برای کسانی که در صنعت HVAC هستند، محاسبات بار بخش مهمی از فرآیند طراحی است. مهم است که بارهای طراحی را به درستی محاسبه کنید تا اطمینان حاصل شود که اندازه سیستم به درستی و کارآمد است. این مقاله مروری کوتاه بر فرآیند محاسبه بار HVAC و اهمیت آن دارد.
محاسبات بار برای انواع سیستم های HVAC از مسکونی گرفته تا تجاری و صنعتی ضروری است. هدف اولیه از محاسبات تعیین میزان گرمایش و سرمایش مورد نیاز برای حفظ دمای مطلوب داخلی است. برای انجام این کار، مهندس طراح باید تمام عواملی را که بر بار تأثیر می‌گذارند، مانند اندازه ساختمان، سطوح عایق و تعداد ساکنان در نظر بگیرد.
محاسبات بار همچنین اطلاعاتی را در مورد اجزای سیستمی که برای تطبیق بار محاسبه شده مورد نیاز است، ارائه می دهد. این شامل اندازه و نوع تجهیزات مانند چیلرها و بویلرها و همچنین کانال کشی و لوله کشی مورد نیاز است.
مراحل محاسبه بار
مراحل مورد نیاز برای انجام محاسبات بار HVAC:
- جمع آوری اطلاعات ساختمان:
- نقشه ها، نقشه ها و نقشه های ساختمانی را جمع آوری کنید.
- به موقعیت ساختمان، جهت گیری و نوع ساخت توجه کنید.
- پوشش ساختمان را تعیین کنید:
- اجزای پوشش ساختمان مانند دیوارها، سقف و پنجره ها را شناسایی کنید.
- خواص حرارتی هر جزء، از جمله عایق R-value و U-factor را تعیین کنید.
- مساحت و جهت هر جزء را تعیین کنید.
- شناسایی منابع حرارتی داخلی:
- تعداد سرنشینان و سطح فعالیت آنها را تعیین کنید.
- تجهیزات و وسایل موجود در ساختمان را شناسایی کنید.
- بار روشنایی و برنامه آن را تعیین کنید.
- تعیین شرایط فضای باز:
- داده های تاریخی آب و هوا را برای مکان به دست آورید.
- شرایط طراحی فضای باز را بر اساس استانداردهای ASHRAE تعیین کنید.
- محاسبه سود و تلفات حرارتی:
- از نرم افزار یا محاسبات دستی برای تعیین میزان گرمای بدست آمده یا از دست رفته از طریق هر جزء پوشش ساختمان استفاده کنید.
- گرمای حاصل از منابع داخلی را محاسبه کنید.
- تلفات حرارتی یا سود حاصل از تهویه و نفوذ را محاسبه کنید.
- بارهای گرمایشی و سرمایشی را تعیین کنید:
- برای تعیین بارهای گرمایشی و سرمایشی برای هر اتاق یا منطقه، افزایش و تلفات حرارتی را ترکیب کنید.
- مجموع بارهای گرمایشی و سرمایشی کل ساختمان را محاسبه کنید.
- انتخاب تجهیزات HVAC:
- اندازه مناسب تجهیزات HVAC را بر اساس بارهای گرمایش و سرمایش تعیین کنید.
- کم مصرف ترین تجهیزات را برای ساختمان انتخاب کنید.
- بررسی و تنظیم محاسبات:
- محاسبات را از نظر صحت و کامل بودن بررسی کنید.
- محاسبات را در صورت لزوم بر اساس تغییرات در طراحی ساختمان یا کاربری تنظیم کنید.
هنگامی که محاسبات بار کامل شد، مهندس طراح می‌تواند فرآیند انتخاب تجهیزات و اجزای مناسب برای کار را آغاز کند. اندازه و نوع تجهیزات باید با دقت انتخاب شود تا اطمینان حاصل شود که سیستم به طور موثر عمل می کند و نیازهای دمای داخلی مورد نظر را برآورده می کند.
توجه به این نکته مهم است که محاسبات بار یک فرآیند یکباره نیست. محاسبات باید به صورت دوره ای مورد بازبینی قرار گیرند تا اطمینان حاصل شود که سیستم عملکرد بهینه دارد و هرگونه تغییر در شرایط، مانند تغییر در اشغال، در نظر گرفته می شود.
اهمیت محاسبات بار HVAC را نمی توان اغراق کرد. بدون محاسبات مناسب، سیستم ممکن است به درستی اندازه نباشد و ممکن است کارآمد نباشد. ضروری است که طراحی و محاسبات مناسب انجام شود تا اطمینان حاصل شود که سیستم به درستی کار می کند و نیازهای دمای داخلی مورد نظر را برآورده می کند.
محاسبه دقیق بارهای گرمایشی و سرمایشی برای ایجاد یک پل محکم بین تصمیمات اساسی طراحی ساختمان و یک ساختمان عملیاتی ضروری است. اگر بارها به طور قابل توجهی دست کم گرفته شوند، سرنشینان و کاربران احتمالاً سرد یا گرم خواهند بود. اگر بارها به طور قابل توجهی بیش از حد تخمین زده شوند، اندازه تجهیزات بیش از حد خواهد بود (معمولاً هدر دادن پول، کاهش راندمان، افزایش مصرف انرژی و اغلب آسایش در خطر است). محاسبات دقیق بار بخش مهمی از فرآیند طراحی است. این اهمیت با تکامل مداوم روش‌های محاسبه بار تأکید می‌شود - که به طور پیوسته محاسبات بار را پیچیده‌تر، کمتر بصری‌تر و بیشتر وابسته به رایانه‌ها کرده است.
ضروری است که یک مهندس مبتدی HVAC&R درک خوبی از اصول اولیه مفاهیم محاسبه بار داشته باشد. تکیه کامل به نرم افزار کامپیوتری برای تحلیل بار کار عاقلانه ای نیست. ضرب المثل "زباله داخل، زباله بیرون" به خوبی برای محاسبات بار اعمال می شود.
تجهیزات و سیستم ها از بارهای "طراحی" اندازه گیری می شوند که با استفاده از آماری معنی دار محاسبه می شوند. شرایط آب و هوایی که منعکس کننده آب و هوای محل ساختمان هستند. یک بار گرمایش طراحی نشان دهنده اتلاف حرارت از یک ساختمان تحت یک سری از مفروضات مورد توافق عمومی است. یک بار خنک کننده طراحی، جریان گرما را به داخل ساختمان از طریق پوشش ساختمان و از منابع داخلی، دوباره تحت مجموعه ای از مفروضات پذیرفته شده نشان می دهد. اصطلاح افزایش گرما به طور کلی برای توصیف جریان گرمای تمایز نیافته به یک ساختمان یا فضا استفاده می شود. اصطلاح بار خنک کننده برای توصیف بخشی از افزایش گرما استفاده می شود که بر دمای هوا (بر خلاف مصالح ساختمانی و محتوا) در یک نقطه زمانی معین تأثیر می گذارد. اکثریت قریب به اتفاق سیستم های تهویه مطبوع به طور مستقیم به بارهای خنک کننده از طریق کنترل ترموستاتیک (و فقط به طور غیر مستقیم به افزایش گرما) پاسخ می دهند.
بارها محسوس (متاثیر بر دمای هوا) یا نهفته (تأثیر بر رطوبت نسبی) یا ترکیبی از محسوس و نهان هستند. بارها ممکن است خارجی (گذر از پوشش ساختمان) یا داخلی (از داخل پوشش ساختمان) باشند. بارهای فضایی بر بخش خاصی از ساختمان در یک مقطع زمانی تاثیر می گذارد. بارهای تجهیزات آنهایی هستند که توسط تجهیزات در یک نقطه از زمان مشاهده می شود. بارهای تجهیزات برای اجزای مرکزی ممکن است با مجموع بارهای فضای طراحی به دلیل تنوع (غیر تصادفی) بارها، مانند اتاق های رو به شرق و غرب، برابر نباشد.
بارهای گرمایش و سرمایش محسوس و نهان از انتقال حرارت از طریق پوشش مات ساختمان ناشی می شود. دریافت گرمای خورشیدی از طریق پنجره ها و نورگیرها؛ نفوذ از طریق منافذ در پوشش ساختمان؛ افزایش گرمای داخلی ناشی از روشنایی، افراد و تجهیزات در فضاهای مطبوع. و جریان هوای بیرون برای تهویه و فشار ساختمان. این بارها به طور مفصل در چندین فصل در کتاب راهنمای ASHRAE - مبانی توضیح داده شده است. به طور معمول، محاسبات بار گرمایش طراحی شامل افزایش گرما به فضا نمی‌شود، زیرا تلفات اوج معمولاً در طول شب اتفاق می‌افتد (ساعت‌های خالی برای اکثر ساختمانهای غیرمسکونی). در صورت لزوم، اعتبار گرمایش ممکن است برای بخشی از روشنایی، اشغال و مزایای تجهیزات در نظر گرفته شود - اما نه برای منافع خورشیدی (ساختمانهای گرمایش خورشیدی غیرفعال از این قاعده کلی مستثنی هستند).
توسعه یک تجزیه و تحلیل جامع انرژی ساختمان مستلزم آن است که طراح HVAC&R بارهای زیادی را در نظر بگیرد، به غیر از بار طراحی که در طول یک سال معمولی از عمر یک ساختمان رخ می دهد. این نوع تحلیل به داده های ساعتی آب و هوای یک ساله (به جای شرایط طراحی) و محاسبات قابل توجه برای محاسبه بارها در شرایط خارج از پیک و پاسخ حاصل از تجهیزات به چنین بارهایی نیاز دارد. اگرچه برخی روش‌های دستی وجود دارند که امکان تقریب را فراهم می‌کنند، تحلیل‌های دقیق انرژی به قابلیت‌های شبیه‌سازی رایانه‌ای نسبتاً پیچیده نیاز دارند. نرم افزارهای متعددی وجود دارند که می توانند چنین تحلیل هایی را ارائه دهند، اما اینها اغلب برنامه های تخصصی با منحنی های یادگیری شیب دار هستند.
FREQUENTLY ASKED QUESTIONS
The key factors that affect HVAC load calculations include building envelope characteristics, such as insulation, windows, and walls; internal heat gains from occupants, lighting, and equipment; and external factors like climate, solar radiation, and wind. Other factors, such as occupancy schedules, equipment efficiencies, and ductwork layout, also play a crucial role in determining the accurate HVAC load. A thorough understanding of these factors is essential to perform accurate load calculations.
Sensible heat loads refer to the heat gain or loss that affects the dry-bulb temperature of the air, while latent heat loads refer to the heat gain or loss that affects the humidity of the air. Sensible heat loads are typically associated with heating and cooling, while latent heat loads are associated with dehumidification and humidification. Accurate calculation of both sensible and latent heat loads is essential to ensure proper sizing of HVAC equipment and to maintain comfortable indoor conditions.
Building orientation and layout can significantly impact HVAC load calculations. For example, a building with a large south-facing façade will receive more solar radiation, increasing the cooling load, while a building with a north-facing façade will receive less solar radiation, reducing the cooling load. Additionally, the layout of the building, including the location of windows, doors, and internal partitions, can affect the distribution of heat gains and losses, further impacting the HVAC load calculation.
ASHRAE (American Society of Heating, Refrigerating, and Air-Conditioning Engineers) standards, such as ASHRAE 90.1 and ASHRAE 62.1, provide guidelines and procedures for performing HVAC load calculations. These standards provide detailed methods for calculating heating and cooling loads, including factors such as climate, building envelope, and internal heat gains. Following ASHRAE standards ensures that HVAC load calculations are accurate, reliable, and compliant with industry best practices.
Yes, HVAC load calculations can be performed using software tools, such as computer-aided design (CAD) software, building information modeling (BIM) software, and specialized HVAC load calculation software. These tools can simplify the calculation process, reduce errors, and provide detailed reports and outputs. However, it is essential to ensure that the software is based on industry-recognized standards, such as ASHRAE, and that the user has a thorough understanding of the underlying calculation methods and assumptions.
