برآورد بار برودتی ساختمان

//برآورد بار برودتی ساختمان

برآورد بار برودتی ساختمان

برآورد بار برودتی ساختمان- قسمت اول

6-1: مقدمه

بار برودتی مقدار گرمایی است که ساختمان در روز طرح فصل تابستان در واحد زمان می گیرد. بر خلاف بار حرارتی ساختمان که عوامل به وجود آورنده آن محدود است، مولفه های تشکیل دهنده بار برودتی متعدد و شامل عوامل مختلف در داخل و خارج ساختمان می باشند. با توجه به اینکه فناوری تولید برودت در مقایسه با فناوری تولید حرارت پیچیده تر و با هزینه بیشتر صورت می گیرد، لازم است بار برودتی با دقت بالاتری محاسبه و جزئیات عوامل موثر بر آن به طور کامل مورد بررسی و محاسبه قرار گیرد.

در بسیاری از موارد برای انتخاب تجهیزات مشترک سیستم های سرمایش و گرمایش مانند فن کویل و شبکه های لوله و کانال کشی ابتدا انتخاب براساس بار برودتی صورت می گیرد، سپس سیستم برای بار حرارتی بررسی و در صورت نیاز اصلاح می شود.

6-2: بررسی اولیه شرایط ساختمان

برای برآورد بار برودتی و سپس انتخاب و نصب تجهیزات سیستم تهویه مطبوع، لازم است ابتدا مشخصات ساختمان به شرح زیر مورد بررسی و در صورت لزوم تعیین وضعیت گردد:

  • تعیین شرایط آب و هوایی منطقه مانند میانگین بیشینه دمای خشک، رطوبت نسبی، تغییرات روزانه دما، فشار هوا (یا ارتفاع از سطح دریا) و عرض جغرافیایی از جداول هواشناسی شهرها و یا اینترنت (برای شهرهای بزرگ)
  • تعیین شرایط داخل با توجه به کاربری ساختمان (معمولا برای شرایط داخل دمای خشک و رطوبت نسبی با استفاده از منحنی آسایش مشخص می شود).
  • تعیین مقاومت حرارتی جدار ساختمان با توجه به ضخامت و جنس لایه های جداره های ساختمان.
    جهت یابی ساختمان و بررسی چگونگی تابش خورشید، سرعت و جهت باد، نزدیکی با ساختمان های اطراف، وجود سطوح بازتابنده نور ماننداب و سطوح آسفالت(پارکینگ) و غیره.
  • تعیین مشخصات پنجره ها از نظر ابعاد، جنس قاب(چوبی یا فلزی)، نوع و تعدا لایه های شیشه ها، سایبان، پرده و غیره.
  • تعداد افراد حاضر در ساعت طرح، نوع فعالیت و مدت زمان حضور افراد.
  • تعیین مشخصات سیستم روشنایی شامل نوع چراغ ها، توان و ساعات استفاده از آنها.
  • مشخصات تجهیزات برقی و حرارتی مانند الکتروموتورها، وسایل گازسوز و غیره.
  • بهره برداری پیوسته (دائم) یا ناپیوسته (منقطع) از فضای مورد نظر.
  • تعیین مشخصات فضاهای قابل دسترس برای کانال کشی، نصب دستگاه های هواساز، برج خنک کن، دودکش، لوله ها و غیره.
  • بررسی روش های ممکن برای حمل دستگاه ها به محل نصب آنها.
  • تعیین مشخصات سیستم های تامین آب ساختمان: موقعیت، فشار، قطر لوله ها و غیره.
  • تعیین مشخصات سیستم برق رسانی: تعداد فاز، ولتاژ، بسامد.
  • بررسی سیستم تخلیه فاضلاب: تانک سپتیک، تصفیه، فاضلاب شهری.
  • بررسی فونداسیون، تکیه گاه ها و شرایط ساختمان برای نصب دستگاه ها و تجهیزات، استحکام ساختمان و اثرات ارتعاش، صدا و غیره.
  • بررسی کدهای محلی و بین المللی برای اجرای تاسیسات ساختمان.

6-3: اجزا بار برودتی ساختمان

بار برودتی که برای ساعت و روز طرح محاسبه می شود به صورت گرمای محسوس و نهان خواهد بود که می توان آن را به دو بخش کلی تقسیم کرد:

 بارهای دریافتی از خارج ساختمان شامل:
  • بار تابش خورشید بر پنجره ها: انرژی خورشیدی دریافتی از طریق پنجره ها از نوع بار محسوس است و می توان آن را با بار تابش خورشید بر پنجره ها با استفاده از وسایل سایه کننده نصب شده در خارج یا داخل ساختمان کاهش داد.
  • بار تابش خورشید بر جدار غیرشفاف ساختمان: این انرژی تابشی موجب انتقال حرارت به طریق هدایت از جدار به داخل ساختمان می شود. بار حاصل از نوع محسوس است.
    اختلاف دمای هوای داخل و خارج ساختمان: در تابستان موجب جریان حرارت از خارج به داخل می شود که از نوع محسوس است.
  • بار نفوذ هوای خارج: نفوذ هوای خارج از طریق درزها و شکاف های اطراف در و پنجره ها موجب جریان هوای گرم خارج (بار محسوس) و رطوبت (گرمای نهان) به داخل می شود. به علت کاهش اثرات سرعت باد و خاصیت دودکش در فصل تابستان مقدار نفوذ هوا پایین است به ویژه اگر برای تهویه مطبوع ساختمان از دستگاه هواساز استفاده می شود، به علت ایجاد فشار مثبت هوا در داخل اغلب مقدار نفوذ قابل چشم پوشی می باشد. خار آب موجود در هوای هر فضا دارای انرژی است که می تواند با چگالیده شدن انرژی خود را آزاد کند.مقدار انرژی بخار آب موجود در هوا برابر با حاصلضرب جرم mv در آنتالپی بخار hv است.
  • بار تهویه ساختمان: بار تهویه ساختمان به صورت حرارت محسوس و حرارت نهان می باشد. در صورتیکه هوای خارج به وسیله هواکش مستقیما وارد فضای ساختمان شود، بار تهویه با سایر بارهای اتاق جمع می شود اما اگر هوای تهویه ساختمان به وسیله دستگاه هواساز تامین می شود، بار تهویه باید به بار دستگاه اضافه شود.
بارهای تولید شده در داخل ساختمان شامل:
  • بار برودتی ناشی از حضور افراد: تبادل بدن انسان با محیط اطراف به صورت انتقال حرارت تابشی و جابه جایی (حرارت محسوس) و نیز تبخیر (حرارت نهان) انجام می شود. دمای سطح پوست بدن حدود 32 درجه سانتیگراد است: دمای بخار آب دفع شده از بدن انسان بین 30 تا 35 درجه سانتیگراد و آنتالپی آن حدود 2553 کیلوژول بر کیلوگرم است.
  • بار سیستم روشنایی(چراغ ها): چراغ ها توان الکتریکی را به روشنایی و حرارت محسوس تبدیل می کنند.
  • بار دستگاهها و وسایل حرارتی: آشپزخانه ها، بیمارستان ها، آزمایشگاهها، رستورانها و غیره دارای دستگاههای برقی، گازی و بخاری می باشند که تولید حرارت به صورت محسوس یا نهان و یا هر دو می کنند. در صورت استفاده از هود مناسب به مقدار قابل توجهی از بار تولیدی این دستگاهها کم می شود.
  • بار موتورهای الکتریکی: حرارت تولید شده از بدنه الکتروموتورهای برقی از نوع محسوس بوده و مقدار آن به توان الکتروموتور و مدت کار آن بستگی دارد.
  • بار لوله ها و تانک های داغ: لوله های آب داغ و بخار و نیز مخازن آب داغ به فضا حرارت می دهند. اگر مخازن باز باشندبخار آب نیز به هوا وارد می شود. بنابراین در حالت اول حرارت محسوس و در حالت دوم حرارت محسوس و گرمای نهان هر دو به فضا وارد می شود.
  • بارهای متفرقه: مانند حرارت مربوط به فن دستگاه و یا تبادل حرارت بین کانالهای هوا و محیط اطراف آن که اینها حرارت محسوس می باشند: چنانچه نشتی هوا در کانالها وجود داشته باشد می تواند بار گرمای نهان هم وجود داشته باشد. معمولا مقادیر این بارها کوچک است.

6-4: حرارت خورشیدی

برای نیمکره شمالی که ما در آن قرار داریم خورشید در زمستان کمترین فاصله تا زمین و در تابستان بیشترین فاصله را دارد. اما، علت اینکه در زمستان انرژی کمتری نسبت به تابستان به زمین می رسد، تابش خورشید به زمین در زمستان به طور مایل و در تابستان به حالت عمود است. در زمستان گرچه فاصله خورشید تا زمین کمتر از فصول دیگر سال است اما به علت تابش مایل بیشتر انرژی آن در برخورد با لبه بیرونی اتمسفر بازتابش یا جذب شده و از شدت تابش آن به زمین کم می شود.

بنابراین انرژی اشعه نزدیک شونده به زمین به زاویه آن تابش بستگی دارد. در زاویه تابش 30 درجه بیشترین انرژی تابشی از شیشه پنجره ها وارد فضای داخل می شود، زیرا چنانچه زاویه تابش کمتر از 30 درجه باشد حرارت بیشتری توسط اتمسفر جذب می شود و اگر زاویه تابش از 30 درجه بیشتر شود، درصد بیشتری از انرژی اشعه تابیده شده بازتابش می شود. مقدار حرارت خورشیدی روی لبه بیرونی اتمسفر در نیمکره شمالی به صورت زیر است:

وقتی خورشید بیشترین فاصله را تا زمین دارد (21 ژوئن یا 31 خرداد) Btu/hr.ft2415

وقتی خورشید کمترین فاصله را تا زمین دارد (22 دسامبر یا اول دیماه) Btu/hr.ft2445

و در طول سال مقدار آن بین دو عدد بیان شده در بالا تغییر می کند.

انرژی خورشیدی که به صورت آفتاب مستقیما به زمین می رسد بسیار کمتر از مقادیر بیان شده در بالاست، زیرا:
بخش بزرگی از اشعه خورشیدی در برخورد با ذرات مختلف به فضای ماورا اتمسفر بازتابش می شود.
بخشی از اشعه خورشیدی جذب اتمسفر می شود.

بخشی از اشعه خورشیدی در داخل هوای محیط پراکنده می شود.

قسمت پراکنده شده انرژی خورشیدی را تابش آسمانی یا تابش پخش می نامند. آن قسمت از انرژی خورشیدی که مستقیما از طریق اتمسفر می آید را تابش مستقیم می نامند. هرچه فاصله طی شده در اتمسفر تا رسیدن به زمین کمتر باشد (مانند نقاط مرتفع زمین)، و نیز مقدار مه و گرد و غبار و مانند آنها در هوا کمتر باشد، تابش مستقیم بیشتر و تابش پخش کمتر است و برعکس.

حرارت خورشیدی وارد شده به شیشه پنجره ها بستگی به موقعیت آن در روی سطح زمین(عرض جغرافیایی)، ساعت روز، ماه و جهتتی که پنجره رو به آن قرار دارد (شمال، جنوب،…). تابش مستقیم تعریف شده در بالا فقط وقتی به فضای مورد نظر حرارت می دهد که پنجره بدون هیچگونه مانعی مستقیما در معرض اشعه خورشید باشد.

6-5: عکس العمل شیشه معمولی در مقابل تابش آفتاب با زوایای مختلف

شیشه معمولی خش کوچکی از حرارت خورشیدی تابیده شده بر آنرا جذب می کند (5 تا 6%) و بقیه را بازتابش یا عبور می دهد که مقدار اینها بستگی به زاویه تابش دارد. چنانچه گفته شد در زاویه 30 درجه انرژی دریافتی اتاق از طریق شیشه بیشینه می شود. زیرا شیشه در زوایای تابش بیشتر حرارت کمتری را عبور می دهد و چنانچه زاویه تابش کمتر از 30 درجه شود، شدت خود اشعه به علت جذب به وسیله اتمسفر کمتر می شود. در شکل 1-6 عکس العمل شیشه معمولی در مقابل تابش آفتاب با زاویه 30 درجه نشان داده می شود.

عکس العمل شیشه معمولی در مقابل تابش خورشید

شکل 1-6 عکس العمل شیشه معمولی در مقابل تابش خورشید با زاویه 30 درجه

با توجه به شکل 1-6 کل حرارت دریافتی اتاق از طریق حرارت های منتقل شده و جذب می شود:

(0.86R0+R(0.06*0.4= حرارت منتقل شده + حرارت جذب شده = کل حرارت وارد شده به اتاق

علت اینکه 40% از حرارت جذب شده توسط شیشه وارد و 60% به هوای خارج برمی گردد این است که:
ضریب انتقال حرارت لایه هوای روی شیشه دز خارج حدود Btu/hr.ft2.hr 2.8 است (برای سرعت باد 5 مایل در ساعت تابستان).
ضریب انتقال حرارت لایه هوای روی شیشه در داخل اتاق حدود Btu/hr.ft2.hr 1.8 است (در سیستم های تهویه مطبوع سرعت هوا به طرف شیشه های پنجره ها حدود 100-200 فوت بر دقیقه است).
دمای شیشه بیش از دماهای هوای داخل و خارج است بنابراین حرارت جذب شده توسط شیشه با ضرایب زیر به ترتیب به هوای داخل و هوای خارج جریان پیدا می کند:
حرارت وارد شده به هوای خارج=(2.8*100)/(1.8+2.8)  =60%

 حرارت وارد شده به هوای داخل= (1.8*100)/(1.8+2.8)= 40%

 

برگرفته از کتاب مهندسی تهویه مطبوع و حرارت مرکزی، دکتر محمد مقیمان

ادامه مطلب…

دانلود کامل PDF

 

مطالب مرتبط

چیلر چیست؟

انتخاب چیلر مناسب

جدول ها

توسط |2019-07-31T09:57:36+03:30جولای 13th, 2019|مطالب آموزشی|بدون ديدگاه

در باره نویسنده :

ثبت ديدگاه