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 یغمائی

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.

۳- 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 ارایٔه 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 })

_{ ۲ }^{ }{ Q }بار حرارتی هوای نفوذی [بی تی یو بر ساعت]

V= حجم هوای نفوذی [سی اف اچ]

۰.۰۷۴۹= جرم مخصوص هوا در شرایط استاندارد (سطح دریا و دمای ۹۱ درجه فارنهایت)

۰.۲۴۱= 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  ۰.۰۷۴۹۲ 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» ارایٔه 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 ۲.۵%
سوم ۷.۵%
چهارم ۱۰%
پنجم ۱۵%
ششم ۲۰%
هفتم به بالا ۲۵%

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 ۲۵% ۱۵%
۶ توصیه نشده ۱۵% ۱۰%
۲۴ ۶۰% ۱۰% ۵%
واحدهای تهویه گرم ۳ توصیه نشده ۶۰% ۴۵%
۶ توصیه نشده ۳۵% ۳۰%
۲۴ ۹۰% ۲۰% ۱۰%
رادیاتور یا کویل با بخار کم فشار ۳ توصیه نشده ۵۰% ۳۵%
۶ توصیه نشده ۳۵% ۲۰%
۲۴ ۷۵% ۱۵% ۱۰%
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 ۱۰%
مغرب ۵%

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

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
انتقال حرارت از جدار
مقاله

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

ادامه

دیدگاه‌ خود را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *

اسکرول به بالا