صفر تا صد محاسبات گرمایش ساختمان

پیش نیاز مقاله:

ندارد

چکیده مقاله:

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.

در صورت نیاز می توانید، برای محاسبه سرانگشتی گرمایش مورد نیاز ، صفحه «محاسبات سرانگشتی بار حرارتی ساختمان» را مشاهده فرمایید. لطفا دقت نمایید که هیچ گاه محاسبه سرانگشتی نمی تواند جایگزین محاسبات دقیق گردد.

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 کلاسها 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

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

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]

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 یک دیوار، 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 پنلی 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 پنلی

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

خلاصه محاسبات

محاسبات مربوط به کلاس ۱

محاسبات مربوط به کلاس ۲

محاسبات مربوط به کلاس ۳

محاسبات مربوط به توالت A

محاسبات مربوط به کلاس ۴

محاسبات مربوط به توالت B

محاسبات مربوط به دفتر

محاسبات مربوط به کلاس ۵

محاسبات مربوط به کلاس ۶

محاسبات مربوط به راهرو

محاسبات مربوط به آبدارخانه

۸- محاسبات سیستم لوله کشی:

برای این مدرسه لوله کشی با برگشت مستقیم در نظر گرفته می شود. برای محاسبه قطر لوله ها با در نظر گرفتن نرخ افت فشار ۲.۵ فوت بر صد فوت طول معادل لوله و محدوده سرعت 2 تا 4 فوت بر ثانیه و با در دست داشتن بار حرارتی که توسط آب در لوله مورد نظر حمل میشود به شکل «نرخ افت فشار ناشی از جریان آب در لوله های پلاستیکی» از قسمت محاسبات سایز لوله کشی شوفاژ (مدار گرمایش) مراجعه کرده و قطر لوله ها را تعیین و نتیجه را در جدول مربوطه درج می کنیم، با این توضیح که حداقل قطر انتخابی نباید از ”1/2 کمتر باشد، لذا لوله های اتصالی به تمام رادیاتورها ”1/2خواهند بود.

۹-محاسبه و انتخاب پمپ سیرکولاتور:

دبی پمپ از فرمول زیر به دست می آید:

دبی پمپ=\frac { { Q }_{ t } }{ 10000 } =\frac { 250188 }{ 10000 } \cong 25[GPM]

رادیاتور واقع در توالت A از تمام رادیاتورها نسبت به پکیج دورتر است. با توجه به اینکه طول لوله از دیگ تا در ورودی ساختمان طبق صورت پروژه برابر 51 فوت، و از در ورودی تا رادیاتور توالت A برابر 002 فوت است، لذا خواهیم داشت:

L=50+112=162′

حال طبق فرمول ارائه شده در مبحث مربوطه، هد پمپ را به دست می آوریم:

هد پمپ=0.075L=12.15[ft.water]=3.7m

اکنون با در دست داشتن دبی و هد پمپ به کاتالوگ کارخانه سازنده (Grundfos) مراجعه و 4 عدد از پمپ مدل 50-15 UPS را انتخاب میکنیم.

لطفا توجه شود که گراف پمپ ذکر شده، بعنوان نمونه می باشد و به صلاحدید و اختیار شما می باشد. (نمودار روبرور نمودار پمپ پکیج می باشد)

لوله کشی انجام شده در مدرسه

منابع:

  • طباطبایی، م. محاسبات تأسیسات ساختمان، چاپ دوازدهم، تهران روزبهان، 1331.
  • خاکپور،ب.سیستمهای هیدرونیک، چاپاول،نشر کتاب دانشگاهی،تهران، 1331.
  • وکیل الرعایا، و.محاسبات سرانگشتی تأسیسات مکانیکی ساختمان، چاپ دوم، صانعی شهمیرزادی، تهران، 1337
  • Hand book of air conditioning system design, Mc Graw-Hill, United state of America, 1965.

دسترسی سریع به محتوا

دیدگاه کاربران:

دیدگاهتان را بنویسید