محاسبه گرمایش و بار حرارتی ساختمان

محاسبه گرمایش و بار حرارتی ساختمان

عواملی که باعث تولید بار حرارتی در ساختمان می شود عبارتند از :

بار حرارتی ناشی از جداره های خارجی ساختمان

بار حرارتی ناشی از نفوذ هوای خارج به داخل ساختمان

بار حرارتی ناشی از رطوبت " در صورت وجود "

بار حرارتی ناشی از تأمین آبگرم مصرفی ساختمان

بار حرارتی ناشی از جداره های خارجی ساختمان :

انتقال حرارت از طریق دیوارها ، سقف ها و پنجره های خارجی ساختمان از فرمول

به دست می آید.

حرارت انتقالی به ساختمان

مساحت جدار خارجی

ضریب انتقال حرارت جدار

درجه حرات هوای داخل فضا

درجه حرارت هوای خارج

برای محاسبه اتلاف حرارتی از طریق جداره های متصل به زمین برای کف ها و دیوارها به 2 صورت می توان عمل کرد :

الف) اتلاف حرارتی از طریق کف متصل به زمین :

اتلاف حرارتی برای کف متصل به زمین از رابطه ی محاسبه می شود که :

مساحت کف

P طولی از محیط کف است که در مجاورت هوای خارج می باشد.

ضریب محیط بوده و از جدول زیر بدست می آید.

دمای طرح داخل

دمای طرح خارج

دمای زمین است که بر حسب دمای طرح خارج از جدول زیر به دست می آید.

ب) اتلاف حرارتی از طریق دیوارهای متصل به زمین :

معمولا درجه جرارت زمین تا عمق متر به دمای هوای محیط خارج بستگی دارد و این درجه حرارت از عمق متر به پاین در طول ثابت است. برای محاسبه اتلاف حرارتی از طریق دیوارهای متصل به زمین برحسب درجه حرارت هوای خارج در زمستان از طریق جدول زیر بدست می آید.

بار حرارتی ناشی از نفوذ هوای خارجی :

مقدار حرارتی که مصرف می شود تا این هوا گرم شده و به درجه حرارت محیط داخل برسد ، بار گرمایی فضا در نظر گرفته می شود. هوای نفوذی از خارج به داخل ساختمان هم بار محسوس و هم بار نهان به بار کل ساختمان اضافه خواهد نمود. این بارها ، از طریق روابط زیر محاسبه می شود:

بار محسوس

بار نهان

دمای طرح داخل

دمای طرح خارج

رطوبت مطلق داخل

رطوبت مطلق خارج می باشد.

برای محاسبه دو روش درزی و حجمی وجود دارد که در روش درزی ابتدا طول درزهای پنجره و درب های سمتی از ساختمان که بیشترین سطح مرتبط با هوای خارج را دارد ، اندازه گرفته و سپس بر اساس نوع پنجره و از طریق جدول زیر را بدست می آوریم.

در روش حجمی ، مقدار هوای نفوذی از خارج به داخل ساختمان بر اساس تعداد دیوارهایی که در مجاورت هوا قرار داشته و دارای پنجره یا درب هستند ، بدست می آید. مقدار هوای نفوذی بر حسب از رابطه ی بدست می آید. که حجم ساختمان و Aمقدار تعویض هوای اتاق در هر ساعت که مقدار از جدول زیر بدست می آید. همچنین برای ساختمان های مسکونی نوساز مقدار ، برای ساختمان های با عمر متوسط و برای ساختمان های مسکونی قدیمی در نظر گرفته می شود.

بار حرارتی ناشی از رطوبت زنی :

برای درجه حرارت طرح داخل معادل تا و مقدار رطوبت نسبت تا درصد خواهد بود این درحالی است که رطوبت نسبی برای شرایط آسایش افراد تا درصد می باشد.

اصولا برای رطوبت زنی از تزریق یا اسپری نمودن آب گرم درون هوا استفاده می شود. که باعث افزایش دمای هوا نیز خواهد شد. اگر دمای گرم رطوبت زنی می شود بین تا باشد ، گرمای نهان تبخیر حدود بوده و در نتیجه حرارت مورد نیاز برای رطوبت زنی از رابطه بدست می آید.

که مقدار آبی که باید تبخیر شود تا هوا به رطوبت نسبی مورد نظر برسد و از رابطه زیر بدست می آید‌ :

دبی هوایی که قرار است رطوبت زنی شود.

حجم مخصوص هوا در شرایط بعد از کویل گرمایش

رطوبت مطلق هوای داخل فضا

رطوبت مطلق هوا بعد ازکویل گرمایش و قبل از رطوبت زنی

بار حرارتی ناشی از تأمین آبگرم مصرفی ساختمان :

هدف کلی محاسبه میزان آب گرم مصرفی ساختمان ، بدست آوردن ظرفیت منبع آبگرم مصرفی و محاسبه بار حرارتی است که بابت تهیه آبگرم مصرفی ساختمان به دیگ تحمیل می شود. جدول زیر ) جدول 1) دمای آبگرم برای برخی از مصارف را ارائه می کند :

میزان آب گرم مصرفی :

جدول زیر آب گرم مصرفی ساختمانهای مختلف را بر حسب گالن بر ساعت ارائه می دهد.

در رستورانها به ازای هر پرس غذا آب گرم ورد نیاز است و همچنین برای مصارف شستشو در رستورانها آب گرم به ازای هر ماشین ظرفشویی مورد نیاز می باشد. برای محاسبه میزان واقعی مصرف آب گرم ، عدد جدول باید در ضریب تقاضا ضرب شود.

برای تعیین حجم منبع آبگرم مصرف نیز باید ضریب ذخیره منابع در مقدار واقعی مصرف آبگرم ضرب شود تا حجم آبگرم بدست آید.جدول 2 در زیر نشان داده شده است.

ضریب تقاضا حداکثر مصرف آبگرم در ساعت از جدول مقدار واقعی آبگرم مصرفی در ساعت

ضریب ذخیره منبع حجم منبع آبگرم

اگر تعداد و نوع وسایل بهداشتی ساختمان مشخص نبود می توان مصرف روزانه آبگرم را بر حسب تعدا نفرات ، از جدول زیر(جدول 3) بدست آورد :

محاسبه بار حرارت آبگرم مصرفی :

مقدار واقعی آبگرم مصرفی

بار حرارتی آبگرم مصرفی

درجه حرارت آب شهر ورودی به آبگرمکن که معمولا در نظر گرفته می شود.

درجه حرارت آبگرم مصرفی خروجی از آبگرمکن

انتخاب پمپ مدار برگشت آبگرمکن :

منظور پمپ که در مدار برگشت آبگرم مصرفی از مصرف کننده های ساختمان به منبع ذخیره آبگرم قرار دارد. برای انتخاب این پمپ باید مقدار آبدهی پمپ (دبی) و ارتفاع آبدهی پمپ (هد ) مشخص باشد.

دبی این پمپ همان ظرفیت کویل منبع ذخیره آبگرم بوده و هد پمپ برابر است با :

هد پمپ = افت فشار مسیر برگشت + افت فشار اتصالات + افت فشار مصرف کننده

منظور از مصرف کننده ، مصرف کننده ای که بیشترین افت فشار را دارد. افت فشار مصرف کننده های مختلف در جدول زیر(جدول 4) آورده شده است.

برای محاسبه افت فشار مسیر ، باید نرخ افت فشار در لوله را در اختیار داشت. این نرخ افت فشار از فوت تا فوت در هر طول معادل لوله در نظر گرفته می شود ولی مناسب ترین نرخ افت فشار برای جریان آب در لوله ها ، 2.5 فوت در فوت طول معادل است.

اگر طول مسیر برگشت آبگرم مصرفی باشد ،آنگاه افت فشار ناشی از مسیر و اتصالات برابر است با :

= طول مسیر برگشت از دورترین واحد مصرف کننده

= طول معادل مربوط به اتصالات مسیر

= طول معادل کل مسیر لوله کشی

افت ناشی از اتصالات و مسیر برابر است با :

= افت ناشی از اتصالات و مسیر

در نتیجه هد پمپ خواهد شد :

افت فشار مصرف کننده هد پمپ

تعیین قطر لوله های مدار برگشت آبگرم مصرفی:

با داشتن مقدار دبی آبگرم در داخل لوله اصلی برگشت که همان دبی پمپ مدار برگشت آبگرم است و با در نظر گرفتن افت فشار مناسب که معمولا 5/2 فوت آب در هر 100 فوت طول معادل است از جدول زیر اندازه قطر لوله اصلی برگشت را بر حسب اینچ بدست می آوریم:

جهت اندازه گیری قطر شاخه های فرعی برگشت از جدول زیر میتوان استفاده نمود:

برای استفاده از جدول بالا ابتدا در اولین ردیف جدول قطر لوله اصلی رفت آبگرم را مشخص نموده و از آنجا به صورت عمودی به طرف پایین حرکت کنید تا به قطر محاسبه شده لوله اصلی برگشت آبگرم برسیم. سپس به طور افقی به سمت راست حرکت کرده و با توجه به اندازه لوله رفت آبگرم مصرفی هر شاخه ،اندازه لوله برگشت را تعیین میکنیم.

محاسبات و انتخاب دیگ :

برای انتخاب بویلر مناسب ، ابتدا باید ظرفیت آن محاسبه شده سپس با مراجعه به کاتالوگ سازندگان بویلر ، انتخاب صورت گیرد. برای محاسبه بویلر از رابطه استفاده می شود.

بار حراراتی ساختمان

بار حرارتی ناشی از آبگرم مصرفی ساختمان

ضریب اطمینان که بابت تلفات حرارت از خود دیگ و لوله ها به کار می رود که معمولا در نظر گرفته می شود.

تعداد دیگ ها به نوع محل بستگی دارد. برای ساختمانهای مسکونی یا اداری کوچک ، یک عدد دیگ کافی است ولی برای ساختمانهای بزرگ یا صنعتی حداقل دیگ باید در نظر گرفت . طوری که ظرفیت هر کدا ظرفیت کل باشد و اگر از دیگ استفاده شود باید ظرفیت هر دیگ ظرفیت کل انتخاب شود .

هنگامی که بیش از یک دیگ ابگرم استفاده شود برای آنکه فشار داخل دیگ ها با یکدیگر متعادل باشند باید دیگ ها از طریق لوله ای از بالا مستقیماً به یکدیگر وصل شوند بصورتی که لوله هر انشعاب با سطح آب داخل دیگ بصورت مستقیم تماس پیدا کند . قط لوله که لوله ی متعادل کننده آب نامیده می شود از جدول زیر بدست می آید.

دیگ آبگرم :

دیگ های آب گرم جزء دیگهای با فشار پایین محسوب می شوند و حداکثر فشار کاری این بویلرها اتمسفر می باشد . ظرفیت حرارتی دیگهای چدن ، معمولاً پایین و حداکثر حدود ساخته می شود. دیگ های چدنی معمولاً برای فشارهای پایین و حدود حداکثر اتمسفر استفاده می شوند لذا برای ساختمانهای بالاتر از طبقه که به فشار بیشتر از اتمسفر نیاز است از دیگ های فولادی استفاده می شوند. دیگ های فولادی تا فشار اتمسفر و حتی فشارهای بالاتر را تحمل می کنند.

رادیاتور :

رادیاتورها شامل فولادی ، چدن و آلومینیومی می باشند.

رادیاتور فولادی :‌ اگر تعداد پره های این رادیاتور کمتر از پره باشد معمولاً تعداد لوله های رفت و برگشت به یک طرف رادیاتور و اگر بیش ازپره باشد ، لوله ها به دو طرف رادیاتور متصل می شوند. رادیاتور فولادی با عرض های و ارتفاع های و و میلی متری ساخته می شوند. و معمولاً فاصله رادیاتور تا دیوار در نظر گرفته می شود.

رادیاتور چدنی :‌ از این رادیاتورها به علت مقاومت بالا در برابر زنگ زدگی در محیط های مرطوب بیشتر از این رادیاتور ها استفاده می شوند و معمولاً رادیاتورهای چدنی برای کار در فشار اتمسفر و درجه حرارت حداکثر ساخته می شوند.

رادیاتورهای آلومینیومی :‌ از این رادیاتور ها در مناطقی که رطوبت بالاست و یا در مکانهایی که دارای رطوبت می باشد از قبیل حمام و سرویس ها استفاده می شود.