انتخاب بویلر ساختمان مسکونی

انتخاب بویلر ساختمان مسکونی از مهمترین بخش های محاسبه و طراحی ساختمان های مسکونی است که این مقاله به طور دقیق به بررسی پارامترهای تاثیر گذار در سایز انواع بویلر و همچنین جداول مربوط به محاسبه این تجهیز پرداخته است.

گرمایش ساختمان

برای انتخاب تجهیزات گرمایشی، سرمایشی و تهویه مطبوع یک ساختمان نیاز است تا بارهای حرارتی مجموعه محاسبه گردند.

موقعیت جغرافیایی، معماری بنا، رفتار ساکنین و … در میزان بار حرارتی تاثیر به ­سزایی دارد. برای مثال دمای آسایش افراد و باز یا بسته نگه داشتن پنجره ­ها و رفت و آمدها می­تواند تا چندین برابر انرژی مصرفی ساختمان را تغییر دهد.

نرم ­افزارهای زیادی برای انجام این محاسبات وجود دارد اما نتایج بدست آمده از این نرم ­افزارها گاهی با میزان واقعی مصرف ساختمان متفاوت است.

در این بخش از مقاله روش محاسبه بار گرمایشی مورد نیاز برای یک ساختمان، بررسی شده و در انتها با تجزیه و تحلیل نتایج بدست آمده، مبادرت به انتخاب بویلر ساختمان مسکونی مناسب شده است.

شرایط طرح

سازه

برای بررسی اتلافات حرارتی، در مرحله اول باید دیواره سازه، جنس و ضخامت لایه­ های مختلف آن را تعیین کنیم. جهت تابش نور خورشید، بار نفوذ از پنجره­ ها و … نیز در بارهای موجود تاثیرگذار هستند. هر چه پنجره­ های یک ساختمان بیشتر باشد به علت بالا بودن ضرایب انتقال حرارت سطوح، تلفات بیشتر می­شود. پس در ابتدای امر نقشه معماری و سازه باید در دست باشد تا برای محاسبه اتلافات از آن استفاده شود.

انتقال حرارت هدایتی از جدار ساده

جداره­ های ساختمان بر حسب اینکه دمای داخل آن­ها کمتر یا بیشتر از دمای خارج باشد همواره مقداری حرارت را منتقل می­ کنند. مقدار این انتقال برای یک جدار ساده از رابطه زیر بدست می­ آید.

انتقال حرارت از جدار مرکب

جداره­ های ساختمان اغلب از لایه­ های آجر، سنگ، گچ، بلوک و … ساخته می­ شوند. در یک دیوار مرکب، مقاومت حرارتی کل از جمع تک­ تک مقاومت لایه­ های دیوار به­ دست می­ آید.

در ساختمان­ها به ازای هر دیواری که با محیط در تبادل گرمایی باشد تلفات باید حساب شود و مقدار کل تلفات برابر با مجموع تلفات حاصل از دیوارهای شمال، جنوبی، شرقی یا غربی است.

ضریب انتقال حرارت (U) برای جنس دیوار بسیاری از ساختمان­ها در دسترس است. اما برای ساختمان­های غیر معمول توسط K ضریب هدایت گرمایی و ضخامت هر بخش از دیوار قابل محاسبه است.

در عمل نیازی به محاسبه نمی­ باشد و می­توان مستقیما از جدول 3 استخراج نمود.

شرایط محیطی

شرایط محیطی در انتخاب بویلر ساختمان مسکونی بسیار تاثیر گذار است و تمام پارامتر های محیطی را در محاسبه سایز دیگ لحاظ می کنیم.

دما

اختلاف درجه حرارت بین داخل و خارج از ساختمان، علت اصلی اتلاف حرارت در ماه­های سرد سال است. هر چه این تفاوت بیشتر باشد، میزان تلفات بالاتر است. درجه حرارت داخل بسیاری از ساختمان­ ها ثایت است چرا که دما توسط ساکنین آن کنترل می­شود، بنابراین اتلاف حرارت هنگامی رخ می­ دهد که هوای بیرون سردتر باشد.

دمای طرح خارج

به میانگین حداقل دمای هوای خارج در زمستان یا حداکثر دمای هوای خارج در تابستان که توسط سازمان هواشناسی در طی چند سال ثبت گردیده است دمای طرح خارج، گفته می­شود.

دمای طرح داخل

شرایط طرح داخل از نظر دما و رطوبت نسبی، در ساختمان­های تجاری و مسکونی بر پایه شرایط آسایش انسان و در کارخانجات معمولا بر اساس شرایط کاری تنظیم می گردد. این دماها در جدول 1 آورده شده است.

جدول 1 شرایط طرح هوای داخل

باد

باد دلیل دوم اتلاف حرارت در طول فصول سرد است. بادهای تندی که در شب­های سرد می­وزد سبب تشدید تلفات می­شود. در واقع، سالانه یک سوم از انرژی گرمایی برای جبران سرمای ناشی از نفوذ هوا صرف می­شود. حال اگر پنجره­ ها نیز در جهات نامناسب طراحی شود خود عامل اصلی افت حرارت در فصل پاییز و زمستان است.

میزان رطوبت

رطوبت نسبی در چگونگی کیفیت هوا و احساس راحتی افراد نقش به سزایی دارد. برای آسایش انسان باید بین دما و رطوبت ارتباط مناسبی برقرار شود به­ طوری که با افزایش دمای خشک، رطوبت باید کاهش یابد و بالعکس. سطح رطوبت بسیار پایین (رطویت نسبی کمتر از 20%) باعث سوزش گلو و خشک شدن بینی در بسیاری از افراد می ­شود.

سطح رطوبت بسیار بالا (رطوبت نسبی بیش از 60%) نیز ناراحت­ کننده می ­باشد، زیرا تعریق بدن محدود می شود.

جدول 2 شرایط طرح داخل زمستانی بر اساس دما و رطوبت مناسب

تاثیر عایقکاری در پیشگیری از اتلاف حرارتی

عایقکاری نقش بسیار مهمی در حفظ انرژی داخلی یک ساختمان دارد. به کمک عایقکاری می­توان یک خانه را در زمستان پنج درجه گرمتر و در تابستان 10 درجه سانتی گراد خنک­ تر نگه داشت. به این ترتیب علاوه بر کم شدن مصرف انرژی، از آلودگی محیط زیست نیز کاسته می­شود و منابع انرژی برای استفاده آیندگان حفظ می شود.

فاکتور مهم در انتخاب عایق ­ها، میزان مقاومت حرارتی آن­ها است. هر قدر این مقاومت بالاتر باشد، عایق حرارت را کمتر از خود عبور می­دهد و صرفه­ جویی ­ای که به همراه دارد افزایش می ­یابد. پس به جای ضخامت عایق­ها، باید مقاومت حرارتی آن­ها با هم مقایسه شود. عایق­ های گوناگون با مقاومت­ های حرارتی برابر، از نظر میزان صرفه­ جویی در انرژی همانند هم هستند و تنها اختلاف آن­ها در قیمت و محل کاربرد است.

به تازگی استفاده از مصالحی که نقش عایق را ایفا می­ کنند، در کشور ما نیز آغاز شده است. این مصالح از تشعشع حرارتی و صدا جلوگیری می­کند.

محاسبات

بررسی بارهای حرارتی در ساختمان برای تعیین تجهیزات موتورخانه، لوله­ کشی­ ها و … از مهم­ترین بخش­های طراحی در فاز صفر پروژه می­باشد. اگر ساختمانی درست طراحی گردد تا حد زیادی می­تواند در انتخاب بویلر ساختمان مسکونی تجهیزات و مصرف انرژی و هزینه ­ها صرفه ­جویی شود.

آب و هوا، رطوبت و درجه حرارت محلی و جهت و ارتفاع ساختمان نیز در محاسبات باید در نظر گرفته شود تا بتوان نوع تجهیزات را انتخاب کرد.

اتلاف سطحی Q1

• تلفات حرارتی سطحی از دیواره ­ها
• تلفات حرارتی سطحی از کف و سقف
• تلفات حرارتی سطحی از پنجره­ ها و درب

تلفات بار نفوذی Q2

بار حرارتی ناشی از آب گرم مصرفی Q3

به طور معمول، بار گرمایشی با توجه به میزان حرارت مورد نیاز در شب­های زمستان محاسبه می­ گردد. بنابراین در تعیین بار گرمایشی، از منابع تولید حرارت داخلی مانند چراغ­ها، لوازم خانگی، ماشین­ آلات و ساکنان چشم­ پوشی می­ شود (حرارت اضافی به عنوان ضریب اطمینان در نظر گرفته می ­شود).

گام اول: محاسبه اتلافات سطحی (Q1)

فرمول اصلی تلفات از جداره در زیر آورده شده:

جدول 3 ضریب انتقال حرارت انواع دیوار

اتلاف حرارتی از سقف

جریان حرارت از جدار یک سقف مانند دیوار بوده، با استفاده از جدول 5 مقدار ضریب انتقال حرارت میزان تلفات سقف را به دست آورده و افت آن محاسبه می­شود. توجه کنید در ساختمان­ های چند طبقه بین طبقات اتلافات صفر است و صرفا طبقه نهایی در محاسبات وارد می­شود.

جدول 5 ضریب انتقال حرارت از سقف­ ها

اتلاف حرارتی از کف و دیوارهای متصل به زمین

در ساختمان­ها معمولا حرارتی که از کف تلف می­شود نسبت به سایر ضلع­های ساختمان کمتر است چرا که زمین به عنوان یک جسم بینهایت دارای دمایی بیشتر از هوای اطرافش است. به همین خاطر در جداول دمایی را برای طراحی زمین در مناطق سردسیر، معتدل و گرمسیر آورده ­اند که می­توان در محاسبات برای کف از آن­ها استفاده کرد.

جدول 4 ضریب انتقال حرارت برای انواع در و پنجره

گام دوم: محاسبه تلفات نفوذی (Q2)

هدف از تهویه هوا جایگزینی آن با هوای تازه می­ باشد. چنین هوایی ممکن است به روش طبیعی از طریق باز و بسته شدن درب­ها و یا وسایل مکانیکی مانند فن­ها به بیرون صورت پذیرد.

در اثر نفوذ هوای سرد از در و پنجره­ ها مقداری گرما تلف می­شود که برای محاسبه آن در سیستم SI از رابطه زیر استفاده می­شود.

جدول 6: ضریب انتفال حرارت از کف

جدول 7 دفعات تعویض هوا در ساعت

لازم به ذکر است در انتخاب بویلر ساختمان مسکونی محاسبات مربوط به تلفات سطحی شرایط برای همه­ ی جداره ­ها صرف نظر از موقعیت آن­ها نسبت به جهت جغرافیایی یکسان در نظر گرفته شده است. در حالی که در واقعیت چنین نیست. به عنوان مثال جداره جنوبی ساختمان­ها به دلیل اینکه در معرض تابش آفتاب قرار دارند گرمتر از جداره ­های شمالی، شرقی و غربی می­ باشند و تلفات حرارتی کمتری خواهند داشت. همچنین طبقات بالاتر به دلیل افزایش سرعت هوا در ان طبقات، دارای تلفات بیشتری نسبت به اتاق­ های پایین­تر می باشند. برای لحاظ کردن این شرایط، ضرایب اضافی برای جهت و ارتفاع در محاسبات وارد می­شوند (طراحی محافظه­ کارانه) که در جدول زیر این ضرایب آورده شده است:

جدول 8 ضریب جهت

جدول 9 ضریب ارتفاع

گام سوم: محاسبه بار حرارتی آب گرم مصرفی (Q3)

در انتخاب بویلر ساختمان مسکونی برای محاسبه بار حرارتی که به منظور تامین آبگرم مصرفی ساختمان به بویلر تحمیل می­شود. لازم است ابتدا درجه حرارت و دبی آبگرم مصرفی تعیین شود.

دمای آب گرم بر حسب مورد مصرف آن متفاوت است. برای مثال دمای آب گرم برای مصارفی همچون توالت، دستشویی و ظرفشویی در ساختمان­های مسکونی بین 48-54 درجه سانتی گراد در نظر گرفته می­شود. این دما برای ماشین­ هایی که کار بخصوصی انجام می­دهند بر حسب نوع کار متفاوت است، دستگاه­ هایی مانند ماشین ظرفشویی یا رخت­شویی با آبگرمی که دمای بیشتری دارد کار می­کند. در بعضی صنایع لازم است بالاترین دمای ممکن در فشار اتمسفر، برای آبگرم مصرفی در نظر گرفت. البته با بالا رفتن دمای آبگرم، میزان تلفات حرارتی از لوله­ های حامل آن بیشتر می­شود که این خود می­تواند عامل محدودکننده­ای در بالا بردن دمای آبگرم باشد. به این دلیل اصولا دمای بیش از 70 درجه سانتی گراد برای آب گرم مصرفی به کار نمی­رود مگر در موارد خاص. در محاسبات بار آب گرم مصرفی در ساختمان­های معمولی اغلب دمای آب ورودی را برابر دمای آب شهر و آب گرم مصرفی را بین 50-60 درجه سانتی گراد در نظر می­گیرند.

دبی آبگرم مصرفی

در انتخاب بویلر ساختمان مسکونی برای تعیین دبی آب مصرفی در ساختمان­های مختلف جداولی توسط انجمن­های مهندسین تاسیسات ارائه شده که استاندارد ایران برای مصرف داخلی کشور آن را بهینه سازی کرده است. جدول 10 و 11 میزان مصرف را بر حسب نوع ساختمان و مقدار لازم برای هر یک از ساکنین یا وسایل بهداشتی ارائه می­دهد.

ضریب تقاضا

میزان آب گرمی که در جداول برای مصارف مختلف پیشنهاد می­شود بر پایه حداکثر مقدار مصرف مستمر در تمام ساعات روز است. ولی بدیهی است که این میزان تقاضا در ساعات مختلف یکسان نیست. یعنی در ساعاتی به بیشترین مقدار و در ساعاتی حتی به صفر می­رسد. از طرف دیگر تمام لوازم بهداشتی همزمان استفاده نمی­شود؛ لذا محاسبات حجم منبع و قطر لوله ­ها با فرض مصرف حداکثر معقول به نظر نمی­رسد. از این رو در هر ردیف جدول 10 ضریبی به نام ضریب تقاضا آورده شده که با ضرب آن ها در میزان مصرف، مقدار منطقی مصرف آب گرم به دست می ­آید.

جدول 10 حداکثر مصرف آبگرم (gph)

جدول 11 آب گرم مصرفی برای هر نفر بر حسب نوع ساختمان

بار آب گرم مصرفی از دو روش زیر محاسبه می­شود:

از روش اول (از جدول 10) بر حسب مقدار مصرف تجهیزات داریم:

ضریب تقاضا x حداکثر مصرف آب گرم در ساعت به ازای هر واحد مصرف آپارتمان = q7

از روش دوم (از جدول 11) بر حسب تعداد نفرات و نوع ساختمان داریم:

ضریب تقاضا x حداکثر مصرف آب گرم در ساعت به ازای هر نفر x تعداد افراد = q7

پس از تعیین دبی آب گرم مصرفی، بار حرارتی آن از رابطه زیر به دست می­ آید:

گام چهارم: محاسبه ظرفیت بویلر

پس از انجام تمامی محاسبات برای انتخاب بویلر ساختمان مسکونی مقدار بارهای حرارتی را با هم جمع نموده و با توجه به راندمان بویلرها و ضریب اطمینان بویلر (جهت تلفات لوله­ کشی و عایقکاری) ظرفیت نهایی دیگ به دست می­ آید. حال بسته به تعداد و ظرفیت می­توان از کاتالوگ، مدل مورد نظر را انتخاب کرد. اگر به طور دقیق ظرفیت مورد نظر در کاتالوگ نباشد باید اولین ظرفیت بزرگتر از آن انتخاب گردد.

همچنین بهتر است از چند بویلر هم ­ظرفیت (یکی به عنوان رزرو) استفاده شود تا زمانی که یکی از بویلرها برای تعمیر موتورخانه و نگهداری موتورخانه از سرویس خارج می­ شود بقیه بتوانند حرارت لازم ساختمان را تامین نمایند.

باید در نظر داشت هیچ دیگ فولادی سه پاسی توان ایجاد راندمان بالاتر از 87% را ندارد و در صورت اعلام فروشنده بویلر (حتی با سند و مدرک) باید دانست که بازی با فرمول­های راندمان و مفهوم کلی راندمان است و صحت علمی ندارد.

تحریریه تیم خدمات فنی مهندسی به فیکس