کتاب محاسبات بار سرمایی و گرمایی

کتاب محاسبات بار سرمایی و گرمایی نوشته‌ی محمدرضا سلطاندوست را نشر یزدا منتشر کرده است. نویسنده در این اثر کوچک اما فشرده، موضوع محاسبه‌ی بار سرمایش و گرمایش فضاهای ساختمانی را به‌شکل متمرکز دنبال کرده است؛ موضوعی که معمولاً در میان فصل‌های متعدد کتاب‌های تهویه مطبوع و تأسیسات گم می‌شود. در این کتاب، اصول انتقال گرما، روش‌های رسانش، جابه‌جایی و تابش، مفهوم گرمای محسوس و نهان، شرایط طرح داخل و خارج، اجزای بار سرمایی، زمان اوج بار، و نحوه‌ی تحلیل یک مثال واقعی برای یک فضای اداری به‌صورت گام‌به‌گام توضیح داده شده است. متن کتاب از مفاهیم پایه مانند قانون بقای انرژی و تعریف واحدهای گرمایی در دو سیستم انگلیسی و SI شروع می‌کند و به‌تدریج به مباحث تخصصی‌تر مثل ضریب کلی انتقال گرما، اختلاف دمای بار سرمایشی، تأخیر زمانی تابش خورشید در جداره‌ها، محاسبه‌ی بار نفوذ هوا، بار تهویه و در نهایت جمع‌بندی بار کل کوئل سرمایشی می‌رسد. ساختار کتاب به‌گونه‌ای است که خواننده می‌تواند هم مبانی نظری را مرور کند و هم در قالب یک مثال عددی کامل، روند محاسبه را از ابتدا تا انتخاب شرایط هوای رفت و تحلیل سایکرومتریک دنبال کند. نسخه‌ی الکترونیکی این اثر را می‌توانید از طاقچه خرید و دانلود کنید.

درباره کتاب محاسبات بار سرمایی و گرمایی

کتاب محاسبات بار سرمایی و گرمایی با تمرکز بر یک موضوع مشخص، یعنی تعیین بار سرمایش و گرمایش فضاها، نوشته‌ی محمدرضا سلطاندوست است و در چند فصل کوتاه اما پیوسته، مسیر محاسبه را از پایه تا سطح کاربردی پیش برده است. در ابتدای کتاب، نویسنده در مقدمه توضیح داده است که چرا اختصاص یک کتاب مستقل به محاسبات بار، می‌تواند تمرکز و دقت بیشتری نسبت به مطالعه‌ی چند فصل پراکنده در کتاب‌های حجیم تهویه مطبوع ایجاد کند. سپس در فصل اصول انتقال گرما، سه اصل بنیادین انرژی گرمایی، جهت طبیعی جریان گرما و روش‌های انتقال (رسانش، جابه‌جایی و تابش) تشریح شده است. مثال کنوکتور آب گرم، برای نشان‌دادن هم‌زمان هر سه روش انتقال گرما به‌کار رفته و خواننده با مفاهیمی مانند سیال حامل انرژی، نقش هوا و آب گرم، و تابش فروسرخ آشنا می‌شود. در ادامه، فصل اندازه‌گیری گرما به معرفی واحدهای Btu، کیلوژول، کیلوکالری، کیلووات و ارتباط آن‌ها با نرخ انتقال گرما در تجهیزات سرمایشی و گرمایشی اختصاص یافته است. فصل گرمای محسوس و نهان نیز با مثال‌هایی از تغییر حالت آب و نقش رطوبت هوا، زمینه‌ی ورود به بحث تهویه مطبوع و نمودار سایکرومتریک را فراهم کرده است. کتاب محاسبات بار سرمایی و گرمایی در فصل‌های بعدی وارد جزئیات طراحی می‌شود و اجزای بار سرمایش را به‌صورت طبقه‌بندی‌شده بررسی می‌کند: بارهای رسانشی و تابشی از طریق بام، دیوارها، پنجره‌ها و نورگذرها، بار ناشی از افراد، روشنایی، تجهیزات، نفوذ هوا و تهویه. نویسنده با طرح یک مثال مشخص برای یک فضای اداری (اتاق شماره ۱۰۱ با کاربری اداری، تعداد نفرات، ابعاد، نوع دیوار، بام و پنجره‌ها، و موقعیت جغرافیایی سنت لوئیز میسوری) نشان داده است که چگونه باید شرایط طرح داخل و خارج را انتخاب کرد، ضریب کلی انتقال گرما (U) را برای جداره‌های چندلایه از روی مقاومت‌های گرمایی محاسبه کرد، و اثر تابش خورشید و تأخیر زمانی آن را با استفاده از اختلاف دمای بار سرمایشی (CLTD) در نظر گرفت. فصل‌های میانی کتاب به موضوعاتی مانند تعیین ضریب کلی انتقال گرما برای دیوار و سقف، محاسبه‌ی انتقال گرما از جدار، تحلیل زاویه‌ی تابش خورشید در طول روز، تأخیر زمانی بین جذب و بازپس‌دهی گرما در مصالح، محاسبه‌ی گرمای تابشی از شیشه‌ها با استفاده از ضریب بار سرمایش خورشید (SCL) و ضریب سایه (SC)، و سپس تعیین بار گرمایی ناشی از افراد، روشنایی و تجهیزات اختصاص یافته است. در بخش‌های پایانی، کتاب به محاسبه‌ی بار نفوذ هوا با روش تعویض هوا، تعیین بار تهویه بر اساس استانداردهای دبی هوای تازه، جمع‌بندی بارهای محسوس و نهان فضا و کوئل، و در نهایت تعیین دبی هوای رفت و شرایط هوای ورودی کوئل با کمک نمودار سایکرومتریک و نسبت گرمای محسوس (SHR) پرداخته است.

خلاصه کتاب محاسبات بار سرمایی و گرمایی

کتاب محاسبات بار سرمایی و گرمایی ابتدا چارچوب مفهومی محاسبات را می‌سازد و سپس آن را در قالب یک مثال عددی کامل پیاده می‌کند. در بخش مفهومی، نویسنده سه اصل انتقال گرما را یادآوری کرده است: انرژی گرمایی از بین نمی‌رود و فقط منتقل می‌شود، جهت طبیعی انتقال از دمای بالاتر به دمای پایین‌تر است، و این انتقال از سه مسیر رسانش، جابه‌جایی و تابش رخ می‌دهد. سپس با تعریف واحدهای مختلف انرژی و توان گرمایی در دو سیستم انگلیسی و SI، زمینه برای بیان «بار» به‌عنوان نرخ انتقال گرما در واحد زمان فراهم شده است. مفهوم گرمای محسوس و نهان، و نقش آن‌ها در تهویه مطبوع و ایجاد آسایش حرارتی، بخش دیگری از این چارچوب است؛ جایی که نشان داده شده کاهش دمای خشک هوا به معنای کاهش گرمای محسوس و کاهش رطوبت هوا به معنای کاهش گرمای نهان است. در ادامه، کتاب وارد محاسبه‌ی اجزای بار سرمایی یک فضا می‌شود. ابتدا تعریف می‌شود که بار سرمایی نرخ گرمایی است که باید از فضا گرفته شود تا دمای خشک و رطوبت نسبی داخل ثابت بماند. سپس منابع گرما فهرست می‌شوند: رسانش از دیوارها، بام، کف و جداره‌های مشترک؛ تابش از پنجره‌ها و نورگذرها؛ گرمای ناشی از افراد، روشنایی و تجهیزات؛ و گرمای ناشی از نفوذ هوا از درزها. برای هرکدام، روابط محاسباتی مشخصی ارائه شده است. ضریب کلی انتقال گرما (U) برای جداره‌های چندلایه از مجموع مقاومت‌های گرمایی لایه‌ها و لایه‌های هوای دو طرف به‌دست می‌آید و در رابطه‌ی Q = U·A·ΔT به‌کار می‌رود. وقتی جداره تحت تابش خورشید است، به‌جای اختلاف دمای واقعی، از اختلاف دمای بار سرمایشی (CLTD) استفاده می‌شود که اثر تابش، رنگ سطح، عرض جغرافیایی، ساعت و روز سال را در خود دارد. برای شیشه‌ها، گرمای تابشی با رابطه‌ی Q = A·SC·SCL محاسبه می‌شود که در آن SCL از جداول وابسته به جهت و زمان و SC از نوع شیشه و قاب به‌دست می‌آید. بخش بعدی کتاب به بارهای داخلی می‌پردازد. گرمای محسوس و نهان ناشی از افراد بر اساس سطح فعالیت از جدول استخراج می‌شود و با درنظرگرفتن ضریب بار سرمایش افراد (که تأخیر جذب و بازپس‌دهی گرما توسط سطوح و مبلمان را نشان می‌دهد) اصلاح می‌شود. روشنایی بر اساس توان الکتریکی و نوع چراغ (مثلاً فلورسنت با بالاست مغناطیسی) به گرمای محسوس تبدیل می‌شود و تجهیزات اداری یا به‌صورت جزئی از جدول و یا به‌صورت سرانگشتی بر حسب وات بر واحد سطح در نظر گرفته می‌شوند. سپس کتاب به نفوذ هوا می‌رسد و با روش تعویض هوا، دبی هوای نفوذی را از حجم اتاق و تعداد دفعات تعویض در ساعت محاسبه می‌کند. بار محسوس و نهان این هوا با استفاده از اختلاف دمای خشک و اختلاف نسبت رطوبت هوای داخل و خارج و ضرایب 1.085 و 0.7 محاسبه می‌شود. در گام بعد، بار تهویه به‌عنوان هوای تازه‌ی الزامی بر اساس استانداردهای دبی هوای تازه به ازای هر نفر تعیین می‌شود و مشابه نفوذ، بار محسوس و نهان آن محاسبه می‌شود. سپس همه‌ی بارهای محسوس و نهان در جدولی جمع‌بندی می‌شوند تا بار کل فضا و بار کل کوئل به‌دست آید. در مثال فضای اداری، نتیجه این است که کوئل باید توان دفع گرمای محسوس و نهان مشخصی داشته باشد و بار کوئل از بار فضا بیشتر است چون بار تهویه نیز به آن افزوده شده است. در پایان، کتاب به تعیین دبی هوای رفت می‌پردازد؛ ابتدا با رابطه‌ی Qs = 1.085·CFM·(T_room – T_supply) یا معادل SI آن، و سپس با تحلیل سایکرومتریک. نسبت گرمای محسوس (SHR) از تقسیم بار محسوس بر بار کل به‌دست می‌آید و خط SHR روی نمودار سایکرومتریک ترسیم می‌شود. با مشخص‌کردن شرایط هوای داخل، هوای بیرون و هوای مخلوط (بر اساس درصد هوای تازه و برگشت)، منحنی کوئل و خط SHR یکدیگر را قطع می‌کنند و دمای هوای رفت از این نقطه خوانده می‌شود. در صورت تفاوت با دمای مفروض، دبی هوای رفت اصلاح می‌شود. کتاب در نهایت نشان داده است که چگونه از جمع‌بندی بارها به انتخاب شرایط هوای رفت و دبی هوا و سپس ادامه‌ی طراحی سیستم تهویه مطبوع رسید.

چرا باید کتاب محاسبات بار سرمایی و گرمایی را بخوانیم؟

به محاسبات بار سرمایی و گرمایی می‌توان به‌عنوان یک راهنمای فشرده برای تمرکز بر یک حلقه‌ی کلیدی در طراحی تهویه مطبوع نگاه کرد؛ حلقه‌ای که اگر به‌درستی انجام نشود، انتخاب ظرفیت تجهیزات، دبی هوا و حتی تحلیل آسایش حرارتی دچار خطا می‌شود. این کتاب با کنارگذاشتن حواشی متنوع تأسیسات، فقط روی محاسبه‌ی بار تمرکز کرده است و همین تمرکز باعث شده اجزای مختلف بار، از رسانش و تابش جداره‌ها تا نفوذ هوا و تهویه، به‌صورت طبقه‌بندی‌شده و با روابط مشخص ارائه شود. خواننده در طول مطالعه، نه‌تنها فرمول‌ها را می‌بیند، بلکه می‌بیند هر ضریب از کجا آمده، چه فرض‌هایی پشت آن است و در چه شرایطی می‌توان آن را ساده‌تر در نظر گرفت. ویژگی دیگر این کتاب، استفاده‌ی پیوسته از یک مثال واقعی برای یک فضای اداری است که از ابتدا تا انتها همراه متن حرکت می‌کند. این مثال کمک کرده است که مفاهیمی مانند CLTD، SCL، ضریب سایه، ضریب کلی انتقال گرما، ضریب بار سرمایش افراد، روش تعویض هوا، و تحلیل سایکرومتریک، از حالت انتزاعی خارج شود و در قالب اعداد مشخص دیده شود. خواننده می‌تواند روند محاسبه را دنبال کند و ببیند چگونه از اطلاعات معماری (ابعاد، نوع دیوار، نوع شیشه، تعداد نفرات، نوع فعالیت) به بار کل کوئل می‌رسد. همچنین بخش‌های مربوط به نسبت گرمای محسوس و تعیین دمای هوای رفت روی نمودار سایکرومتریک، برای کسانی که با نمودار کار می‌کنند، یک مرور منظم و کاربردی است. این کتاب برای کسانی که می‌خواهند در زمان محدود، یک تصویر منسجم از فرایند محاسبه‌ی بار سرمایی و گرمایی به‌دست آورند، گزینه‌ای متمرکز و روشن فراهم کرده است.

خواندن این کتاب را به چه کسانی پیشنهاد می‌کنیم؟

مطالعه‌ی محاسبات بار سرمایی و گرمایی به دانشجویان و هنرجویان رشته‌های تاسیسات، مکانیک حرارت و سیالات و معماری که درگیر درس تهویه مطبوع هستند پیشنهاد می‌شود. همچنین به تکنسین‌ها و طراحان تازه‌کار سیستم‌های سرمایش و گرمایش ساختمان که می‌خواهند روند محاسبه‌ی بار را به‌صورت گام‌به‌گام و عددی مرور کنند توصیه می‌شود. مهندسان شاغل در حوزه‌ی اجرا و نظارت که نیاز به یک منبع جمع‌وجور برای یادآوری مفاهیم CLTD، SCL، نفوذ هوا، تهویه و تحلیل سایکرومتریک دارند نیز می‌توانند از این کتاب بهره ببرند.