محاسبه بار حرارتی
محاسبه بار حرارتی ساختمان
سیستم گرمایشی مناسب برای منزل یا محل کار شما کدام است؟
نویسنده: فرهاد کارجو
محاسبه صحیح بار حرارتی اهمیت زیادی دارد. اگر بار حرارتی دقیق محاسبه نشود، ممکن است سیستم گرمایش خانگی شما نتواند به خوبی خانه را گرم کند، یا برعکس، بیش از حد بزرگ باشد و باعث افزایش هزینه‌های انرژی شود. یکی از بهترین روش‌ها برای گرمایش خانه، استفاده از پکیج‌های خانگی است. این دستگاه‌ها قابلیت تولید آب گرم برای سیستم‌های گرمایشی و مصرفی خانه را دارند و به راحتی تنظیم می‌شوند.
مراحل محاسبه بار حرارتی
محاسبه بار حرارتی ناشی از انتقال حرارت از دیوارها و سقف
- Q: بار حرارتی (وات)
- U: ضریب انتقال حرارت دیوارها و سقف (وات بر متر مربع کلوین)
- A: سطح دیوارها و سقف (متر مربع)
- T_inside: دمای داخل ساختمان (کلوین)
- T_outside: دمای خارج ساختمان (کلوین)
ضریب انتقال حرارت برای مواد مختلف متفاوت است:
- دیوار آجری: معمولاً ضریب انتقال حرارت دیوارهای آجری بین 0.7 تا 1.0 وات بر متر مربع کلوین است.
- سقف: ضریب انتقال حرارت سقف‌ها بسته به جنس مواد ممکن است بین 0.3 تا 0.6 وات بر متر مربع کلوین باشد.
حال برای محاسبه‌ی دقیق بار حرارتی دیوارها و سقف‌ها در آپارتمان 100 متری با توجه به مشخصات خاص دیوارهای آجری و پنجره‌های دوجداره به فرمول استفاده شده بپردازیم.
محاسبه بار حرارتی ناشی از انتقال حرارت از پنجره‌ها
پنجره‌ها نقش مهمی در میزان بار حرارتی کلی ساختمان دارند. پنجره‌های دوجداره نسبت به پنجره‌های معمولی ضریب انتقال حرارت کمتری دارند و بنابراین بار حرارتی ناشی از آن‌ها پایین‌تر است:
Q window= U window × A window × (T inside −T outside)
- Q_window: بار حرارتی پنجره‌ها (وات)
- U_window: ضریب انتقال حرارت پنجره‌ها (وات بر متر مربع کلوین)
- A_window: سطح پنجره‌ها (متر مربع)
محاسبه بار حرارتی ناشی از نفوذ هوا
نفوذ هوا از درزهای پنجره‌ها و درها می‌تواند تاثیر زیادی بر بار حرارتی ساختمان داشته باشد. مهم است که این نفوذ هوا کنترل شود تا از هدر رفتن انرژی جلوگیری شود:
Q air = V air × ρ × Cp × (T inside−T outside)
- Q_air: بار حرارتی ناشی از نفوذ هوا (وات)
- V_air: حجم هوای نفوذ یافته (متر مکعب بر ثانیه)
- ρ: چگالی هوا (کیلوگرم بر متر مکعب)
- Cp: ظرفیت حرارتی ویژه هوا (ژول بر کیلوگرم کلوین)
محاسبه بار حرارتی ناشی از دستگاه‌های استفاده‌کننده از آب گرم
دستگاه‌هایی که از آب گرم استفاده می‌کنند نظیر حمام، سرویس بهداشتی و سینک ظرفشویی، همه به نحوی می‌توانند بار حرارتی را تحت تاثیر قرار دهند. با توجه به تعداد و نوع دستگاه‌های موجود در آپارتمان، باید بار حرارتی ناشی از هرکدام را محاسبه کنیم تا به یک مقدار کلی برسیم.
محاسبه بار حرارتی آپارتمان 100 متری
مشخصات آپارتمان:
- مساحت آپارتمان: 100 متر مربع
- دیوارها: آجری
- پنجره‌ها: دوجداره
- تعداد دستگاه‌های استفاده‌کننده از آب گرم: یک حمام، یک سرویس بهداشتی، یک سینک ظرفشویی
محاسبات:
1- محاسبه بار حرارتی ناشی از انتقال حرارت از دیوارها و سقف:
فرض می‌کنیم ارتفاع سقف‌ها 3 متر است و دیوارهای بیرونی تعداد 4 دیوار می‌باشند. مساحت کل دیوارها و سقف:
- سطح دیوارها: متر مربع 120 = 10*3*4
- ضریب انتقال حرارت دیوارهای آجری: 0.8) وات بر متر مربع کلوین
- سطح سقف: 100 متر مربع
- ضریب انتقال حرارت سقف: 0.5) وات بر متر مربع کلوین
- بار حرارتی دیوارها:
Q wall=0.8×120× (ΔT) =96× (ΔT)
- بار حرارتی سقف:
Q ceiling=0.5×100× (ΔT) =50× (ΔT)
2- محاسبه بار حرارتی ناشی از انتقال حرارت از پنجره‌ها:
فرض می‌کنیم کل سطح پنجره‌ها 15 متر مربع باشد و ضریب انتقال حرارت پنجره‌های دوجداره 2.5 وات بر متر مربع کلوین
- بار حرارتی پنجره‌ها:
Q window=2.5×15×(ΔT) =37.5×(ΔT)
3- نفوذ هوا:
فرض کنیم حجم هوای نفوذ یافته 0.5 متر مکعب بر ثانیه، چگالی هوا 1.2 کیلوگرم بر متر مکعب، و ظرفیت حرارتی ویژه هوا 1005 ژول بر کیلوگرم کلوین باشد.
- بار حرارتی ناشی از نفوذ هوا:
Q air=0.5×1.2×1005×(ΔT) =603×(ΔT)
4- دستگاه‌های استفاده‌کننده از آب گرم:
بار حرارتی ناشی از دستگاه‌های مصرف کننده آب گرم را تقریباً 1000 وات در نظر می‌گیریم.
- محاسبه‌ی کل بار حرارتی:
Q total = Q wall + Q ceiling + Q window + Q air
پس با جمع کردن تمامی مقادیر به دست آمده:
Q total = 96×(ΔT)+50×(ΔT)+37.5×(ΔT)+603×(ΔT)+1000 = 786.5×(ΔT)+1000
مثال:
فرض کنیم اختلاف دمای داخلی و خارجی (ΔT) 20 کلوین باشد. حالا مقدار کل بار حرارتی را حساب می‌کنیم:
Q_total = 786.5 * 20 + 1000 = 15830 watt
نتیجه‌گیری
با انجام این محاسبات، مقدار کل بار حرارتی آپارتمان 100 متری با مشخصات ذکر شده برابر با 15830 وات یا 15.83 کیلووات به‌دست می‌آید. با استفاده از این مقدار، می‌توانید پکیج خانگی مناسبی را برای گرمایش آپارتمان انتخاب کنید تا بتوانید بهترین عملکرد را در فصل‌های سرد از آن داشته باشید.