محاسبه بار و انرژی ساختمان (بخش سوم:نرم افزارهای محاسبات بار و انرژی)

۶ ماه قبل ۴۷۱ ۰

بار گرمایش در هر ساعت، با دفع حرارت (Heat Lose) از ساختمان در آن ساعت برابر است. دفع حرارت از ساختمان از طریق دو مکانیزم رسانشی (دفع حرارت از پوسته ساختمان) و همرفتی (خروج حرارت توسط جریان هوای تهویه و نفوذ)، انجام می ­شود. نقش مکانیزم انتقال حرارت تابشی در خروج انرژی حرارتی از ساختمان، ناچیز و قابل صرف نظر است. محاسبات بار سرمایش، پیچیدگی بیشتری نسبت به بار گرمایش دارد. بارهای سرمایشی تنوع بیشتری دارند و هرگونه ورود حرارت به ساختمان یا بهره حرارتی (Heat Gain) با یک اثر تاخیر زمانی، تبدیل به بار سرمایش می­شود.

بارهای سرمایش شامل موارد زیر می­شوند:

1.     1.  ورود حرارت رسانشی از پوسته خارجی ساختمان

2.      2. ورود حرارت همرفتی، با ورود هوای گرم به ساختمان از طریق مکانیزم­های تهویه و نفوذ هوا.

3.      3. ورود حرارت از طریق تابش خورشیدی، که در بار سرمایش سهم چشمگیری دارد.

4.      4.  بارهای داخلی شامل بار افراد، روشنایی و تجهیزات.

مهمترین مساله در محاسبه بار سرمایش، برآورد اثر تاخیر زمانی است، یعنی زمانی که به طول می­انجامد تا یک حرارت ورودی به پیکره ساختمان(بهره حرارتی)، به بار سرمایش تبدیل شود. برای تبدیل بهره حرارتی به بار سرمایش، این حرارت لزوماً باید از طریق مکانیزم همرفتی به هوای اتاق وارد شود. اثر تاخیر زمانی، زمانی است که طول می­کشد تا انرژی حرارتی که توسط مکانیزم­های تابش و رسانش به پیکره فضا وارد شده است، به صورت همرفتی به هوای اتاق وارد گردد. برای درک اثر تاخیر زمانی، به شکل 1 توجه نمائید.

محاسبات بار و انرژی ساختمان

 هنگامی که چراغ ها روشن می­شوند، حرارت تولیدی آنها توسط دو مکانیزم همرفت و تابش، به فضا انتقال می­یابد. بخش همرفتی به صورت آنی تبدیل به بار سرمایش می­شود ولی بخش تابشی ابتدا توسط سطوح ساختمان و اثاثیه جذب شده و با یک تاخیر زمانی به صورت همرفتی به هوای محیط آزاد می­گردد.

هنگامی که یک دیوار جانبی ساختمان در معرض تابش خورشید است، حرارت در ساختار دیوار ذخیره می­شود و با یک تاخیر زمانی در سمت داخلی دیوار از طریق دو مکانیزم تابش و همرفت به فضای داخل انتقال می­یابد. بخش همرفتی در همان لحظه تبدیل به بار سرمایش می­شود ولی بخش تابشی باید توسط سطوح ساختمانی و اثاثیه جذب شده و سپس به صورت همرفتی به هوای اتاق انتقال یابد. از آنچه گفته شد بر می­آید که در محاسبه بار سرمایش ناشی از تابش خورشید به دیوار خارجی ساختمان با دو اثر تاخیری روبرو هستیم: (1) تاخیر در آزاد شدن انرژی تابشی جذب شده در دیوار در سمت دیگر آن که به علت لختی حرارتی دیوار می­باشد، (2) حرارتی که توسط سمت داخلی دیوار به فضا وارد می­شود دارای دو بخش همرفتی و تابشی است. بخش تابشی باید توسط سطوح ساختمان و اثاثیه جذب شده و مجدداً به صورت همرفتی وارد فضا شود و در این زمان است که به بار سرمایش تبدیل می­گردد. اینجا است که میتوان دریافت چرا نرم افزار  Chvac نوع اثاثیه و مبلمان مستقر در فضاهای محاسبه بار را نیز از کاربر سوال می­نماید.

محاسبات ساعتی بار سرمایش، بدون در نظر گرفتن اثر تاخیرهای زمانی عملاً بی­معنی است، زیرا این اثرات بسیار چشمگیر هستند و باعث جا­به­جایی ساعت بار پیک فضاها می­شوند که در  نتیجه لحاظ نکردن آن، بار سرمایش کل تاسیسات، کاملاً غلط محاسبه خواهد شد. لازم به ذکر است که برای محاسبه بار سرمایش تاسیسات، باید بار ساعتی فضا­ها را به دست آورده سپس مقدار آن را برای هر ساعت با هم جمع کنیم تا بار سرمایش تاسیسات در آن ساعت به دست بیاید. ساعتی که بیشترین مجموع بار سرمایش را دارد، به عنوان ساعت پیک در نظر گرفته شده و انتخاب تجهیزات بر حسب آن انجام می­شود.  نرم ­افزارهای محاسبه بار مانند Carrier، Chvac و Trace700 وظیفه دارند این اثرات تاخیر زمانی را برای مهندسین محاسبه نمایند. 

نرم افزار Design Builder از روش Heat Balance  بالانس حرارتی استفاده می­کند. در این روش معادلات رسانش، همرفت و تابش به صورت کوپل شده با یکدیگر، به صورت همزمان حل می­شوند. روش بالانس حرارتی دقیق­ترین روش محاسبه بار است ولی مشکل این است که حجم محاسبات رایانه­ای در این روش بالا بوده و زمان و هزینه محاسبات، زیاد خواهد بود. نرم افزارهایی نظیر Chvac  و Trace700 برای محاسبه اثر تاخیر زمانی از روش Radiant Time Series سری­های زمانی تابش، استفاده می­کنند.  این روش در فصل 18 از هندبوک مبانی ASHRAE ترجمه علیرضا ذولفقاری- پیمان ابراهیمی- رضا جعفری زاده، به طور کامل تشریح شده است. در روش سری­های زمانی تابش RTS ، اثرات تاخیری تابشی توسط ضرایب سری­های زمانی تابش Radiant Time Series و اثرات تاخیری رسانش دیوار، توسط ضرایب سری­های زمانی رسانش Conduction Time Series ، در نظر گرفته می­شوند. بار سرمایش در هر ساعت تابعی است از بهره حرارتی در آن ساعت و نیز از بهره حرارتی در ساعت­های قبلی تا 23 ساعت قبل.

مثال: در اتاقی در یک اداره، یک لامپ 110W از ساعت 7 صبح تا 18 روشن است. الف) بار سرمایش ناشی از این لامپ را در ساعت 15به دست آورید.
پاسخ:

الف) برای لامپ فلورسنت خارج از سقف کاذب(از جدول 2 مرجع 1) داریم:

محاسبات بار و انرژی ساختمان

بخش تابشی بار سرمایش، با استفاده از بهره‌های حرارتی تابش برای ساعت جاری و 23 ساعت گذشته محاسبه شده است. بخش تابشی برابر 57٪ و سری‌های زمان تابش از جدول 9 برای سازه وزن متوسط و با پوشاننده، به صورت زیر هستند:

محاسبات بار و انرژی ساختمان

از جدول 9 RTS را برای سازه با وزن متوسط با فرض 50٪ شیشه انتخاب نمایید. بنابراین بار سرمایش تابشی برای روشنایی به این صورت است.

محاسبات بار و انرژی ساختمان

بنابراین بار سرمایش کلی درساعت مشخص شده

محاسبات بار و انرژی ساختمان

 

لینک های مرتبط :

آموزش نرم افزار تخصصی Carrier HAP

محاسبات بار و انرژی ساختمان (بخش دوم:معرفی مفهوم روز-درجه سرمایش / گرمایش)

 

نگارش : رضا جعفری زاده، پیمان ابراهیمی ناغانی

منبع :

کتاب هندبوک مبانی ASHRAE  - ترجمه علیرضا ذولفقاری، پیمان ابراهیمی، رضا جعفری زاده - انتشارات نوآور


۰ دیدگاه