محاسبات تلفات حرارتی ساختمان
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.
توجه فرمائید که منظور ما از منبع انبساط، منبع انبساط در مسیر سیکل بسته (گرمایش) می باشد و منبع ذخیره یا انبساط برای مسیر آب شرب محاسبات متفاوت خواهد داشت.
زمانی که آب گرم می شود بدین معنی که دمای آب افزایش پیدا می کند، چگای یا همان جرم خحمی آب کم خواهد شد بدن معنی که حجم آب افزایش می یابد. در سیکل بسته، با توجه به اینکه جرم آب داخل سیستم همواره ثابت است، این افزایش حجم به معنی این خواهد بود که آب به حالت فشرده تر در خواهد آمد.
این بدان معنی است که فشار آب در سیستم افزایش خواهد یافت. در نتیجه با کاهش و افزایش دما فشار داخل سیستم مرتبا کم و زیاد خواهد شد. برای جلوگیری از این مشکل، در تاسیسات از قطعه ای به نام منبع انبساط استفاده می شود.
پس نقش منبع انبساط این است که فضایی درون خود را برای آبگیری در نظر می گیرد تا جچم افزوده شده آب، بتواند درون آن کم و زیاد شده و در نتیجه وجود منبع انبساط، فشار آب کل سیستم هموراه یک عدد ثابت باقی بماند.
منابع انبساط بر دونوع اند، باز یا بسته:
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. (اصولا بر روی پشت بام نصب می گردد).
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)
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.
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.
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]
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.
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
حال به عنوان پروژه نمونه ببینیم برای سیستم پکیج شوفاژ دیواری با توان نامی ۲۴ کیلیوات (خروجی ۲۳.۴ کیلووات) و استفاده از رادیاتور پنلی 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؟
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)
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
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
3 پاسخ
با سلام این مطالب مربوط به محاسبه ظرفیت منبع انبساط بسته را عیناً از کتاب بسیار معروف ” محاسبات تاسیسات ساختمان” آقای مهندس طباطبایی (چاپ 1368 )کپی کرده اید (صفحه 63) با همه فرمولها و حتی مثال حل شده آن، بی کم و کاست، حتی یک کلمه هم نتوانسته اید به آن اضافه کنید؛ درست و منصفانه این بود که حداقل به ماخذی که از آن استفاده کرده اید اشاره می کردید! آقای مهندس!
باسلام و تشکر از نظر شما، در مقدمه همین مقاله و انتهای مقاله اصلی این بخش در صفحه https://pyaco.ir/full-heat-calculation/ منابع ذکر شده که منبعی که شما فرمودین هم در اون هست. ضمنا کلا کتاب ایشون هم اکثر بخش ها عینا ترجمه منبع آمریکایی carrierهست. بازم ممنون از اینکه تذکر دادین و نیاز بود که رفع ابهام بشه. درود
چقدر عالی که با مثال بود