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.

وحید یغمائی

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 ′۴.۶×′۸.۶ و پنجره های توالت ها به ابعاد ′۱.۶×′۲.۶، پنجره کنار در ورودی ساختمانها به ابعاد ۴.۶′×۱۰′، پنجره آبدارخانه′۴.۶×′۹ در نظر گرفته شده اند.
  4. درها: در اتاقها چوبی با کتیبه شیشهای به ابعاد ′۳.۳×′۶.۶، دربهای بزرگ کلابها به ابعاد ′۵.۶×′۶.۶، درب ورودی ساختمان نصف شیشه به ابعاد ′۹.۳×′۷.۳ 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

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

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

۳- U= 1.13 [Btu/hr.ft2.oF]

۴- U= 0.75 [Btu/hr.ft2.oF]

۵- 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 خرارتی 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=۰.۶\times { 24 }^{ \prime }\times 60+0.05\times 432\times 11=1102[{ BTU }/{ hr] }

تلفات حرارتی از کف کلاس ۲=۰.۶\times { 24 }^{ \prime }\times 60+0.05\times 432\times 11=1102[{ BTU }/{ hr] }

تلفات حرارتی از کف کلاس ۳=۰.۶\times { 42 }^{ \prime }\times 60+0.05\times 432\times 11=1750[{ BTU }/{ hr] }

تلفات حرارتی از کف توالت  A=۰.۶\times { 42 }^{ \prime }\times 56+0.05\times 432\times 7=1562[{ BTU }/{ hr] }

تلفات حرارتی از کف توالت  B=۰.۶\times { 42 }^{ \prime }\times 56+0.05\times 377\times 7=938[{ BTU }/{ hr] }

تلفات حرارتی از کف کلاس ۴=۰.۶\times { 24 }^{ \prime }\times 60+0.05\times 432\times 11=1102[{ BTU }/{ hr] }

تلفات حرارتی از کف دفتر=۰.۶\times { 11 }^{ \prime }\times 60+0.05\times 220\times 11=517[{ BTU }/{ hr] }

تلفات حرارتی از کف کلاس ۵=۰.۶\times { 57 }^{ \prime }\times 60+0.05\times 740\times 11=2459[{ BTU }/{ hr] }

تلفات حرارتی از کف آبدارخانه=۰.۶\times { 9 }^{ \prime }\times 52+0.05\times 216\times 3=313[{ BTU }/{ hr] }

تلفات حرارتی از کف کلاس ۶=۰.۶\times { 57 }^{ \prime }\times 60+0.05\times 740\times 11=2459[{ BTU }/{ hr] }

تلفات حرارتی از کف راهرو=۰.۶\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=۹\times 15=135\left[ GPH \right]

حداکثر آب گرم بهداشتی دستشویی و توالت های خصوصی=۱\times 3=3\left[ GPH \right]

حداکثر آب گرم بهداشتی سینک آبدارخانه=۱\times 20=20\left[ GPH \right]

جمع کل حداکثر آب گرم بهداشتی=۱۳۵+۳+۲۰=۱۵۸\left[ GPH \right]

مقدار واقعی آب گرم بهداشتی=۱۵۸\times 0.6=94.8\left[ GPH \right]

حجم منبع آب گرم بهداشتی=۹۴.۸\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]

مقالات مرتبط

مبدل حرارتی
مقاله

انتخاب مبدل حرارتی

——— نویسنده مقاله وحید یغمائی پیش نیاز مقاله ندارد سیستم های لوله کشی آب: ۱- سیستم باز:  در این سیستم، آب به سوی یک مخزن که به هوای باز راه

ادامه
مقاله

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

ادامه
منبع انبساط
مقاله

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

ادامه
شرایط طرح
مقاله

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

ادامه
اسکرول به بالا