بی تی یو BTU چیست؟ و فرمول محاسبه btu

یکی از واحدهای پرکاربرد در محاسبات سیستم ­های تهویه مطبوع واحد BTU است. بی تی یو مخفف عبارت «British Thermal Unit» یا «واحد بریتانیایی حرارت» است. این واحد یکی از واحدهای اندازه­گیری انرژی بوده و برای اندازه ­گیری انرژی گرمایی ایجاد شده است.

تاریخچه و کاربرد واحد بریتانیایی حرارت بی تی یو BTU

در اولین نوشته های  بریتانیایی در زمینه هم­سنگی کار و گرما، واحدی برای اندازه­ گیری گرما استفاده شده بود که بعد از آن به عنوان واحد بریتانیایی حرارت شناخته شد، ولی دانشمندانی چون جیمز ژول،جوزف تامسون، ویلیام رانکین و … از آن تحت عنوان «واحد حرارت» نام می­ بردند.

دیکشنری آکسفورد سال 1876 را اولین تاریخ استفاده از عبارت واحد بریتانیایی حرارت ذکر کرده است. با این وجود، ریشه و تاریخ دقیق چگونگی تدوین واحد بریتانیایی حرارت و علامت آن یعنی Btu نامشخص است و تنها می­توان گفت که نخستین موارد استفاده از آن در نشریات مهندسی به اواخر قرن نوزدهم باز می­گردد. از نخستین موارد استفاده از این واحد، کتاب «ترمودینامیک» نوشته دی ولسون وود (De Volson Wood) است که در سال 1893 در نیویورک و توسط انتشارات جان وایلی و پسران منتشر گردید.

امروزه از این واحد بیشتر در آمریکا و کانادا و برای بیان مشخصات تولید و انتقال انرژی در سیستم ­های گرمایشی و سرمایشی همچون کوره­ ها، اجاق­ ها، یخچال­ ها و تجهیزات تهویه مطبوع استفاده می­شود. با این حال، در بسیاری از کشورهای دیگر نیز در صنایع تهویه مطبوع و برای محاسبه بار یا توان گرمایشی و سرمایشی مورد استفاده قرار می­گیرد و واحدی استاندارد برای دسته بندی تجهیزات مورد استفاده در صنعت تهویه مطبوع است.

تعریف بی تی یو چیست؟

در ابتدا تعریف یک Btu عبارت بود از «مقدار گرمای لازم برای این که دمای یک پوند (تقریباً 453.6 گرم) آب مایع در فشار اتمسفر، یک درجه فارنهایت افزایش یابد». این مقدار انرژی تقریباً برابر 1055 ژول و حدوداً معادل انرژی آزاد شده در اثر سوختن یک چوب کبریت است ولی عبارت مذکور تعریف کاملی نیست چرا که میزان دقیق این انرژی بستگی به دمای اولیه آب نیز دارد و به همین دلیل عدد 1055 تقریبی بوده و مقادیر معادل یک بی تی یو طبق تعاریف مختلفی که برای آن ارائه شده است تا 0.5% با یکدیگر اختلاف دارند. در جدول زیر چند تعریف اصلی و معادل یک Btu در واحد ژول مطابق هر کدام از این تعاریف ارائه شده است.

انواع تعاریف Btu و معادل دقیق هر یک در واحد ژول

در نشریات مدرن حوزه انرژی، استفاده از بی تی یو جدول بین ­المللی که گاهی با علامت Btu_IT نشان داده می­شود، مرسوم ­تر است. لذا اعداد ذکر شده در بخش بعد بر اساس این تعریف ارائه شده اند.

تبدیل BTU به سایر واحدها

همان طور که گفته شد بی تی یو یک واحد اندازه گیری انرژی است و آن را می­توان با واحدهایی چون کالری، ژول و وات ساعت مقایسه کرد. یک بی تی یو برابر است با:

• 252 کالری (cal)
• 1 ژول (J)
• 2931 وات ساعت (W.h)

لازم به ذکر است که بی تی یو در بسیاری از مواقع برای نشان دادن توان و به صورت Btu/h به کار برده می­شود. Btu/h با علامت Btuh نیز نشان داده می­شود و گاهی به طور خلاصه و البته اشتباه Btu خوانده می­شود. Btu/h واحد توان بوده و با واحدهایی چون وات، اسب بخار و تن تبرید قابل مقایسه است؛ به طوری که:

• هر وات (W) معادل Btu/h 412 است.
• هر اسب بخار (hP) معادل Btu/h 434 است.
• هر تن تبرید (Ton of Refrigeration) معادل Btu/h 12000 است.

بی تی یو در صنعت تهویه مطبوع

در صنعت تهویه مطبوع از واحد بی تی یو بر ساعت (Btu/h) برای محاسبه بار سرمایشی و همچنین تعیین ظرفیت تجهیزات سرمایشی کوچک خصوصاً کولرهای گازی و داکت اسپلیت ها استفاده می شود. برای مثال، منظور از یک یک کولر گازی یا داکت اسپلیت 24000 آن است که ظرفیت سرمایشی نامی دستگاه 24000 بی تی یو بر ساعت است.

بار سرمایشی

ظرفیت سرمایشی کولر گازی یا داکت اسپلیت باید متناسب با بار سرمایشی فضایی که قرار است در آن نصب شوند انتخاب گردد. منظور از بار سرمایشی میزان حرارت تولید شده در ساختمان یا وارد شده به آن است که برای حفظ دمای محیط داخل ساختمان در محدوده مطلوب باید از ساختمان خارج شود. به طور کلی بار سرمایشی یک ساختمان بسته به شرایط محیط و خود ساختمان دارد و مهم ترین عوامل ایجاد کننده آن عبارتند از:

• تابش خورشید بر پنجره ها، سقف و دیوارها
• هوای گرم بیرون ساختمان
• نفوذ هوا از بیرون
• تهویه ساختمان (تأمین هوای تازه)
• حضور افراد
• دستگاه های الکتریکی اعم از چراغ ها، تلویزیون، یخچال و …
• وسایل حرارتی مثل اجاق گاز، آب گرم کن و …

محاسبه دقیق بار سرمایشی با استفاده از فرمول های استانداردی که در کتب مرجع طراحی سیستم های تهویه ارائه شده اند انجام می گیرد. اما روش های ساده تری نیز برای تخمین بار سرمایشی وجود دارند. برای نمونه می توان از ماشین حساب آنلاین زیر برای محاسبه بار سرمایشی استفاده کرد:

راهنمای محاسبه بی تی یو یا بار سرمایشی

با کلیک بر روی لینک بالا صفحه ای باز می شود که یک ابزار آنلاین برای تخمین بار سرمایشی است و می توان با وارد کردن پارامترهای مختلف، بار سرمایشی یک قسمت از ساختمان را به طور تقریبی محاسبه کرد. این ماشین حساب دارای یک رابط کاربری به شکل زیر است:

همان طور که در شکل مشاهده می شود، این نرم افزار دارای هفت پارامتر ورودی است که بر اساس آن ها بار سرمایشی محاسبه می شود. سه پارامتر اول شامل مساحت قسمت مورد نظر ساختمان، ارتفاع سقف و تعداد نفراتی که در شرایط معمول در آن جا حضور خواهند داشت است.

پارامتر بعدی نوع کاربری قسمت مورد نظر ساختمان است که در شکل زیر گزینه های مختلف آن نشان داده شده اند:

پارامتر پنجم میزان عایق بودن ساختمان را به طور کلی تعیین می کند:

پارامتر بعدی که باید وارد شود میزان تابش خورشید بر ساختمان است:

هفتمین و آخرین پارامتر ورودی نیز نوع آب و هوای منطقه ای است که ساختمان در آن واقع شده است و باید از بین سه گزینه سرد، معتدل و گرم انتخاب شود.

پس از وارد کردن هفت پارامتر ورودی، با فشردن دکمه سبز رنگ Calculate، نرم افزار بار سرمایشی را بر حسب بی تی یو بر ساعت (Btu/h) محاسبه کرده و نمایش می دهد.