کف کلاس ۳=0.6\times { 42 }^{ \prime }\times 60+0.05\times 432\times 11=1750[{ BTU }/{ hr] }

تلفات حرارتی از کف توالت  A=0.6\times { 42 }^{ \prime }\times 56+0.05\times 432\times 7=1562[{ BTU }/{ hr] }

تلفات حرارتی از کف توالت  B=0.6\times { 42 }^{ \prime }\times 56+0.05\times 377\times 7=938[{ BTU }/{ hr] }

تلفات حرارتی از کف کلاس ۴=0.6\times { 24 }^{ \prime }\times 60+0.05\times 432\times 11=1102[{ BTU }/{ hr] }

تلفات حرارتی از کف دفتر=0.6\times { 11 }^{ \prime }\times 60+0.05\times 220\times 11=517[{ BTU }/{ hr] }

تلفات حرارتی از کف کلاس ۵=0.6\times { 57 }^{ \prime }\times 60+0.05\times 740\times 11=2459[{ BTU }/{ hr] }

تلفات حرارتی از کف آبدارخانه=0.6\times { 9 }^{ \prime }\times 52+0.05\times 216\times 3=313[{ BTU }/{ hr] }

تلفات حرارتی از کف کلاس ۶=0.6\times { 57 }^{ \prime }\times 60+0.05\times 740\times 11=2459[{ BTU }/{ hr] }

تلفات حرارتی از کف راهرو=0.6\times { 46 }^{ \prime }\times 52+0.05\times 1993\times 3=1734[{ BTU }/{ hr] }

ارقام فوق در جدول «خلاصه محاسبات» وارد می شود.

۴- بار حرارتی هوای نفوذی از فرمول زیر محاسبه می گردد:

{ Q }_{ 2 }=n\times V\times 0.0749\times 0.0241\times \left( { t }_{ i }-{ t }_{ o } \right) \times ضریب تصحیح چگالی هوا

برای شهر یزد به ارتفاع ۴۰۰۰ فوت از سطح دریا (با توجه به جدول «شرایط طرح تابستانی و زمستانی چند شهر ایران» از قسمت شرایط طرح) و با دمای ۲۰ درجه فارنهایت ضریب تصحیح چگالی هوا از شکل «تصحیح چگالی هوا در شرایط غیر استاندارد» از بخش محاسبات بار گرمایشی ساختمان برابر۰.۹۲ در نظر گرفته می شود.

 

ضرایب اضافی: برای دیوارهای شمالی و شرقی ۱۰ درصد و دیوارهای غربی۵ درصد ضریب اضافی در نظر گرفته می شود، به علاوه جهت تصحیح اشتباهات احتمالی در محاسبات، برای هر اتاق ۱۰ درصد ضریب اطمینان در نظر گرفته می شود که در برگه محاسباتی لحاظ شده است. ساختمان مدرسه معمولاً شش روز در هفته مورد استفاده قرار می گیرد. با مراجعه به جدول «ضرایب اضافی برای پیش راه اندازی سیستم حرارت مرکزی» از بخش محاسبات بار گرمایشی، ضریب  یک ضریب ۲۰ درصد برای پیش راه اندازی سیستم در نظر گرفته می شود که در آخر محاسبات منظور شده و به بار حرارتی دیگ اضافه می شود.

۵- محاسبه بار حرارتی آبگرم بهداشتی

در این مدرسه تعداد دستشویی و توالت عمومی، یک دستشویی و توالت خصوصی و یک سینک آبدارخانه وجود دارد که با استفاده از مصرف آب گرم آنها تعیین می شود.

حداکثر آب گرم بهداشتی دستشویی و توالت عمومی=9\times 15=135\left[ GPH \right]

حداکثر آب گرم بهداشتی دستشویی و توالت های خصوصی=1\times 3=3\left[ GPH \right]

حداکثر آب گرم بهداشتی سینک آبدارخانه=1\times 20=20\left[ GPH \right]

جمع کل حداکثر آب گرم بهداشتی=135+3+20=158\left[ GPH \right]

مقدار واقعی آب گرم بهداشتی=158\times 0.6=94.8\left[ GPH \right]

حجم منبع آب گرم بهداشتی=94.8\times 1=94.8\left[ gal \right]

اکنون می توان بار حرارتی آب گرم بهداشتی را با استفاده از فرمول محاسبه کرد. دمای آب گرم ورودی به منبع (آب شهر) را برابر ۶۰ درجه فارنهایت و دمای آب گرم خروجی از منبع ۱۴۰ درجه فارنهایت در نظر گرفته می شود. بهتر است ۱۰ درصد ضریب اطمینان منظور گردد:

{ Q }_{ 3 }=94.8\times 8.33\times \left( 140-60 \right) \times 1.1=69500\left[ { BTU }/{ hr } \right]

۶-  با احتساب ۲۱٪ ضریب اضافی بابت پیش راه اندازی سیستم به اضافه ۱۵٪ ضریب اضافی بابت تلفات حرارتی از پکیج و لوله ها که به کیفیت عایق کاری آن ها بستگی دارد، جمعاً ۳۵٪ ضریب اضافی وجود خواهد داشت که در محاسبه قدرت حرارتی پکیج (QB)، منظور می شود.

{ Q }_{ B }=250.188(1+0.35)=337.754\left[ { Btu }/{ hr } \right] \cong 99\left[ kW \right]

خوب توان مورد نیاز ۹۹ کیلووات می باشد که می تواند موتورخانه(دیگ فولادی یا چدنی) و یا چندین پکیج بصورت آبشاری انتخاب گردد.

۷- انتخاب رادیاتور: با معلوم بودن بار حرارتی هر اتاق (QR)، می توان تعداد بلوک های لازم رادیاتور را محاسبه کرد. برای این ساختمان رادیاتور پانلی با طول ۶۰۰، ۱۲۰۰و ۱۴۰۰ میلی متر  در نظر گرفته میشود که حدودا دارای ظرفیت حرارتی 2556W ،1278W و 2982W هستند.

1278W\cong 4361\quad { Btu }/{ hr }

2556W\cong 8722\quad { Btu }/{ hr }

2982W\cong 10175\quad { Btu }/{ hr }

متراژ رادیاتور لازم برای کلاس۱={ 18201 }/{ 10175 }\cong 2

متراژ رادیاتور لازم برای کلاس ۲={ 17102 }/{ 10175 }\cong 2

متراژ رادیاتور لازم برای کلاس۳={ 20755 }/{ 10175 }\cong 2

متراژ رادیاتور لازم برای توالتA={ 13479 }/{ 10175 }\cong 2

متراژ رادیاتور لازم برای توالتB={ 9460 }/{ 8722 }\cong 1

متراژ رادیاتور لازم برای دفتر={ 9067 }/{ 8722 }\cong 1

متراژ رادیاتور لازم برای کلاس۴={ 18181 }/{ 10175 }\cong 2

متراژ رادیاتور لازم برای کلاس۵={ 31804 }/{ 10175 }\cong 2{ 18201 }/{ 10175 }\cong 4

متراژ رادیاتور لازم برای آبدارخانه={ 4928 }/{ 4361 }\cong 2

متراژ رادیاتور لازم برای کلاس۶={ 33028 }/{ 10175 }\cong 4

متراژ رادیاتور برای راهرو={ 74183 }/{ 7822 }\cong 8

جدول توان حرارتی رادیاتور پانلی

(توجه گردد که این جدول در مورد هر سازنده متفاوت است و باید به کاتالوگ هر سازنده مراجعه گردد)

طول بر حسب میلی متر ۴۰۰ ۵۰۰ ۶۰۰ ۷۰۰ ۸۰۰ ۹۰۰ ۱۰۰۰ ۱۲۰۰ ۱۴۰۰ ۱۶۰۰ ۱۸۰۰ ۲۰۰۰ ۳۰۰۰
ظرفیت حرارتی بر حسب watt ۸۵۲ ۱۰۶۵ ۱۲۷۸ ۱۴۹۱ ۱۷۰۴ ۱۹۱۷ ۲۱۳۰ ۲۵۵۶ ۲۹۸۲ ۳۴۰۸ ۳۸۳۴ ۴۲۶۰ ۶۳۹۰
ظرفیت حرارتی بر حسب kcal/hr ۷۳۳ ۹۱۶ ۱۰۹۹ ۱۲۸۲ ۱۴۶۵ ۱۶۴۹ ۱۸۳۲ ۲۱۹۸ ۲۵۶۵ ۲۹۳۱ ۳۲۹۷ ۳۶۶۴ ۵۴۹۵
ارتفاع آکس وزن اختلاف دمای ورود و خروجآب در زمان تست نوع رادیاتور
۵۵۰ میلی متر ۵۰۰ میلی متر ۲۹ کیلوگرم ۲۰ درجه سانتیگراد Type 22

خلاصه محاسبات

محاسبات مربوط به کلاس ۱

جدار مورد محاسبه و دفعات تعویض هوا در ساعت (عدد داخل پرانتز) مساحت جدار (فوت مربع) و حجم هوای نفوذی (فوت مکعب بر ساعت) ضریب اختلاف دمای داخل و خارج (درجه فارنهایت) ضریب جهت تلفات حرارتی[Btu/hr] ضریب اطمینان تلفات حرارتی کل[Btu/hr] اندازه رادیاتور و تعداد پره ها
دیوار بیرونی ۲۱۳ ۰.۲۵ ۵۴ - ۲۸۷۶ ۱.۱ ۱۸۲۰۱ ۲عدد ۱۴۰۰ میلی متر
دیوار مشرف به راهرو ۳۴۰ ۰.۲۹ ۸ - ۷۸۹
دیوار مشترک با کلاس ۲ ۱۸۰ ۰.۲۹ ۰ - ۰
سقف ۴۳۲ ۰.۱۳ ۵۴ - ۳۰۳۳
پنجره ها ۸۰ ۱.۱۳ ۵۴ - ۴۸۸۲
در ۲۲ ۰.۷۵ ۸ - ۱۳۲
کف - - - - ۱۱۰۲
هوای نفوذی(۱) ۴۳۲۰ ۰.۰۱۶ ۵۴ - ۳۷۳۲

محاسبات مربوط به کلاس ۲

جدار مورد محاسبه و دفعات تعویض هوا در ساعت (عدد داخل پرانتز) مساحت جدار (فوت مربع) و حجم هوای نفوذی (فوت مکعب بر ساعت) ضریب اختلاف دمای داخل و خارج (درجه فارنهایت) ضریب جهت تلفات حرارتی[Btu/hr] ضریب اطمینان تلفات حرارتی کل[Btu/hr] اندازه رادیاتور و تعداد پره ها
دیوار بیرونی ۱۶۰ ۰.۲۵ ۵۴ - ۲۱۶۰ ۱.۱ ۱۷۱۰۲ ۲عدد ۱۴۰۰ میلی متر
دیوار مشرف به راهرو ۲۱۸ ۰.۲۹ ۸ - ۵۰۶
دیوار مشترک با کلاس مجاور ۳۶۰ ۰.۲۹ ۰ - ۰
سقف ۴۳۲ ۰.۱۳ ۵۴ - ۳۰۳۳
پنجره ها ۸۰ ۱.۱۳ ۵۴ - ۴۸۸۲
در ۲۲ ۰.۷۵ ۸ - ۱۳۲
کف - - - - ۱۱۰۲
هوای نفوذی(۱) ۴۳۲۰ ۰.۰۱۶ ۵۴ - ۳۷۳۲

محاسبات مربوط به کلاس ۳

جدار مورد محاسبه و دفعات تعویض هوا در ساعت (عدد داخل پرانتز) مساحت جدار (فوت مربع) و حجم هوای نفوذی (فوت مکعب بر ساعت) ضریب اختلاف دمای داخل و خارج (درجه فارنهایت) ضریب جهت تلفات حرارتی[Btu/hr] ضریب اطمینان تلفات حرارتی کل[Btu/hr] اندازه رادیاتور و تعداد پره ها
دیوار بیرونی جنوبی ۱۶۰ ۰.۲۵ ۵۴ - ۲۱۶۰ ۱.۱ ۲۰۷۵۵ ۲عدد ۱۴۰۰ میلی متر
دیوار بیرونی شرقی ۱۸۰ ۰.۲۵ ۵۴ ۱.۱ ۲۶۷۳
دیوار مشرف به راهرو ۲۱۸ ۰.۲۹ ۸ - ۵۰۶
دیوار مشترک با کلاس ۲ ۱۸۰ ۰.۲۹ ۰ - ۰
سقف ۴۳۲ ۰.۱۳ ۵۴ - ۳۰۳۳
پنجره ها ۸۰ ۱.۱۳ ۵۴ - ۴۸۸۲
در ۲۲ ۰.۷۵ ۸ - ۱۳۲
کف - - - - ۱۷۵۰
هوای نفوذی(۱) ۴۳۲۰ ۰.۰۱۶ ۵۴ - ۳۷۳۲

محاسبات مربوط به توالت A

جدار مورد محاسبه و دفعات تعویض هوا در ساعت (عدد داخل پرانتز) مساحت جدار (فوت مربع) و حجم هوای نفوذی (فوت مکعب بر ساعت) ضریب اختلاف دمای داخل و خارج (درجه فارنهایت) ضریب جهت تلفات حرارتی[Btu/hr] ضریب اطمینان تلفات حرارتی کل[Btu/hr] اندازه رادیاتور و تعداد پره ها
دیوار بیرونی ۴۰۴ ۰.۲۵ ۵۴ ۱.۱ ۵۵۵۵ ۱.۱ ۱۳۴۷۹ ۲عدد ۱۴۰۰ میلی متر
دیوار مشرف به راهرو ۲۱۸ ۰.۲۹ ۴ - ۲۵۳
دیوار مشترک با توالت ۱۸۰ ۰.۲۹ ۰ - ۰
سقف ۴۳۲ ۰.۱۳ ۵۰ - ۲۸۰۸
پنجره ها ۱۶ ۱.۱۳ ۵۰ - ۹۰۴
در ۲۲ ۰.۷۵ ۴ - ۶۶
کف - - - - ۱۵۶۲
هوای نفوذی(۴) ۱۷۲۸۰ ۰.۰۱۶ ۴ - ۱۱۰۶

محاسبات مربوط به توالت B

جدار مورد محاسبه و دفعات تعویض هوا در ساعت (عدد داخل پرانتز) مساحت جدار (فوت مربع) و حجم هوای نفوذی (فوت مکعب بر ساعت) ضریب اختلاف دمای داخل و خارج (درجه فارنهایت) ضریب جهت تلفات حرارتی[Btu/hr] ضریب اطمینان تلفات حرارتی کل[Btu/hr] اندازه رادیاتور و تعداد پره ها
دیوار بیرونی ۲۲۴ ۰.۲۵ ۵۰ ۱.۱ ۳۰۸۰ ۱.۱ ۹۴۶۰ ۱ عدد ۱۲۰۰ میلی متر
دیوار مشرف به راهرو ۲۴۲ ۰.۲۹ ۴ - ۲۸۱
دیوار مشترک با توالت ۱۸۰ ۰.۲۹ ۰ - ۰
دیوار مشترک با کلاس ۴ ۱۳۰ ۰.۲۹ ۴- - ۱۵۱-
سقف ۳۷۷ ۰.۱۳ ۵۰ - ۲۴۵۱
پنجره ها ۱۶ ۱.۱۳ ۵۰ - ۹۰۴
در ۴۴ ۰.۷۵ ۴ - ۱۳۲
کف - - - - ۹۳۸
هوای نفوذی(۴) ۱۵۰۸۰ ۰.۰۱۶ ۴ - ۹۶۵

محاسبات مربوط به کلاس ۴

جدار مورد محاسبه و دفعات تعویض هوا در ساعت (عدد داخل پرانتز) مساحت جدار (فوت مربع) و حجم هوای نفوذی (فوت مکعب بر ساعت) ضریب اختلاف دمای داخل و خارج (درجه فارنهایت) ضریب جهت تلفات حرارتی[Btu/hr] ضریب اطمینان تلفات حرارتی کل[Btu/hr] اندازه رادیاتور و تعداد پره ها
دیوار بیرونی ۱۶۰ ۰.۲۵ ۵۴ ۱.۱ ۲۳۷۶ ۱.۱ ۱۸۱۸۱