نحوه محاسبات برای گرمایش از کف

برای کسب اطلاعات در مورد طراحی و نکات نصب گرمایش از کف به مقاله “طراحی و نکات مهم در اجرای گرمایش از کف” مراجعه نمایید.

مرحله اول: محاسبه بار حرارتی مورد نیاز

برای محاسبه مقدار بار حرارتی محیط مورد نظر ابتدا باید میزات تلفات و تبادلات انرژی حرارتی در قسمت های مختلف بنا را محاسبه کرد. پس از آن از مقدار به دست آمده برای محاسبه بار حرارتی کل ساختمان استفاده کرد. تلفات و انتقالات حرارتی از راه های مختلفی مثل پنجره ها، درها، دیوارها و هوای نفوذی از درزهای بنا می تواند انجام بگیرد.

برای محاسبه تلفات حرارتی در سیستم گرمایش از کف ما به دو مولفه نیاز داریم

• • فرمول Q1 نشان دهنده تلفات حرارتی جداره ها است
• • فرمول Q2 اندازه تلفات حرارتی به دلیل نفوذ هوا یا تهویه را تثبیت می کند

1. فرمول نحوه محاسبه Q1 یا اندازه تلفات حرارتی جداره ها

(Q=UA(ti-to

بار حرارتی بر حسب Q= Btu⁄hr

مساحت جداره برای در یا پنجره بر حسب A= ft2

  ضریب کلی انتقال حرارت بر حسب U= Btu/ft2 hr.fo

 دمای داخلی بر حسب ti= F

 دمای خارجی بر حسب to= F

فرمول محاسبه انتقال حرارت از کف در سیستم گرمایش از کف

دو راه انتقال حرارت از کف در سیستم گرمایش از کف

• انتقال حرارت از کف قرار گرفته رو یا دیوار زیر زمین با خارج از ساختمان

این مقدار انتقال حرارت در سیستم گرمایش از کف، بین کف قرار گرفته روی زیر زمین یا دیوار زیر زمین و خارج از ساختمان بسیار ناچیز بوده و در طول سال ثابت می باشد. در واقع می شود از آن صرف نظر کرد.

با این وجود می توانید مقدار این تلفات انرژی را در جدول زیر ملاحظه کنید.

• انتقال حرارت بین کف روی زمین با خارج از ساختمان

انتقال حرارت از کف واقع بر روی زیر زمین با مقدار هوای بیرون از ساختمان میزانی است که باید آن را بر اساس فرمول زیر حساب کرد و در محاسبه بار حرارتی ساختمان لحاظ شود.

(Q=0.6P(ti-to)+0.05A(ti-tg

  اتلاف حرارت از کف قرار گرفته روی زمین بر حسب Q=Btu⁄hr

 طول محیط در معرض هوای بیرون بر حسب فوت =P

 دمای داخل فضا بر حسب ti= F

 دمای خارج از فضا بر حسب to= F

 مساحت کف بر حسب A= ft2

 دمای زمین بر اساس جدول بر حسب tg= F

محاسبات Q2 یا تلفات حرارتی ناشی از نفوذ هوای بیرون

میزان در رفت حرارتی حاصل از ورود هوای بیرون به داخل بنا بسیار زیاد است. پس نمی توان از میزان آن در محاسبه بار حرارتی بنا چشم پوشی نمود. برای محاسبه مقدار تلفات حرارتی ناشی از نفوذ هوای بیرون از دو شیوه به نام های روش درزی و روش حجمی استفاده می شود.

• روش درزی محاسبه تلفات حرارتی ناشی از نفوذ هوای بیرون

در این روش تمام درزهای ساختمان از قبیل پنجره ها، در و تمام درزهایی که با فضای بیرون ازساختمان در تماس هستند بر حسب فوت اندازه گرفته شده و در جدول زیر قرار داده می شود.

• روش حجمی محاسبه هدر رفت حرارتی ناشی از نفوذ هوای بیرون

از روش حجمی برای محاسبه هدر رفت حرارتی در ساختمان هایی به کار گرفته می شود که از وسایل تهویه استفاده نشده است. در ضمن چنین فرض می کنیم که مقدار هوای داخلی اتاق بسته به دیوارهایی است که در مجاورت با هوای خارج در اثر نفوذ بین 0/5 تا 2 بار در ساعت است.   

2. فرمول نحوه محاسبه Q2 یا تلفات ناشی از نفوذ هوا

Q2=0.0749 V×0.241(ti-to)

 حجم هوای نفوذی بر حسب-فوت مکعب بر ساعت V= CFH

V=v×n

 حجم اتاق بر حسب v=ft3

 دفعات تعویض هوای اتاق =n

 بار حرارتی ناشی از نفوذ حرارتی بر حسب Q2=Btu⁄hr

  جرم مخصوص هوا در شرایط استاندارد بر حسب 0.0749=ib/ft3

 جرم مخصوص هوا در شرایط استاندارد بر حسب 0.241=Btu/ib.f

فرمول نهایی محاسبه بار گرمایی و هدر رفت کلی حرارتی در یک سیستم گرمایش از کف

QR=(Q1+Q2)×K

در این فرمول K یک ضریب اطمینان و جبران اشتباه بین 10 تا 20 درصد می باشد. به عبارتی باید مجموع بارهای حرارتی را در 1/1 یا 1/2 ضرب کنیم. مقدار Qr بار حرارتی هر اتاق در سیستم گرمایش از کف می باشد که برای محاسبه این سیستم باید حساب شود.

مرحله دوم: محاسبه شار حرارتی لازم برای سیستم گرمایش از کف

یکی دیگر از پارامترهای مهم که باید برای محاسبه سیستم گرمایش از کف در نظر داشته باشیم، میزان شار حرارتی لازم گرمایش از کف است. با کمک شار حرارتی دیگر مجهولات برای اجرایی کردن این سیستم از قبیل سایز لوله، طول لوله، فواصل لوله و دبی پمپ گرمایش نیز به دست می آیند.

اگر تلفات حرارتی ساختمان را محاسبه نکنید، نمی توانید شار حرارتی لازم برای سیستم گرمایش از کف را نیز محاسبه کنید.

شار حرارتی یا گرمایی (Heat Flux) به مقدار انرژی حرارتی منتقل شده در واحد زمان و بر واحد سطح گفته می شود. شار حرارتی با نماد q نمایش داده می شود. واحد آن در دستگاه بین المللی یکاها، وات بر متر مربع می باشد. نرخ گرما کمیت نرده ای می باشد. ولی شار گرمایی کمیت برداری است.

فرمول محاسبه شار حرارتی

شار حرارتی به معنای مقدار حرارت مورد نیاز بر واحد سطح است. می توان با محاسبه مقدار تلفات حرارتی در ساختمان با ضریب 10 یا 20 درصد، مقدار شار حرارتی را بر اساس فرمول زیر به راحتی محاسبه کرد.

(qo=QBtu/hr/Area(m2

در این فرمول اندازه حرارت مورد نیاز برای گرمایش بنا بر حسب btu/hr بوده و مساحت سطح که با Area نشان داده شده، بر حسب متر مربع است.

محاسبه فاصله و سایز لوله گرمایش از کف

پارامتر بعدی که باید هنگام طراحی سیستم گرمایش از کف به آن دقت شود، میزان سایز لوله در کنار حداکثر فاصله لوله در گرمایش از کف است. اگر فاصله لوله ها به درستی رعایت نشود، دمای مطلوب از این سیستم دریافت نمی شود.

طراحی اغلب ساختمان های مسکونی و مراکز کم جمعیت تجاری، با لوله سایز 12-16 انجام می گیرد.

توجه به فاصله لوله ها از یکدیگر و سایز آن ها در گرمایش از کف مسئله مهمی است. متاسفانه تنها به این دلیل که لوله ها گران هستند از سمت برخی مجریان تاسیساتی مورد توجه قرار نمی گیرد. به همین خاطر نیز طول لوله ها را کم کرده و یا قطر آن را کاهش می دهند.

محاسبه فاصله بین لوله ها در گرمایش از کف در حالت های مختلف

فاصله و نیز سایز لوله گرمایشی را با کمک جدول زیر و در شرایط مختلف بنا به راحتی محاسبه می شود.

محاسبه فاصله و سایز لوله ها با توجه به شار حرارتی

می توان با یک روش دیگر با کمک شار حرارتی به دست آمده در فرمول مربوط به این پارامتر، سایز لوله ها و حتی فواصل لوله ها را نیز تعیین کرد.

محاسبه طول لوله گرمایش از کف

همانطور که سایز لوله ها و فاصله آن ها از یکدیگر قابل اهمیت است طول لوله های به کار رفته در این سیستم نیز دارای اهمیت زیادی می باشد. برای مثال ما نمی توانیم یک مدار بسیار طولانی از لوله های پنج لایه در کف بنا تعبیه کنیم. زیرا پمپ سیرکولاتور نمی تواند فشار آب مورد نیاز برای این اندازه لوله را فراهم نماید.

فاصله بین لوله ها در مجاورت دیوار سرد ساختمان کمتر می باشد. هر چقدر به مرکز زون می رسیم این فاصله بیشتر می شود. علاوه بر این حداکثر مجاز طول یک مدار لوله در سیستم بین 80 تا 100 متر می باشد.

طول زیاد لوله ها در سیستم گرمایش از کف موجب می شود تا دمای آب در طول لوله کم شود و سیستم بازدهی بسیار کمی داشته باشد.

محاسبه مقاومت حرارتی پوشش گرمایش از کف

مقاومت حرارتی با مقدار ضخامت رابطه مستقیم دارد. به عبارتی هرچه ضخامت یک سطح بیشتر شود، مقاومت حرارتی در سیستم گرمایش از کف نیز بیشتر می شود.

چنانچه مقاومت حرارتی در گرمایش از کف محاسبه نشود، ممکن است در حالت افزایش مقاومت حرارتی در زمان راه اندازی سیستم، زمان زیادی طول بکشد تا گرمایش به ساکنین برسد. 

چنانچه در پوشش کف از ترکیب مصالح مختلف استفاده شد، باید مقاومت حرارتی تمامی آن ها با یکدیگر جمع شود. اما نباید مجموع مقاومت حرارتی بیش از 2.5ft2.h.f شود.

با توجه به جدول ارائه شده در این قسمت مناسب ترین کف پوش برای سیستم گرمایش از کف که دارای کمترین مقاومت حرارتی بوده و در نتیجه می تواند بیشترین صرفه جویی در انرژی را داشته باشد، سنگ مرمر با مقاومت حرارتی 0.8 است.

کف پوش سرامیک درجایگاه بعدی میزان مقاومت حرارتی قرار دارد. بنابراین می توان بعد از سنگ مرمر از سرامیک کف پوش هم در ساختمان استفاده کرد.

محاسبه میانگین دمای آب سیستم گرمایش از کف

میانگین دمای آب سیستم گرمایش از کف با توجه به پارامترهای مختلفی از جمله شار حرارتی یا گرمایی مورد نیاز و مقاومت حرارتی سطح گرمایش از کف با کمک نمودار زیر قابل محاسبه است.

میانگین دمای آب سیستم گرمایش از کف با توجه به پارامترهای شار گرمایی مورد نیاز و مقاومت حرارتی سطح گرمایش از کف و استفاده از نمودار زیر قابل محاسبه است . به طور کلی حداکثر میانگین دمای آب در سیستم گرمایش از کف با ورقه بتونی ºF 140 (ºC 60) می باشد .

حداکثر میانگین دمای آب گرم ورودی به سیستم گرمایش از کف با ورقه بتونی 55 درجه سانتی گراد و حداکثر دمای کف که آسایش را برای ما تعیین می کند، 29 درجه سانتی گراد می باشد.

محاسبه پمپ گرمایش از کف

آخرین پارامتری که باید برای طراحی سیستم گرمایش از کف محاسبه کرد، میزان دبی یا جریان سیال در پمپ گرمایش از کف است. نه تنها در سیستم گرمایش از کف بلکه در تمام سیستم های آب گرم، دبی پمپ سیرکولاتور گرمایشی تابعی از بار حرارتی سیستم است.

دبی پمپ با توجه به شرایط محیطی و موقعیت جغرافیایی متغیر می باشد. در سیستم گرمایش از کف اختلاف دمای رفت و برگشتی آب درون لوله ها 15 درجه فارنهایت در نظر گرفته می شود.

با این اوصاف فرمول محاسبه جریان سیال یا دبی پمپ سیرکولاتور گرمایش از کف به صورت زیر است.

Q(gpm)=Btu/hr/7500

در این فرمول Btu/hr همان بار حرارتی کلی ساختمان است که قبلا نحوه محاسبه آن توضیح داده شده است.

جدول نهایی از تخمین پارامترهای موثر در کاربری مسکونی سیستم گرمایش از کف

جدول نهایی از تخمین پارامترهای موثر در کاربری تجاری سیستم گرمایش از کف

شما می توانید با کمک نرم افزارهای موجود، سیستم گرمایش از کف ساختمان خود را به راحتی طراحی کرده و محاسبات مورد نیاز را انجام دهید.

نرم افزار Carrier یکی از این مدل ابزارهای محاسباتی و طراحی سیستم گرمایش از کف می باشد، که بیشتر توسط مهندسین تاسیساتی مورد استفاده قرار می گیرد.

نمونه ای از لوله کشی برای گرمایش از کف