طراحی شبکه لوله کشی گرمایش از کف

۶ ماه قبل ۵۵۸ ۰

یکی از سیستم های گرمایشی که از دیر باز در ایران به کار گرفته شده است و گرمایش مطلوبی نیز به همراه داشته، سیستم گرمایش از کف در گرمابه های عمومی بوده است. درچند سال اخیر این سیستم به دلیل به کار گیری لوله های پلیمری رشد چشمگیری در صنایع و ساختمان های مسکونی و تجاری دارد. همان طور که می دانید انتقال گرما به سه روش انجام می شود:

رسانش   ،   وزش   ،   تابش

در فرایند گرمایش از کف در حدود نيمي از انتقال گرما به صورت تابش انجام شده و مابقی از طریق رسانش و به هوا منتقل می شود. در این روش ابتدا کف ساختمان گرم شده و سپس قسمت های بالاتر با دمای کمتری گرم می شود این امر تنفس راحت و احساس آرامش بیشتری را برای ساکنان ایجاد می کند و در مقایسه با سایر سیستم های گرمایش در صرفه جویی و بهینه سازی مصرف انرژی مؤثر است. سیستم گرمایش از کف برای مناطق سردسیر بسیار مناسب است. در ساختمان هایی که دارای سقف بلند می باشند استفاده از این سیستم گرمایشی باعث کاهش مصرف انرژی و صرفه جویی در مصرف سوخت بیشتری خواهد شد، زیرا در سایر روش ها (مانند رادیاتور و بخاری) هوای گرم در اثر کاهش چگالی سبک شده و به سمت سقف می رود و اولین جایی را که گرم می کند، سقف می باشد.

طراحی شبکه لوله کشی گرمایش از کف

فاصله‌بندی لوله‌ها، طول آن‌ها، درجه حرارت و دبی آب داغ گذرنده از هر حلقه در طراحی سیستم­های تابشی از اهمیت زیادی برخوردار است. مرحله طراحی همچنین شامل گروه­بندی حلقه ­ها در داخل مناطق گرمایشی می­باشد. منطقه گرمایش متشکل از حلقه ­هایی است که به یک جفت منیفولد رفت و برگشت متصل است. منیفولدها توسط لوله­ های انتقال آب به منبع آب داغ متصل شده­ اند. برای انتخاب چگونگی آرایش لوله­ ها باید به ابعاد اتاق، بار حرارتی، سهولت در نصب، موانع و درزهای کف، فاصله لوله ­ها از هم و بسیاری نکات دیگر توجه کرد. طرح­های مطرح شده در ادامه مطلب، از جمله آرایش­های کارآمد لوله­ ها در کف محسوب می­شوند. 

مارپیچ با جریان مخالف (Counter Flow)

در این طرح توزیع گرما به صورت مطلوبی صورت می ­پذیرد و خطوط رفت و برگشت در کنار هم قرار دارند که موجب می­شود بین لوله ها درجه حرارت متعادل باشد. استفاده از این طرح برای زمانی پیشنهاد می ­شود که گرما به طور مساوی از بخش­های مختلف اتاق تلف می­ شود و یا بیشترین اتلاف از کف اتاق اتفاق می ­افتد.

گرمایش از کف

 مارپیچ تک دیواره (Single Wall Erpentine)

این طرح هنگامی بکار می­رود که افت گرمایی از یکی از دیوارها نسبت به بقیه سطوح زیادتر باشد. بنابراین آب تغذیه به طور مستقیم به سمت منطقه ­ای که افت حرارت بیشتری دارد جریان می­یابد و سپس آبی که درجه حرارت آن به واسطه عبور آب از لوله کاهش یافته به سمت بقیه سطوح به صورت مارپیچی گسترده می­ شود.

گرمایش از کف

مارپیچ دو دیواره (Double Wall Serpentine)

از این طرح هنگامی استفاده می­شود که افت حرارت عمده ­ای از اتاق از دو دیوار مجاور رخ می­ دهد. عرضه شده است. آب تغذیه در این طرح مطابق شکل (3) به طور مستقیم از مجاورت دو دیوار با بیشینه تلفات حرارتی عبور داده شده، سپس بر اساس یک الگوی متناوب در سراسر اتاق گسترده می ­شود.

گرمایش از کف

مارپیچ سه دیواره

شکل (4) اتاقی را نشان می­دهد که در آن بیشترین تلفات گرما از سه دیوار صورت می­گیرد. در طرح مناسب این فضا آب تغذیه مطابقشکل پس از عبور در امتداد این دیوارها با الگوی متناوب در طول اتاق گسترده می­شود.

گرمایش از کف

طرح حلقه­ های گرمایشی تاثیر بسزایی بر توزیع حرارت در هر سطح دارد. نکات مهمی که باید در طراحی حلقه به آنها توجه داشت به طور مختصر به شرح ذیل است.

از قرار گرفتن لوله­ ها در زیر کابینت­ها جلوگیری شود. کابینت ­ها در آشپزخانه ­ها و حمام ها و اتاق­های نشیمن و ... قرار دارند. لوله­ هایی که در زیر این فضای مرده و غیر مصرفی قرار گرفته­اند حرارت کمی مهیا می­کنند و هزینه­ای اضافی برای سیستم به بار می­ آورند و موجب فاسد شدن مواد غذا در کابینت ­های آشپزخانه می ­شوند.

از قرار گرفتن لوله­ ها یا خطوط منیفولد انتقال در زیر اسکلت­بندی داخلی دیوارها بایستی جلوگیری شود. محل دیوارها را باید علامت گذاری کرده و طرح حلقه­ها و خطوط انتقال را مطابق با آن طراحی کرد. این عمل از سوراخ شدن لوله ­ها توسط میخ، خار یا پیچ­ها جلوگیری می­کند.

اکثر افت حرارتی از کف به محیط اطراف می­باشد. طراحی حلقه­ها باید به گونه­ای باشد که آب داغ ابتدا به خارج اتاق جریان پیدا کند حلقه­ها معمولا" نباید بیش از 6 اینچ به دیوارهای خارجی نزدیک باشد.

 فاصله گذاری و طول حلقه ها

از فاکتورهای مهم در طراحی خوب سیستم گرمایش از کف، طول حلقه و نقشه اولیه می­ باشد. سوء تفاهم متداول در مورد این سیستم‌ها این است که تصور می­شود سیستم­های گرمایشی کفی تشعشعی حرارت مطلوب را تنها با پمپ کردن آب داغ از میان حلقه­هایی که در زیر کف قرار گرفته­اند مهیا می­کنند، در صورتی که بدون در نظر گرفتن نقشه و فاصله بندی حلقه­ها و انتخاب مناسب طول کلی هر حلقه، سیستم بدرستی عمل نخواهد کرد و توان حرارتی مطلوب را نخواهد داشت. توصیه می ­شود که با توجه به تحلیل شرایط هر یک از اتاق­های ساختمان از نرم افزار کامپیوتری مناسب برای طراحی استفاده نمود.

 فاصله بندی حلقه ها

در کاربردهای ساختمان­های مسکونی اغلب از لوله­ های 1.2 اینچ استفاده می­شود. فاصله لوله ها باید 9 تا 12 اینچ باشد. اما در برخی کاربردها که نیاز به گرمای بیشتری است فاصله لوله­ها باید کمتر از این مقدار، به طور مثال بین (3 تا 6 اینچ)، در نظر گرفته شود.

 فاصله بندی لوله ها برای ایجاد گرمایش مطلوب

برای ایجاد راحتی مطلوب در کف پوش­های عایق بندی نشده، به طور مثال در بتون بدون عایق، سنگ یا کاشی، فاصله بندی باید کم باشد تا بتوان بر افت حرارتی غلبه کرد. معمولا" در این پوشش­ها اختلاف درجه حرارت بین لوله­ های حلقه و سطح مابین لوله­ ها زیاد است و توسط ساکنین تشخیص داده می­شود. با کاهش فاصله لوله ­های حلقه در زیر این نوع کف پوش­ها اختلاف درجه حرارت بین لوله­ ها کاهش می­یابد. همچنین استفاده از افت کمتر درجه حرارت حلقه (10 درجه فارنهایت) تغییرات درجه حرارت بین لوله­ ها را به حداقل می­ رساند.

در زیر کف پوش‌های عایق مثل فرش و چوب، لوله ­ها می­توانند به صورت معمولی فاصله بندی شوند. خواص عایق­بندی این مواد موجب می­شود که اختلاف درجه حرارت بین لوله ­ها کم شود و حرارت بیشتر پخش شود. با این حال نباید فاصله لوله­ ها از مقدار مورد نیاز بیشتر گردد.

به طور نمونه پنجره ­های بزرگ بیرونی و یا درهای کشویی شیشه­ ای بار حرارتی زیادی برای بعضی اتاق­ها به بار می­ آورند. تراکم لوله در نزدیکی این دیواره ­های شیشه­ ای باید بیشتر باشد تا انرژی تولید شده تلفات را جبران کند. اگر از کف پوش­ هایی با مقاومت حرارتی بالا استفاده شود باید فاصله لوله­ ها نزدیکتر باشد تا حرارت لازم مهیا شود و مناطق سردی بین لوله­ ها باقی نمانند. به طور عکس، در اتاق­هایی با بار حرارتی ورودی کم و بار حرارتی داخلی زیاد مثل آشپزخانه­ ها و یا اتاق­های نشیمن با شومینه چوب سوز احتیاج به فاصله گذاری زیادی بین لوله­ها وجود دارد تا سطح آسایش مطلوب فراهم شود. 

به طور دقیق­تر فاصله بین لوله­ها در سیستم گرمایش از کف ارتباط مستقیم با شار گرمایی، دمای ورودی آب و آسایش ساکنان دارد. با در نظر گرفتن جدول زیر، فواصل بین لوله­ها با توجه به شار گرمایی مورد نیاز و سایز لوله مصرفی بدست می­ آید.

گرمایش از کف

همچنین جدول 2 فاصله پیشنهادی بین لوله­ها را در کاربردهای مختلف مسکونی و تجاری نشان می ­دهد. همان­طور که پیش­تر نیز گفته شد، طراحی سیستم اغلب ساختمان­ها با لوله­های سایز یک دوم اینچ انجام می­ گیرد. هرچند ممکن است در برخی از طرح­ ها از لوله ­های سه هشتم و پنج هشتم نیز استفاده شود.

گرمایش از کف

طول حلقه ها

در فرایند طراحی طول حلقه به دو فاکتور افت اصطکاکی و افت درجه حرارت وابسته می ­باشد. سیال در عبور از لوله دچار افت اصطکاکی یا افت هد می­شود. هرچه طول حلقه بیشتر باشد و یا دبی بیشتری از لوله عبور کند، افت بیشتری ایجاد می­شود. پمپ­های سیرکولاتور سیستم­های گرمایش از کف به­طور کلی از نوع کم فشار می­باشند و توان آن­ها از 1.12 یا 1.20 اسب بخار است و آب را با دبی کمی به چرخش در می­آورند. در صورتی که از پمپ بزرگتری استفاده شود، هزینه سیستم افزایش می­ یابد و انرژی ورودی زیادتری مورد نیاز خواهد بود که این امر راندمان سیستم را کاهش می ­دهد. توجه شود که هنگام انتخاب پمپ سیرکولاتور باید افت اصطکاکی در منیفولدها، شیرآلات و خطوط رفت و برگشت را علاوه بر حلقه­های گرمایشی مد نظر قرار داد.

با داشتن دبی جریان و طول لوله، مقدار افت در هر مدار را میتوان بدست آورد. بدیهی است که مدارهای منشعب شده از هر کلکتور با هم موازی هستند و بنابر قانون مدارهای موازی با توجه به این مهم که قطر و زبری لوله­ها یکسان است، مقدار افت فشار در هر منفویلد برابر افت در طولانی­ترین مدار می­باشد. بنابراین با داشتن مقدار دبی طولانی­ترین مدار و طول آن و با استفاده از نمودار افت فشار در لوله، مقدار افت فشار در لوله ­ها و کلکتور بدست می­آید.

محل استقرار پمپ باید در مسیر رفت و در نزدیکی محل اتصال مخزن انبساط به سیستم لوله­کشی یعنی نقطه بدون تغییرات فشار (Point of NOo Charg Pressure) باشد.

افت درجه حرارت حلقه از اختلاف دمای آب رفت و برگشت حاصل می­شود. به طور کلی افت درجه حرارت مطلوب در سیستم­های گرمایش 15 الی 20 درجه فارنهایت و در سیستم­های ذوب برف حدود 20 تا 40 درجه فارنهایت می­باشد. البته این مقدار بسته به شرایط بار حرارتی مورد نیاز برای هر کاربرد متفاوت است. در صورت طولانی بودن مدار حلقه، افت دما افزایش یافته و این امر موجب کاهش سطح حرارت مورد نیاز نداشته یا تغییر دمای سطح می­شود.

با در نظر گرفتن دو فاکتور افت اصطکاکی و افت دمایی طول حلقه های لوله 1.2 اینچ نباید بیش از 300 فوت باشد. طول حلقه­های سیستم­های مسکونی اغلب در حدود 100 تا 250 فوت می­باشد. همچنین باید در نظر داشت که طول حلقه­های لوله های 3.4 اینچ نباید از 500 فوت بیشتر شود. با این وجود بعضی از سیستم­ها بسته به پارامترهای طراحی باید بیش از این طول را داشته باشد. در واقع توان حرارتی مورد نیاز هر سطح بیشترین طول هر حلقه را مشخص می­کند.

 

منبع: دستنامه کاربردی گرمایش، نشر نوآور، پیمان ابراهیمی، علیرضا اعتماد، علی فاضل


۰ دیدگاه