برآورد بار برودتی ساختمان

/, مطالب کاربردی/برآورد بار برودتی ساختمان

برآورد بار برودتی ساختمان

برآورد بار برودتی ساختمان-قسمت سوم

6-10 انتقال حرارت از پنجره ها به علت اختلاف دمای هوای داخل و خارج

از شیشه پنجره ها و نورگیرهای مجاور هوای خارج، علاوه بر حرارت خورشیدی (تابشهای مستقیم و پخش)، به علت اختلاف دمای هوای داخل و خارج ساختمان گرما به صورت هدایت وارد ساختمان می شود که رابطه آن به صورت زیر است:

(Q=AU(T0-Ti

که در آن U ضریب انتقال حرارت (برای شیشه معمولی مساوی Btu/(hr.ft2.⁰F)1.13یاkcal/(hr.m2.⁰F) 5.5 )، A سطح شیشه، t0 و ti به ترتیب دمای هوای داخل و خارج ساختمان است.

6-11 رابطه کلی انتقال حرارت از شیشه های ساختمان

با در نظر گرفتن حرارت خورشیدی دریافتی و همچنین انتقال حرارت به صورت هدایت در، رابطه کلی انتقال حرار ت از طریق شیشه پنجره ها و نورگیرها را می توان به صورت زیر نوشت:

Q=AU(T0-Ti)+(SF)(A1I1+AsIs)

که در آن SF ضریب تخفیف، A1 و As به ترتیب سطوح آفتابی و سایه I1 و Is انرژی های خورشیدی دریافتی به ترتیب از قسمت های آفتابی و سایه شیشه، بعد از انجام تصحیحیات است.

برای تعیین انرژی خورشیدی دریافتی از قسمت های غیر سایه (I1) و سایه (Is) شیشه ها به صورت زیر عمل می کنیم:

  • برای تعیین انرژی خورشیدی قسمت های غیر سایه از جداول 1-6 و 2-6 (با تصحیحات لازم) طبق معمول استفاده می کنیم و عدد خوانده شده طبق رابطه 4-6 در سطح مربوطه ضرب می شود.
  • برای تعیین انرژی خورشیدی قسمت های سایه (Is)، چون از بخشهای سایه شیشه ها فقط حرارت پخش وراد می شود، مقادیر جداول 1-6 و 2-6 را برای جهت شمال می خوانیم و سپس طبق رابطه 4-6 در سطح مربوطه ضرب می کنیم.

6-12 انتقال حرارت از طریق دیوارها و بام ساختمان

در بخش های قبل چگونگی تعیین بار برودتی از طریق جدار شفاف (پنجره ها و نورگیرها) را دیدیم. حال جریان حرارت از جدار غیر شفاف (دیوارها و بام) ساختمان مورد مطالعه قرار می گیرد. در فصل تابستان به دو علت انتقال حرارت از طریق جدار خارجی ساختمان مانند دیوارها و بام از خارج به داخل جریان پییدا می کند:

  • اختلاف دمای هوای داخل و خارج ساختمان
  • حرارت خورشیدی که توسط سطوح خارجی ساختمان جذب می شود.

هر دو عامل بیان شده در بالا در طول شبانه روز بسیار متغیر بوده و در نتیجه جریان حرارت از طریق جدار خارجی ساختمان با زمان تغییر کرده و برخلاف جریان حرارت از جدار در فصل زمستان که تقریبا پایا است، در تابستان ناپایا است. از آنجا که در فصل تابستان محاسبه لحظه ای جریان حرارت از جدار دشوار است، با تعریف یک اختلاف دمای معادل در ضخامت جدار ساختمان از معادله هدایت پایا استفاده می شود.

فرآیند انتقال حرارت حالت ناپایا از طریق جدار خارجی ساختمان را می توان با در نظر گرفتن یک دیوار آجری 30 سانتی متری که به 12 لایه 2.5 سانتی متری تقسیم شده، بررسی کرد. فرض می کنیم در شروع تابش خورشید به روی دیوار دمای تمام لایه ها یکسان است. وقتی تابش خورشید روی دیوار شروع می شود بسته به رنگ دیوار حرارت زیادی از اشعه تابیده شده به وسیله دیوار جذب می شود(ضریب جذب جداره های با رنگ سطح تیره 90%، رنگ متوسط 70% و رنگ روشن 50% می باشد).

برای یک مدت زمان مشخص عمل جذب موجب می شود که دمای لایه اول افزایش پیدا کند و بیش از دمای محیط و لایه دوم دیوار شود. اختلاف دمای ایجاد شده موجب انتقال حرارت به هوای محیط و لایه مجاور (لایه دوم) می شود. انتقال حرارت به لایه دوم به نوبه خود موجب بالا رفتن دمای آن و در نتیجه انتقال حرارت از آن به لایه سوم می شود. عمل جذب حرارت و انتقال قسمتی از آن به لایه بعدب در داخل دیوار ادامه پیدا می کند تا حرارت به لایه آخر(لایه دوازدهم که در معرض هوای داخل ساختمان است) برسد. از لایه آخر، گرما به صورت جابجایی و تابش به فضای ساختمان وارد می شود. برای دیوار 30 سانتی متری حدود 7 ساعت به طول می انجامد که حرارت تابیده شده به سطح خارجی جدار به داخل برسد.

مقدار حرارتی که به فضای داخل داده می شود حدود 10% از گرمایی است که سطح لایه خارجی دیوار گرفته است. زیرا هر لایه مقداری از گرمای دریافتی انبار(ذخیره) می کند. به این دلیل است که در فصل تابستان حتی در شب نیز ممکن است بار برودتی حاصل از انرژی خورشیدی برای ساختمان وجود داشته باشد.

6-12-1 عوامل موثر بر بار برودتی جدار در فصل تابستان

انتقال حرارت از طریق دیوارها و بام ساختمان در فصل تابستان بسیار پیچیده و وابسته به زمان است. عواملی مانند اختلاف دمای هوای داخل و خارج (که در طول شبانه روز متغیر است)، شدت تابش خورشید که در طول روز به مقدار قابل توجهی تغییر می کند، خاصیت انبار کردن حرارت دیوار و مقاومت حرارتی آن بر انتقال حرارت دیوارها و بام اثر قابل ملاحظه ای می گذارد. پیچیدگی انتقال حرارت در مورد جداری که در سایه می باشند نیز وجود دارد.

انتقال حرارت از طریق جدار ساختمان (به جز شیشه ها و جدار بسیار نازک) فوری نبوده و با تاخیر صورت می گیرد. تاخیر زمانی ممکن است از یک تا 36 ساعت به طول انجامد. علل تاخیر یا وجود فاصله زمانی بین زمان دریافت انرژی خورشیدی و زمان ورود آن به فضای داخل عبارتند از:

  • ظرفیت حرارتی جدار
  • مقاومت حرارتی جدار

مقصود از ظرفیت حرارتی جدار مقدار حرارتی است که آن می تواند در خود ذخیره نماید و برابر با حاصلضرب جرم مخصوص مصالح دیوار در گرمای ویژه مصالح در حجم دیوار (cvρ) است. با توجه به اینکه گرمای ویژه بیشتر مصالح ساختمانی c=0.2 Btu/lb-⁰F، بنابراین ظرفیت حرارتی دیوار بستگی زیادی به حجم یا وزن دیوار خواهد داشت. در واقع، ظرفیت حرارتی جدار در مقابل نوسانات حرارت دریافتی جدار از بیرون حکم چرخ طیار را دارد. یک دیوار حجیم گرچه ممکن است دریافت حرارتی با مقادیر بسیار متغیری نسبت به زمانداشته باشد، اما گرمایی را که وارد ساختمان می کند تقریبا یکنواخت و پایا و تعدیل شده است. به همین دلیل ساختمان های قدیمی که دارای جدار ضخیم می باشند و همچنین طبقات زیرزمین ساختمان ها، بسیار کمتر تحت تاثیر تغییرات دمای هوای خارج و همچنین تغییر تابش خورشیدی بر سطوح خارجی قرار می گیرند.

اگر خاصیت انباره شدن حرارت در محاسبات وارد نشود بار برودتی صحیح محاسبه نمی شود، و برای یک دیوار نازک و یک دیوار ضخیم و سنگین که مقاومت حرارتی آنها یکسان است، بار برودتی مشابه به دست خواهد آمد که صحیح نمی باشد.

6-12-2 اختلاف دمای معادل

با توجه به آنچه بیان شد، در محاسبه بار برودتی از طریق دیوارهای خارج و بام ساختمان باید علاوه بر مقاومت حرارتی جدار اثر سه عامل مهم تابش (مستقیم و غیرمستقیم) بر سطح جدار، خاصیت یا توانایی جدار در انبار کردن حرارت و اختلاف دمای هوای داخل و خارج در محاسبات وارد شود. اختلاف دمای معادل دربرگیرنده تمام این عوامل بوده و براساس آنها تعریف شده است. به عبارت دیگر، اختلاف دمای معادل اختلاف دمایی است که به علت تغییر تابش خورشید و تغییر دمای هوای خارج در جریان کلی حرارت از داخل جدارهایی با وزنهای مختلف حاصل می شود.

اختلاف دمای معادل یک اختلاف دمای فرضی برای جدارها بوده و به ندرت با دمایی که در شرایط تعادل به مدت طولانی به دست می آید، مساوی است. چنانچه بخواهیم عوامل موثر بر اختلاف دمای معادل را به طور ریزتر نام ببریم عبارتند از: انواع مصالح (از نظر وزن واحد سطح)، انواع جهت ها (شمال، غرب، جنوب،..) ساعت روز، ماه، عرض جغرافیایی، رنگ جدار، شرلیط طرح داخل و خارج، تغییرات روزانه دمای هوای خارج. با تعریف اختلاف دمای معادل و استفاده از آن می توان بار برودتی دیوارها و بام ساختمان را با استفاده از معادله هدایت پایا محاسبه کرد:

Q=UAΔTe

که در آن:

Q= بار برودتی جدار (Btu/hr)

A= سطح جدار (ft2)

U= ضریب کلی انتقال حرارت جدار ( )

ΔTe= اختلاف دمای معادل (F⁰)

تذکر  1: جریان حرارت از طریق جدار داخلی ساختمان (کف و سقف بین طبقات و دیوارهای بین اتاقها) فقط به علت اختلاف دمای هوای دو طرف آنها بوده و حالت پایا دارد. بنابراین برای محاسبه انتقال حرارت از جدار داخلی ساختمان از معادله هدایت پایا (Q=UAΔT) استفاده می شود.

تذکر 2: در زمستان چون دمای هوای خارج درشب به کمترین مقدار خود می رسد و تغییرات آن زیاد نمی باشد، برای محاسبه انتقال حرارت از جدار ساختمان در زمستان از معادله هدایت پایا استفاده می شود.

6-12-2-1 تعیین اختلاف دمای معادل از جدول 6-6 و 7-6

اختلاف دمای معادل برای دیوارها از جدول 6-6 و برای بام ساختمان از جدول 7-6 برای شرایطی که جداول مذکور ساخته شده است، به دست می آید. شرایطی که جداول 6-6 و 7-6 براساس آنها ساخته شده اند عبارتند از:

  • حرارت خورشید در ماه مرداد (July) و عرض جغرافیایی 40 درجه شمالی
  • حدود تغییرات روزانه دمای هوای خارج مساوی F20⁰
  • اختلاف دمای هوای داخل و خارج F15⁰
  • رنگ سطح خارج جدار تیره با ضریب جذب 90%

با توجه به اینکه تقریبا گرمای ویژه بیشتر مصالح یکسان است، ظرفیت حرارتی جدار عملا به وزن آن ارتباط پیدا می کند. در جدول 4-2 وزن یک فوت مربع مصالح برای ضخامت های مختلف داده شده است. در جداول 6-6 و 7-6 اثر ظرفیت حرارتی از طریق وزن جدار بر مقدار اختلاف دمای معادل اثر گذاشته است. اگر وزن دیوار از 20 پاوند بر فوت مربع کمتر باشد، برای دیوار وزن 20 پاوند بر فوت مربع استفاده می شود. با توجه به اینکه در مناطق بسیار گرم برای کاهش انتقال حرارت از بام می توان بر روی بام سایه ایجاد کرد یا پیوسته بر روی سطح بام آب پاشید و یا استخر ایجاد کرد، جدول 7-6 برای چنین شرایطی نیز اختلاف دمای معادل را می دهد.

6-12-2-1 تصحیحات برای مقادیر به دست آمده از جداول 6-6 و 7-6

برای شرایطی غیر از آنچه که در مورد تهیه جداول 6-6 و 7-6 بیان شد، باید مقادیر خوانده شده از این جدول به شرح زیر تصحیح شود.

الف: حالتی که اختلاف دمای هوای داخل و خارج بیشتر یا کمتر از F15⁰ باشد یا حالتی که تغییرات روزانه دما بیشتر یا کمتر از  F20⁰ باشد و یا هر دو.

در اینصورت از جدول 8-6 استفاده کرده و اعداد خوانده شده از جدول 6-6 و 7-6 را تصحیح می کنیم.

ب: حالتی که دیوار سایه باشد.

برای دیوارهایی که در سایه باشند، بدون در نظر گرفتن جهت آنها (شزقی، شمالی، غربی و…) از مقادیر داده شده برای جهت شمال جدول 6-6 استفاده می کنیم و سپس چنانچه لازم باشد با استفاده از جدول 6-8 آن را تصحیح می کنیم. (برای بام های واقع در سایه مستقیما از جدول 7-6 اختلاف دمای معادل بدست می آید).

ج: حالتی که عرض جغرافیایی غیر از 40 درجه شمالی و یا حالتی که ماههای دیگر سال (غیر از مرداد یا July) داشته باشیم یا هردو.

در این صورت اختلاف دمای معادل برای هر عرض جغرافیایی و برای هر ماه برای دیوار یا بام با رنگ تیره از رابطه زیر به دست می آید:

که در آن:

ΔTe= اختلاف دمای معادل برای هر ماه، ساعت روز و عرض جغرافیایی مورد نظر

ΔTes= اختلاف دمای معادل برای همان دیوار یا بام در همان ساعت روز در سایه (جداول 6-6 یا 7-6 در صورت لزوم با تصحیحات).

ΔTem= اختلاف دمای معادل برای همان دیوار یا بام در همان ساعات روز که در معرض خورشید باشد(جداول 6-6 یا 7-6 در صورت لزوم با تصحیحات).

Rs= حرارت خورشیدی دریافتی بیشینه توسط شیشه معمولی برای همان جهت دیوار یا شیشه افقی برای بام همان ماه و عرض جغرافیایی مورد نظر (جداول 1-6 و2-6)

Rm= حرارت خورشیدی دریافتی توسط شیشه معمولی برای همان جهت دیوار یا شیشه افقی برای بام برای ماه مرداد و عرض جغرافیایی 40 درجه شمالب (جداول 1-6 و 2-6)

د: حالتی که رنگ سطح خارجی دیوار و یا بام روشن یا متوسط باشد.

همانگونه که قبلا بیان شد، جداول 6-6 و 7-6 براساس رنگ تیره سطوح خارجی دیوارها و بامها ساخته شده اند (ضریب جذب سطح 90% و بیشتر). بنابراین، در صورتیکه رنگ سطح خارجی جدار تیره نباشد باید تصحیح لازم برای مقادیر خواسته شده از دو جدول مذکور انجام شود. به طور کلی اگر ضریب جدار a باشد، اختلاف دمای معادل در ماه مرداد از رابطه زیر به دست ما آید:

که در رابطه بالا TesΔ و TemΔ طبق آنچه قبلا بیان شد، تعیین می شوند (برای جدار با رنگ تیره)، a ضریب جذب جدار است که مقدار آن برای رنگ های روشن 50% و برای رنگ های متوسط 70% می باشد.

رنگ روشن شامل: رنگهای سفید، کرم و غیره

رنگ متوسط شامل: خاکستری، سبز روشن، آبی کمرنگ و غیره

رنگ تیره شامل: آبی تیره، قرمز پررنگ و غیره است.

ه: حالتی که هم عرض جغرافیایی، هم ماه سال و هم رنگ جدار مخالف شرایطی باشد که جداول 6-6 و 7-6 تهیه شده اند. در این صورت ترکیب روابط گفته شده در حالتهای پیش چنین است:

برای رنگ روشن:                                                               

برای رنگ متوسط:

برای رنگ تیره:

 

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

ادامه مطلب…

دانلود کامل PDF

 

مطالب مرتبط

برآورد بار برودتی ساختمان-قسمت اول

برآورد بار برودتی ساختمان-قسمت دوم

جدول ها

 

توسط |2019-07-25T09:59:36+03:30جولای 18th, 2019|مطالب آموزشی, مطالب کاربردی|بدون ديدگاه

در باره نویسنده :

ثبت ديدگاه