مقاله محاسبه گرمایش درساختمان

توجه : به همراه فایل word این محصول فایل پاورپوینت (PowerPoint) و اسلاید های آن به صورت هدیه ارائه خواهد شد

  مقاله محاسبه گرمایش درساختمان دارای ۱۰۷ صفحه می باشد و دارای تنظیمات در microsoft word می باشد و آماده پرینت یا چاپ است

فایل ورد مقاله محاسبه گرمایش درساختمان  کاملا فرمت بندی و تنظیم شده در استاندارد دانشگاه  و مراکز دولتی می باشد.

توجه : در صورت  مشاهده  بهم ریختگی احتمالی در متون زیر ،دلیل ان کپی کردن این مطالب از داخل فایل ورد می باشد و در فایل اصلی مقاله محاسبه گرمایش درساختمان،به هیچ وجه بهم ریختگی وجود ندارد

بخشی از متن مقاله محاسبه گرمایش درساختمان :

تاریخچه
امروزه تامین گرمایش و سرمایش، لزوم تهویه، مهیا نمودن آب بهداشتی و دفع فاضلاب، ایجاد تمهیداتی بمنظور استفاده از وسایل الکتریکی، روشنایی محیط و قابلیت مقابله با خطرات احتمالی نظیر آتش سوزی جزء اساسی ترین حقوق طبیعی هر انسانی در گستره دانش و صنعت ساختمان سازی محسوب میگردد.

از طرف دیگر ارزشمند تر شدن منابع انرژی در دترس، رشد صنعت ساختمان سازی، افزایش هزینه های ساخت و ساز و برجسته تر شدن نقش و اهمیت ایجاد شرایط آسایش، وظیفه و اهمیت تاسیسات ساختمانی را از نقطه نظر تعریف سیستمهای نوین با راندمان بالا، هزینه ساخت

و انرژی کم، سنگین مینماید. تدوین استانداردها و ضوابط تاسیساتی، رشد صنعت تاسیسات از جنبه تحقیقاتی، ایجاد یک بازوی مشاوره ای برای تولید کنندگان و بوجود آمدن نقطه اتکاء و اعتماد مصرف کنندگان کالاهای تاسیساتی، از بزرگترین دغدغه های دست اندرکاران این صنعت محسوب میگردد. بخش تاسیسات امیدوار است با ادامه این حرکتها گامهای مهمی در جهت ارتقاء علمی و تجربی جامعه مهندسی کشور برداشته شود.

روشهای انتقال حرارت
انتقال گرما
علم انتقال گرما به تحلیل آهنگ انتقال گرما در سیستم می‌پردازد. انتقال انرژی از طریق شارش گرما را نمی‌توان مستقیما اندازه‌گیری کرد ولی این انتقال چون به یک کمیت قابل اندازه‌گیری به نام دما ارتباط دارد، دارای مفهوم فیزیکی است.

شرط انتقال حرارت
شرط انتقال حرارت خود به خودی، اختلاف دما است. اگر دو سیستم در حال ارتباط با یکدیگر هم‌دما نباشند، گرما از ناحیه پر دما (گرم) به ناحیه کم دما (سرد) چریان می‌یابد. و این جریان تا زمانی ادامه می‌یابد که دو سیستم هم‌دما شوند.
چون گرما به دلیل وجود گرادیان دمایی شارش می‌یابد، دانستن توزیع دما ضروری است.

دلیل ترمودینامیکی انتقال حرارت
انتقال حرارت از جسم گرم به جسم سرد به دلیل افزایش انتروپی سیستم، خود به خودی است
کاربرد
مسئله توزیع دما و شارش گرما در بسیاری از شاخه‌های علوم و مهندسی مطرح است. مثلا در طراحی دیگ‌های بخار، چگالنده‌ها (کندانسورها) و رادیاتورها تحلیل انتقال گرما برای محاسبه اندازه آنها لازم است.

روش‌های انتقال گرما
• رسانش
• همرفت (کنوکسیون)
• تشعشع (تابش)
رسانش
• رسانایی الکتریکی یک خاصیت فیزیک مواد
• رسانش یکی از روش‌های انتقال حرارت

همرفت
همرفت یا کنوکسیون یکی از روش‌های انتقال گرما است. همرفت نه تنها در داخل یک سیال، بلکه بین دو جسم که یکی از آنها سیال باشد نیز اتفاق می‌افتد. فرآیند رسانش بین یک سطح جامد و یک سیال در حال حرکت، همرفت نامیده می‌شود. حرکت سیال می‌تواند طبیعی یا با اعمال نیروی خارجی باشد.

همرفت طبیعی
هنگامی که مایعات گرم می‌شوند، چگالی اکثر آنها کاهش می‌یابد. بنابراین در اثر گرانش مایعاتی که در نزدیکی سطح جامد قرار دارند، گرمتر شده و بالا می‌روند و مایعات سردتر جای آنها را می‌گیرند. این نوع همرفت را همرفت طبیعی می‌نامند.

همرفت اجباری (همرفت واداشته)
هنگامی که سیالی تحت یک گرادیان فشاری قرار گیرد، طبق قانون مکانیک شاره‌ها وادار به حرکت می‌شود. همرفت ناشی از این حرکت را همرفت اجباری می‌نامند.

تشعشع
به انتشار امواج الکترومغناطیسی از اجسام، تشعشع (تابش) گفته می‌شود که یکی از روش‌های انتقال انرژی (انتقال حرارت) یا انتقال اطلاعات (امواج رادیویی) است. بسته به طول موج امواج، می‌توان آنها را به صورت زیر دسته‌بندی کرد:

• امواج کیهانی
• پرتو گاما
• اشعه ایکس
• ماورای بنفش
• نور مرئی
• فروسرخ
• رادیویی
جستارهای وابسته
تابش یونی (تشعشع هسته‌ای)

جریان سیال درلوله ها
سیالات موادی هستند که شکل ظرفی را که درون آنها قرار دارند، به خود می‌گیرند و لذا برای انتقال آنها، به محیطی واسطه نیاز داریم. بشر از دیرگاه برای انتقال سیال بصورت پیوسته از لوله استفاده می‌نمود. لوله ها در طولها، اشکال و اندازه‌های مختلف بکار میروند . آیا تا به حال به شکل لوله ها توجه کرده‌اید ؟ زیاد شدن طول لوله یا قطر لوله ها چه اثری بر روی انتقال سیال و میزان مصرف انرژی خواهد گذاشت؟ چرا لوله ها را به صورت مستقیم استفاده می‌کنند؟ اگر لوله ها را خم کنند یا حتی بپیچانندچه تغییری در جریان مشاهده می‌کنیم؟

گاهی از اوقات لوله حاوی سیال را گرم و یا سرد می‌کنند و با این عمل ، از لوله یک مبادله گر حرارتی میسازند. با توجه به این موضوع به سوالات بالا چنین پاسخ می‌دهیم.
لوله در اینجا مجرایی است که سیال در داخل آن جریان مییابد و همزمان گرم یا سرد نیز می‌شود. هنگامی که سیال لزجی وارد مجرایی میشود ، لایه مرزی، در طول دیواره تشکیل خواهد شد. لایه مرزی بتدریج در کل سطح مقطع مجرا توسعه مییابد و از آن به بعد به جریان، کاملا توسعه یافته (فراگیر ) گفته می‌شود. معمولا اگر طول لوله بلندتر از ۱۰ برابر قطر لوله باشد آنگاه جریان توسعه یافته شده است.

اگر دیواره مجرا گرم یا سرد شود، لایه مرزی گرمایی نیز در طول دیواره مجرا توسعه خواهد یافت.
اگر گرمایش یا سرمایش، از ورودی مجرا شروع شود ، هم نمودار توزیع سرعت و هم نمودار توزیع دما بصورت همزمان توسعه می‌یابند. مسأله انتقال گرما در این شرایط ، به مسأله طول ورودی هیدرو دینامیکی و گرمایی تبدیل می‌شود که در بر گیرنده چهاذ حالت مختلف است و به اینکه هر کدام از دو لایه مرزی سرعت و دما در چه وضعیتی بسر می‌برند(( کاملا توسعه یافته و یا در حال توسعه)) بستگی دارد.

در ناحیه کاملا توسعه یافته در داخل لوله ، عملا لایه مرزی وجود ندارد چون دو ناحیه مختلف، که یکی با سرعت جریان آزاد و دیگری تحت تاثیر دیواره باشد ، وجود نخواهد داشت و در سرتاسر لوله ، تمام نواحی تحت تاثیر دیواره قرار دارند. از آنجا لایه مرزی، مقاومتی در برابر انتقال حرارت است،

لذا بیشترین میزان ضریب انتقال حرارت جابجایی در ابتدای لوله، یعنی در جایی که ضخامت لایه مرزی صفر است، مشاهده می‌شود. مقدار این ضریب به تدریج همزمان با افزایش ضخامت لایه مرزی و در نتیجه افزایش مقاومت در برابر انتقال حرارت، کاهش می‌یابد تا به مقدار آن در ناحیه کاملا توسعه یافته برسد که تقریبا مقداری ثابت است.

حال اثر تغییر شکلی خاص در لوله را روی ویژگی‌های سرعت و انتقال حرارت بررسی می‌کنیم.
کویلهای حلزونی و مارپیچ ، لوله‌های خمیده ای هستند که بعنوان مبادله گرهای گرمای لوله خمیده در کاربردهای مختلف ایتفاده می‌شوند.

بیایید کویلهای مارپیچ یا حلزونی را تحلیل کنیم. سیالی را در درون این لوله ها در نظر می‌گیریم. آنچه در ابتدا نظرمان را به خود جلب می‌کند اینست که چون لوله ها بصورت مارپیچ (دایروی) پیچیده شده‌اند، لذا در اثر حرکت دورانی و محوری، نیرویی به آنها وارد می‌شود و این خود باعث می‌شود تا شتاب سیال صفر نشود، حال سؤالی که اینجا مطرح می‌شود اینست

که با وجود این نیرو، آیا جریان داخل مارپیچ، کاملا توسعه یافته است یا جریانی در حال توسعه است و پروفایل سرعت تغییر می‌کند. آیا دلیل بیشتر بودن h (ضریب انتقال حرارت جابجایی) در ناحیه، نیبت به لوله مستقیم نیز،این است(می‌دانیم که h در ناحیه کاملا توسعه یافته کوچکتر از h در ناحیه در حال توسعه است)؟ یا هیچکدام از اینها صحیح نیست و دلیل بزرگتر بودن ضریب انتقال حرارت جابجایی در این ناحیه چیز دیگری است؟

در اولین نگاه بنظر می رسد که جریان داخل کویل کاملا توسعه یافته نیست و دلیل بیشتر بودن h نیز همین است. با این حساب این جمله را چگونه توجیه کنیم که : داده‌های محدود راجع به جریان آشفته در حال توسعه ، نشان می‌دهد که جریان ، در نیم دور اول کویل کاملا توسعه می‌یابد؟ اگر اینطور باشد پس دلیل افزایش h چیست؟

جریان داخل لوله را در مختصات استوانه‌ای در نظر بگیرید که دارای سه مولفه ,z ,r است. هنگامیکه لوله مستقیم است، سرعت در دو راستای ,r صفر بوده و فقط در راستای z سرعت داریم : و هنگامیکه لوله را خمیده یا مارپیچ می‌کنیم، بدلیل وجود نیروی گریز از مرکز و شتاب حاصل از آن (وسایر مولفه‌های شتاب ایجاد شده)،

سرعت مولفه دیگری علاوه بر می‌یابد: که تابع r شعاع انحنا مارپیچ نیز هست. این مولفه جدید سرعت ، میل دارد حرکت چرخشی (Spiral) به سیال بدهد، یعنی سیال همزمان که در طول لوله به جلو می‌رود، حول خط مرکزی لوله دوران هم می‌کند اما علیرغم میلش همیشه موفق به این کار نمی‌شود.

بنابراین نیروی گریز از مرکز عامل توسعه یافته نشدن جریان نخواهد بود بلکه در زمانی که بیشترین اثر را بر روی رژیم جریان بگذارد، آن را به سمت ناپایداری می‌برد (تا پایداری جریان مصادف است با آشفته شدن آن) و حرکتی گردشی به سیال می‌دهد و بهر حال ، وجود نیروی گریز از مرکز با اینکه جریان در نیم دور اول کویل کاملا توسعه یافته شود، هیچ منافاتی باهم ندارد.

باز هم این سوال باقی می‌ماند که دلیل افزایش h چیست؟ می‌دانیم که ضریب انتقال حرارت در جریان آشفته(Turbulent) و نیز جریان آشوبناک (Chaotic) ، بیش از ضریب انتقال حرارت در جریان آرام است، پس هر ابزاری که کمک کندجریان به سمت آشفته شدن یا آشوبناک شدن پیش رود باعث افزایش ضریب انتقال حرارت جابجایی می‌شود، خواه در مورد جریان در داخل لوله و خواه در مورد جریان بر روی لوله . وقتی لوله را بصورت مارپیچ در می‌آوریم با افزودن یک مولفه سرعت که می‌تواند پایداری جریان را در معرض خطر قرار دهد،جریان بسمت آشفته شدن پیش برده و باعث افزایش h شده‌ایم.

اینکه کویل ما بصورت افقی یا قائم قرار گیرد نیز بر روی ضریب انتقال حرارت جابجایی ما موثر است بخصوص در سمت خارج لوله چون انتقال حرارت باعث تغییر چگالی سیال و ایجاد یک حرکت انتقالی در اثر نیروی ارشمیدس می‌شود که این حرکت اگر تقویت شده، به سمت توربولان شدن پیش میرود و یا روی حرکت کلی جریان تاثیر گذاشته، انرا به سمت توربولان شدن پیش برد، باعث افزایش ضریب انتقال حرارت جابجایی (h) می‌شود.

بحث دیگری که امروزه به منظور افزایش h بر همین مبنا مطرح است بحث استفاده از مبدل‌های حرارتی آشوبناک است. به این معنی که برای افزایش ضریب انتقال حرارت و غالبا در کویلها، جریان را آشوبناک می‌کنند. عقیده این گروه بر این است که توربولان (آشفتگی) حالتی خاص از پدیده آشوب Chaos است و نیز در این جریان میزان تلفات انری بالاست. آنچه مسلم است و تجربه نیز گواه آن، اینست که بروز هر دو پدرده (آشفتگی و آشوبناکی) در جریان سیال باعث افزایش ضریب انتقال حرارت جابجایی می‌شود.

نکات کلیدی :
۱- ضخامت لایه مرزی به تدریج در طول لوله افزایش می‌یابد و بعد از به هم پیوستن لایه های مرزی اطراف لوله جریان کاملا توسعه یافته می‌شود. هرچند بصورت نظری، نزدیک شدن به نمودار توزیع سرعت کاملا توسعه یافته به شکل مجانبی است و تعیین محلی معین و دقیق که در آنجا جریان در مجرا کاملا توسعه یافته است، غیر ممکن می‌باشد. با اینحال برای تمام کاربردهای عملی طول ورودی هیدرودینامیکی محدود است.
۲- به فاصله‌ای که در طی آن سرعت کاملا توسعه یافته می‌شود طول ورودی هیدرودینامیکی میگویند.

تعریف وتقسیم بندی عایق ها
عایق ها به اجسامی می گویند که دارای ضریب هدایت گرمائی خیلی کم می باشند یا K در آنها خیلی کوجک و بر عکس ( ضریب مقاومت گرمائی ) در آنها زیاد است.
بطور کلی هادی مطلق یا عایق مطلق وجود ندارد و در واقع هادی یا عایق بودن اجسام نسبی است . همانطور که فلزات دارای ضریب هدایت زیادی است ، بعضی اجسام مانند چوب پنبه دارای ضریب هدایت گرمائی کم و بر عکس مقاومت گرمائی زیاد هستند.

لذا این اجسام را عایق می نامند ، چنانچه به نظریه ساختمان مولکولی اجسام مراجعه کنیم مشاهده می کنیم در بین مولکولهای اجسام مقداری فواصل مولکولی وجود دارد که در آن حبابهای هوا یا گازهای دیگر قرار گرفته است ، که هر قدر این حبابها بزرگتر باشد ، ضریب عابق بودن اجسام بیشتر و بر عکس ضریب هدایت آنها کمتر است.

دما و رطوبت و وزن مخصوص در تغییر هدایت و عایق بودن اجسام دخالت دارند و بدینصورت که هر قدر دمای جسمی بیشتر شود ، ضریب هدایت اجسام نیز بالاتر باشد ، ضریب عایق بودن اجسام بیشتر می نماید . و رطوبت نیز موجب بالا بودن ضریب هدایت و کم کردن ضریب عایق بودن اجسام می گردد. و همینطور هر قدر و وزن مخصوص جسمی زیادتر باشد ضریب هدایت آن بیشتر و ضریب عایق بودن آن کمتر است . و برعکس این نظریه در مورد وزن مخصوص برای همه اجسام صادق نیست. عایق ها بطور کلی سه دسته تقسیم می شوند.

۲- عایق های گرمائی هدایتی
عایق های گرمائی چنانچه بیان شد ضریب هدایت آنها K کم و بر عکس ضریب مقاومت آنها زیاد است جدول تعدادی از عایق های متداول را که در تاسیسات حرارتی و برودتی بکار برده می شود و یا در مخزن و لوله ها و کانالهای عبور آب و بخار و گازهای تبرید بکار برده می شوند.

۳- عایقهای گرمائی تشعشعی یا عایق های فلزی
این عایق ها که در سطح دیوارها و سقف ساختمان بکار برده می شود ، که از صفحات فلزی براق نظیر آلومینیوم و برنز و مس می باشند و عمل آنها انعکاس مقداری اشعه آفتاب و جلوگیری از نفوذ آنها به داخل سطوح ساختمانی نظیر دیوار و سقف می باشد.

بدین ترتیب گرمای منتقله از اشعه آفتاب را تقلیل می دهد ، چنانچه در قسمت انتقال گرما از طریق تشعشع مفصلاً بیان شد و بر عکس موجب نفوذ اشعه آفتاب می شود ، که در محاسبات باربرودتی در تهویه مطبوع از آن استفاده می شود.

لذا با رنگ کردن سطوح ساختمانی ( دیوار و سقف ) به رنگهای روشن ( خصوصاً سفید ) می توان یک عایق تشعشعی در سطح ایجاد و از نفوذ گرمای اشعه آفتاب کاست.

۴- عایق های رطوبتی
چنانچه قبلا بیان شد رطوبت موجب بالا بردن ضریب هدایت و تقلیل ضریب عایق بودن عایق های هدایتی می شود.
لذا برای جلوگیری از نفوذ رطوبت در عایق های سطوح ساختمانی ( نظیر دیوار ، سقف و کهنه ) و عایق لوله های حامل سیال گرم یا سرد و همچنین برای جلوگیری از نفوذ رطوبت زمین به لوله های فلزی و زنگ زدگی آنها می بایستی از عایق های رطوبتی استفاده کرد.

عایقهای رطوبتی عایق هائی هستند که در نفوذ رطوبت از یک طرف به طرف دیگر جلوگیری می نماید . تعدادی از این عایق ها که در تاسیسات به کار برده می شوند، عبارت اند از کلیه اجسامی که به قیر آغشته شده باشند، ماندد گونی کاغذ یا پارچه غیر اندود و همچنین مواد لاستیکی و پلاستیکی و نظایر آنها ، به عنوان مثال روی عایق های پشم شیشه و معدنی و همچنین مواد لاستیکی و پلاستیکی و نظایر آنها از مواد قیری یا خودش استفاده می شود.