بار برودتی یا بار سرمایشی (Cooling Load) و نحوه محاسبه آن

کیفیت و شرایط محیط فعالیت و زندگی انسان تاثیر مستقیمی بر نحوه عملکرد، اعصاب و روان، وضعیت فیزیکی و تمام شئون زندگی او دارد. از آنجا که بخش مهم و عمده زندگی انسان در داخل ساختمان های مسکونی، اداری یا تجاری و صنعتی و یا حتی مراکز عمومی می گذرد، ایجاد شرایط مطلوب زیست محیطی در این ساختمان ها الزامی است. بهترین و مجلل ترین ساختمان ها نیز در صورت عدم دارا بود سامانه تهویه مطبوع مناسب غیر قابل سکونت و تحمل هستند. از همین روست که به تعداد و تنوع و تکنولوژی سیستم های تهویه مطبوع روز به روز افزوده می گردد.

سرمایش و گرمایش

سیستم های تهویه مطبوع عمدتاً برای سرمایش و گرمایش طی فصول گرم و سرد سال طراحی شده اند. لیکن در خلال این دو وظیفه عمده، اهداف کنترل رطوب، تنظیم سرعت و جهت حرکت جریان هوای محیط، فیلتراسیون هوا و زدایش آلاینده ها، گرد و غبار و بو از آن و در برخی از موارد، حذف باکتری ها و میکروب ها از سیستم را نیز دنبال می نمایند. اما برای انتخاب و به عبارتی سایزینگ (Sizing) این سامانه ها نیاز به محاسباتی است تا:

• راندمان عملکرد سیستم به حداکثر میزان آن ارتقا یابد
• در مصرف انرژی برق صرفه جویی گردد
• و عمر مفید سیستم نیز به صورت استاندارد باقی بماند و زود دچار آسیب نشود.

بدین منظور لازم است سیستم تهویه مطبوع مناسب بر اساس ظرفیت هوادهی بر حسب CFM یا BTU یا سایر واحدهای بریتیش انتخاب گردد. برای انتخاب سیستم تهویه مطبوع ایده آل برای یک ساختمان نمونه نیز لازم است از پارامتر بار برودتی یا بار سرمایشی (Cooling Load) ساختمان کمک گرفته شود. البته در کنار این کمیت، بار حرارتی (Heating Load) نیز می تواند مطرح گردد که در ادامه بدان ها پرداخته خواهد شد.

بار برودتی یا بار سرمایشی (Cooling Load)

بار برودتی ساختمان عبارت است از میزان حرارت یا نرخ گرمایی که سیستم تهویه مطبوع به خارج از ساختمان هدایت می کند تا درجه حرارت و شرایط محیط به حالت نرمال و ایده آل خودش برسد. شرایط رفاه و دمای رفاه برای فصول مختلف متفاوت بوده و می تواند برای اقلیم های جغرافیایی مختلف نیز جداگانه عنوان گردد. اما به صورت تقریبی می توان چنین در نظر گرفت که، درجه حرارت و شرایط رفاه (thermal comfort) در زمستان در حدود ۲۰-۲۳ درجه سانتی گراد و در تابستان ۲۳-۲۶ درجه سانتی گراد بوده، و میزان رطوبت لازم برای شرایط آسایش نیز در حدود ۴۰-۳۰% می باشد.

اعمال این شرایط رفاه می تواند تاثیر بسزایی در راندمان عملکرد پرسنل در سیستم های ادارای یا کیفیت زندگی افراد در محیط زندگی داشته باشد. درجه حرارت بالاتر از این رنج آسایش سبب افت عملکرد افراد شده و روی سیستم عصبی آن ها تاثیر می گذارد. به علاوه، می تواند باعث احساس خستگی در افراد نیز بشود. دمای پایین تر از این محدوده نیز می تواند با ایجاد احساس کرختی و سستی از بازدهی افراد بکاهد.

بار برودتی یا بار سرمایشی (Cooling Load)

فاکتورهای بسیاری می توانند روی بار برودتی یا بار سرمایشی یک ساختمان موثر باشند و در محاسبات مربوط به آن دخیل باشند. برای مثال، نوع طراحی ساختمان، نحوه تابش نور آفتاب به ساختمان و میزان انرژی تشعشعی (Radiation) دریافتی از آن و مواردی از این دست …

عوامل تاثیرگذار بر بار برودتی یا بار سرمایشی

• شرایط اقلیمی و جغرافیایی ای که ساختمان در آن واقع شده است
• شرایط آب و هوایی (نظیر میانگین درجه حرارت و رطوبت و …) محیط
• مشخصات فنی ساختمان نظیر نحوه طراحی، مصالح مورد استفاده در ساخت، هندسه ساختمان و …
• لوکیشن ساختمان و نحوه جهت گیری و نور گیری آن
• نحوه طراحی فضاهای داخلی ساختمان و به ویژه محیط های مورد تهویه
• سیامانه تهویه مطبوع مورد استفاده
• و بسیاری از پارامترهای دیگر …

معیارهای محاسبه بار برودتی یا بار سرمایشی

در محاسبات مربوط به بار برودتی فاکتورها و معیارهای بسیار زیادی دخیل هستند که عملاً محاسبات دقیق و بدون خطا را غیر ممکن می سازد. برای انجام این محاسبات اغلب از روش های استاندارد انجمن تهویه مطبوع امریکا یا ASHRE (برگرفته از American Society of Heating, Refrigerating and Air Conditioning Engineers) استفاده می گردد و دیاگرام های این استاندارد نیز می تواند بسیار کار آمد باشد. شرایط طراحی و محاسباتی به کار رفته در روش و اسلوب های پیشنهادی ASHRE بر اساس ماکزیمم دمای خشک و تر است.

پارامترها و بارهای دخیل در محاسبات باربرودتی یا بار سرمایشی

قبل از پرداختن به این پارامترها لازم است اصطلاحات و فرایندهای فیزیکی مورد استفاده در این محاسبات به اختصار بیان شوند. در حالت کلی در یک ساختمان، مکانیسم های انتقال حرارت می تواند به چهار شکل زیر انجام پذیرد:

• انتقال حرارت تشعشعی (Radiation)
• انتقال حرارت هدایتی (Conduction)
• انتقال حرارت از طریق منابع داخلی سیستم
• و انتقال حرارت ناشی از جریان های ورودی به سیستم از خارج

در حقیقت می توان دو منبع حرارتی یا بردوتی برای یک ساختمان در نظر گرفت که به صورت بارهای خارجی و بارها و فاکتورهای داخلی شناخته می شوند.

پارامترها و بارهای دخیل در محاسبات باربرودتی یا بار سرمایشی

پارامترها و بارهای خارجی

• بار تشعشعی پنجره ها
• بار هدایتی پنجره ها
• بار هدایتی دیوارها و سقف
• بار تشعشعی جداره ها و سقف
• و بار ناشی از تهویه

پارامترهای داخلی

• بار حرارتی افراد حاضر در محیط
• تجهیزات روشنایی و الکتریکی
• و بار حرارتی تجهیزات گرمازا

البته معیار و کمیت به دست آمده از محاسبات با در نظر گرفتن فاکتورها و بارهای فوق الذکر نمی تواند دقیق و بدون خطا باشد، چرا که علاوه بر پارامترهای عنوان شده بسیاری از عوامل دیگر نیز می توانند در بار برودتی ساختمان دخیل باشند. به علاوه، محاسبه کمی هریک از بارهای عنوان شده نیز به صورت دقیق امکان پذیر نمی باشد. از این رو، همواره از یک ضریب تصحیح (Safety Factor) برای برآوردهای انجام شده استفاده می گردد.

محاسبات بار برودتی یا بار سرمایشی

محاسبات بار برودتی یا بار سرمایشی

سه روش برای محاسبه بار برودتی ساختمان وجود دارد:

• محاسبه بار برودتی بر اساس نوع کاربری و مساحت ساختمان

محاسبه بار برودتی بر اساس نوع کاربری و مساحت ساختمان

• محاسبه بار برودتی بر اساس هوای تازه

محاسبه بار برودتی بر اساس هوای تازه

• محاسبه بار برودتی بر اساس حجم فضا

محاسبه بار برودتی بر اساس حجم فضا

که می توان پارامترهای متغیر را با استفاده از جداول ارائه شده محاسبه کرده و بار برودتی یا سرمایشی ساختمان مورد نظر را محاسبه نمود. برای انتخاب سیستم تهویه مطبوع کافی است بار برودتی به دست آمده بر اساس BTU را با ظرفیت سیستم تهویه مطبوع مورد نظر تطبیق دهید.