بار سرمایشی چیست و محاسبه بار سرمایشی ساختمان

بار سرمایشی (Cooling load) میزان انرژی گرمایی است که باید از ساختمان یا یک فضای بسته خارج شود تا دمای آن در محدوده ی قابل قبولی قرار گیرد. ساختمانی که دارای بار پایینی است، نیاز به انرژی پایینی برای گرمایش یا سرمایش دارد تا به دمای آسایش نزدیک شود. البته هر چه میزان این کمیت پایین تر باشد، بدین معنی است که طراحی مهندسی بهتری برای سازه ها انجام شده و کیفیت ساخت و متریال استفاده شده در ساختمان بهتر هستند.

هدف از تعیین بار سرمایشی، تعیین اندازه و ظرفیت سیستم تهویه هوا یا تجهیزات سرمایشی است تا بهترین انتخاب برای سیستم سرمایشی بر اساس گرم ترین زمان انجام شود. در این مقاله سعی می کنیم تا روش های محاسبه بار سرمایشی و عوامل موثر بر این کمیت را بررسی کنیم.

محاسبه بار سرمایشی ساختمان

بار سرمایشی شامل دو مورد زیر می شود:

1. سرمایی که از طریق سازه و عایق ها به وسیله ی مکانیسم انتقال حرارت رسانش به بیرون از ساختمان منتقل می شود. این مورد شامل دیوارها، سقف و کف ساختمان می شود. این قسمت از بار به عنوان بار محسوس (Sensile Load) نیز شناخته می شود.
2. نوع دیگری از بار که به بار نهان (Latent Load) مشهور است، با استفاده از روش های زیر به یک ساختمان تحمیل می شود:

• جذب گرما به دلیل هوای ورودی به ساختمان از طریق درزهای درب و پنجره ها و همچنین دریچه های باز
• گرمای تولید شده توسط ساکنین ساختمان
• جذب گرما به علت چگالش رطوبت ایجاد شده به دلیل فرایندهایی مانند پخت غذا، حمام آب داغ یا هر فرایند دیگری که باعث تبخیر شود.

محاسبه بار سرمایشی با استفاده از جمع کردن بارهای محسوس و نهان به دست می آید.

محاسبه بار محسوس

فرمول کلی محاسبه ی بار محسوس رابطه ی زیر است:

Q=U*A*T

که در رابطه فوق، کمیت های ذکر شده عبارت اند از:

Q: بار محسوس

U: ضریب کلی انتقال حرارت

A: مساحتی که انتقال حرارت از آن انجام می شود.

T: اختلاف دمای داخل و خارج ساختمان

بار محسوس شامل موارد زیر است:

1. گرمای منتقل شده از پنجره ها

با تابش نور خورشید که منبع اصلی گرمای ساختمان است، بخشی از پرتوها از پنجره بازگردانده می شوند اما بخش دیگر وارد ساختمان می شود. پرتوهایی که وارد ساختمان شده اند، در نهایت به گرما تبدیل خواهند شد.

2. گرمای جذب شده توسط دیوارها و سقف

دیوارها و سقف بخشی از پرتوهای نور خورشید را بازتابش و بخش دیگری از آن را جذب می کنند. گرمای جذب شده توسط مکانیسم رسانش، وارد ساختمان شده و باعث گرم شدن هوای داخل می شود.

3. بار تهویه

بار تهویه (Ventilation Load) که یکی مهم ترین عواملی است که در میزان بار سرمایشی ساختمان تأثیر دارد، به دلیل ورود هوای خارج از ساختمان توسط سیستم تهویه به وجود می آید. هوایی که در داخل ساختمان وجود دارد، به دلیل افزایش غلظت دود، دی اکسید کربن، گرد و غبار و سایر گازهای ناخوشایند باید از ساختمان خارج شده و با هوای تازه تر بیرون، جایگزین شود.

در واقع بار تهویه که از موارد بارهای محسوس است، به صورت عمد توسط طراح ایجاد می شود و برای داشتن هوای تازه، اجتناب ناپذیر است. در صورتی که یک ساختمان دارای سقفی با ارتفاع معمول باشد، برای تازه نگه داشتن هوا، سیستم تهویه باید در هر ساعت حداقل نصف حجم هوای ساختمان را جایگزین کند.

هوایی که از خارج ساختمان وارد می شود، دمای بیشتری داشته و به همین دلیل نیاز به خنک کاری بیشتری ایجاد خواهد کرد. علاوه بر این، ممکن است این هوا رطوبت بالاتری نیز داشته باشد که در این صورت، بار تهویه علاوه بر اینکه بار محسوس را افزایش می دهد، بار نهان را نیز افزایش خواهد داد.

محاسبه بار نهان

بار نهان در یک ساختمان شامل موارد زیر می شود:

1. نفوذ هوا از خارج ساختمان

این مورد همان هوایی است که از درزها و فضاهای باز وارد ساختمان می شود. اختلاف فشاری که هوای بیرون و درون ساختمان دارند، در میزان هوای ورودی تأثیر زیادی دارد. همچنین سرعت باد نیز بر این کمیت اثرگذار است. دو روش برای محاسبه این مورد وجود دارد. روش اول، طول درزها و روش دوم، تغییر هوا نام دارد.

برای سادگی کار، در اکثر موارد از روش تغییر هوا استفاده می شود. در این روش، میزان دبی هوای ورودی به ساختمان با استفاده از حاصلضرب مساحت پنجره ها و دریچه های باز، چگالی هوا و سرعت باد به دست می آید.

2. گرمای تجهیزات

این گرما شامل گرمایی است که از تمام تجهیزات الکتریکی و مکانیکی ساختمان ایجاد می شود و در محاسبه این مورد، گرمای تجهیزات سرمایشی و تهویه هوا نیز باید در نظر گرفته شود.

3. گرمای ساکنین ساختمان

این مورد بر اساس متوسط تعداد افرادی که در ساختمان حضور دارند و نوع فعالیتشان محاسبه می شود. گرمایی که توسط ساکنین ایجاد می شود، سهم مهمی از بار سرمایشی را دارد؛ زیرا بدن هر فرد به طور متوسط در حدود 200 وات گرما ایجاد می کند.

محاسبه سرانگشتی بار سرمایشی

عوامل زیادی در محاسبه بار سرمایشی تأثیر دارند اما در برخی از شرایط، نیاز است تا در کمترین زمان ممکن، تخمینی از این کمیت که برای یک ساختمان مورد نیاز است، به دست آوریم. هدف از این بخش نیز محاسبه بار سرمایشی در کوتاهترین زمان و به صورت تقریبی است. بنابراین داده هایی که در این بخش ارائه می شود، به هیچ وجه جایگزین محاسبات دقیق و شبیه سازی های رایانه ای نمی شود.

در ادامه فرض می کنیم که شهری که ساختمان مورد نظر در آن قرار گرفته، آب و هوای معتدل (تابستان گرم و زمستان سرد) دارد. بسیاری از شهرهای شمالی ایران دارای چنین آب و هوایی هستند. برای شهرهای جنوبی با آب و هوای گرم، توصیه می شود که بار سرمایشی در ضریبی بزرگ تر از 1 ضرب شود.

جدول زیر برای انواع ساختمان ها با کاربردهای مختلف، کمیت های مربوط به بار سرمایشی را نشان می دهد:

محاسبه بار سرمایشی به صورت دقیق

برای محاسبه دقیق بار سرمایشی، تمام موارد بار محسوس و نهان که شامل مواردی مانند اتلاف سرما از طریق رسانش، تابش روی دیوارها، بار ساکنین، نفوذ هوا به داخل ساختمان و گرمای ایجاد شده توسط تجهیزات است باید محاسبه شوند. برای انجام چنین محاسباتی، دو روش وجود دارد.

روش اول، استفاده از نرم افزارهای شبیه سازی است. در این روش، داده هایی مانند ابعاد ساختمان، جنس مواد به کار گرفته شده در ساخت، ابعاد، تعداد، ضخامت و نوع پنجره ها، دریچه های موجود برای نفوذ، تعداد افراد ساختمان و تجهیزاتی که گرما ایجاد می کنند توسط کاربر به نرم افزار وارد می شود. نرم افزار با استفاده از کتابخانه هایی که از قبل تعریف شده اند، محاسبات مربوط به انتقال حرارت را انجام داده و برای شهر و آب و هوای مورد نظر، نتایج را ارائه می دهد. استفاده از این روش، آسان بوده و دقت بالایی نیز دارد.

روش دوم، استفاده از جداول مهندسی است که در کتاب های مختلف برای ساختمان های مختلف ارائه شده اند. این روش نیاز به تسلط به اصول انتقال حرارت دارد و کاربر باید بتواند با استفاده از جداولی که برای دیوارها، پنجره ها و دریچه های مختلف ارائه شده اند، برای آب و هوایی که ساختمان در آن قرار دارد، داده ها را استخراج کرده و با استفاده از روابط مهندسی، محاسبه بار سرمایشی کل را انجام دهد. این روش نیز خطای کمی دارد اما زحمت و تخصص بیشتری از روش قبل نیاز دارد.

اگر به این مطلب علاقه مند بودید، برای مطالعه بیشتر میتوانید به مقاله محاسبه بار برودتی سردخانه مراجعه کنید تا علاوه بر بار سرمایشی اطلاعات بیشتری در مورد بار برودتی کسب کنید.