محاسبات گرمایش از کف

محاسبات گرمایش از کف

یکی از مهمترین مراحل اجرای گرمایش از کف به محاسبات مورد نیاز برای عملی کردن این پروژه مربوط می شود.

مرحله اول: محاسبه بار حرارتی مورد نیاز

برای محاسبه مقدار بار حرارتی ساختمان باید ابتدا میزات تلفات و تبادلات انرژی حرارتی در قسمت های مختلف بنا را محاسبه کرده و سپس از میزان به دست آمده برای محاسبه بار حرارتی کل ساختمان استفاده کرد.

تلفات و انتقالات حرارتی می تواند از طرق مختلفی همچون پنجره ها، درها، دیوارها و هوای نفوذی از درزهای بنا صورت بگیرد.

به منظور محاسبه تلفات حرارتی در سیستم گرمایش از کف ما به دو مولفه نیاز داریم: Q1 که نشان دهنده تلفات حرارتی جدارها است و Q2 که مقدار تلفات حرارتی به دلیل نفوذ هوا یا تهویه را مشخص می کند.

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

 (Q=UA(ti-to

بار حرارتی بر حسب Q=Btu⁄hr

مساحت جداره شامل در یا پنجره بر حسب A=ft²

U=Btu/ft² hr.f^o ضریب کلی انتقال حرارت بر حسب  

ti=F  دمای داخلی بر حسب

to= F دمای خارجی بر حسب

2. فرمول محاسبه انتقال حرارت از کف در سیستم گرمایش از کف

انتقال حرارت از کف در سیستم گرمایش از کف از دو طریق اتفاق می افتد:

• 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 است، پس می توان از آن صرف نظر کرد.

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

جدول دمای خارج از ساختمان و دمای زمین بر حسب فارنهایت

• انتقال حرارت بین کف روی زمین با خارج از ساختمان

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

  Q=0.6P(ti-to)+0.05A(ti-tg)

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

P= طول محیط در معرض هوای بیرون بر حسب فوت

ti= F دمای داخل فضا بر حسب

to= F دمای خارج از فضا بر حسب

A= ft²  مساحت کف بر حسب

tg= F دمای زمین بر اساس جدول بر حسب 

• محاسبات Q2 یا تلفات حرارتی ناشی از نفوذ هوای بیرون

مقدار تلفات حرارتی حاصل از ورود هوای بیرون به داخل ساختمان به قدری زیاد است، که نمی توان از مقدار آن در محاسبه بار حرارتی ساختمان چشم پوشی کرد.برای محاسبه مقدار تلفات حرارتی ناشی از نفوذ هوای بیرون از دو شیوه نام های روش درزی و روش حجمی استفاده می کنند:

• روش درزی محاسبه تلفات حرارتی ناشی از نفوذ هوای بیرون

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

جدول محاسبه تلفات حرارتی به دلیل نفوذ هوای بیرون از پنجره ساختمان

جدول محاسبه تلفات حرارتی به دلیل نفوذ هوای بیرون از درب ساختمان

• روش حجمی محاسبه تلفات حرارتی ناشی از نفوذ هوای بیرون:

از روش حجمی برای محاسبه تلفات حرارتی در ساختمان هایی استفاده می شود، که از وسایل تهویه استفاده نشده است.همچنین فرض را بر این می گیریم که مقدار هوای داخلی اتاق بسته به دیوارهایی است که در مجاروت با هوای خارج در اثر نفوذ بین ./5 تا 2 بار در ساعت است.   

روش حجمی محاسبه تلفات حرارتی ناشی از نفوذ هوای بیرون  

فرمول محاسبه تلفات ناشی از نفوذ هوا:

 Q2=0.0749 V×0.241(ti-to)

V=v×n

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

v=ft³ حجم اتاق بر حسب

 n= دفعات تعویض هوای اتاق

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

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

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

فرمول نهایی محاسبه بار گرمایی و تلفاتی 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، یعنی باید مجموع بارهای حرارتی را در 1/1 یا 1/20 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. 

• فرمول محاسبه شار حرارتی:

از آنجا که شار حرارتی، به معنی 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:

 q^o=QBtu/hr/Area(m²)

در این فرمول مقدار حرارت لازم جهت گرمایش ساختمان بر حسب btu/hr بوده و مساحت سطح که با Area نمایش داده شده، بر حسب متر مربع می باشد.

• محاسبه فاصله و سایز لوله گرمایش از کف

پارامتر مهم بعدی که باید در زمان طراحی سیستم گرمایش از کف به آن توجه داشته باشیم، مقدار سایز لوله در کنار حداکثر فاصله لوله در گرمایش از کف می باشد.

اهمیت توجه به سایز و فاصله لوله ها در سیستم گرمایش از کف از آن جهت است، که 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 ای است، که متاسفانه تنها به این دلیل که لوله ها گران هستند، از سمت بسیاری از مجریان تاسیساتی مورد توجه قرار نمی گیرد.

بنابراین طول لوله ها را کم کرده و یا قطر آن را کاهش می دهند. فاصله بین لوله ها در گرمایش از کف با کمک چندین روش قابل محاسبه است، که ما در ادامه به توصیف هر دو روش خواهیم پرداخت:

• محاسبه فاصله بین لوله ها در حالت های مختلف

شما می توانید فاصله و حتی سایز لوله گرمایشی را با کمک جدول زیر و در شرایط مختلف بنا به راحتی محاسبه کنید:

جدول فاصله پیشنهادی بین لوله ها در حالت های مختلف مسکونی و تجاری

• محاسبه فاصله و سایز لوله ها با توجه به شار حرارتی

 ما می توانیم در یک روش دیگر با کمک شار حرارتی به دست آمده در فرمول مربوط به این پارامتر، سایز و حتی فواصل لوله ها را نیز تعیین کنیم:

جدول محاسبه سایز و حداکثر فاصله لوله ها در سیستم گرمایش از کف بر اساس شار حرارتی

• محاسبه طول لوله گرمایش از کف

همانطور که سایز لوله ها و فاصله آن ها از یکدیگر مهم است، طول لوله های به کار رفته در این سیستم نیز اهمیت زیادی دارد.

ما نمی توانیم یک مدار طولانی از لوله های پنج لایه در کف ساختمان بخوابانیم، چون پمپ سیرکولاتوری گرمایش از کف نمی تواند فشار آب مورد نیاز برای مدار را فراهم کند. 

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

علاوه بر این طول زیاد لوله ها در سیستم گرمایش از کف باعث می شود، دمای آب در طول لوله افت پیدا کرده و سیستم عملاً بازدهی نداشته باشد.

• محاسبه مقاومت حرارتی پوشش گرمایش از کف

مقاومت حرارتی با میزان ضخامت رابطه مستقیم دارد، به بیانی دیگر هرچه ضخامت یک سطح بیشتر باشد، مقاومت حرارتی در سیستم گرمایش از کف نیز بیشتر می شود.

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

جدول محاسبه مقاومت حرارتی گرمایش از کف با توجه به نوع پوشش آن

چنانچه در پوشش کف از ترکیبی از 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 باشد.

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

کف پوش سرامیک در رتبه دوم از میزان مقاومت حرارتی قرار دارد، بنابراین می توان بعد از سنگ مرر از این جنس 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.

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 این سیستم محاسبه کنیم، میزان دبی یا جریان سیال در پمپ گرمایش از کف است.

نه تنها در سیستم گرمایش از کف بلکه در تمام سیستم های تاسیساتی آب گرم، دبی پمپ سیرکولاتور گرمایشی تابعی از بار حرارتی سیستم است.

توجه داشته باشید دبی پمپ با توجه به شرایط محیطی و موقعیت جغرافیایی متغییر است. 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 این صورت است:

 Q(gpm)=Btu/hr/7500

در این فرمول Btu/hr همان بار حرارتی کلی ساختمان است، که در قبلاً در خصوص نحوه محاسبه آن توضیحات کامل را داده ایم.

 جدول نهایی از تخمین پارامترهای موثر در سیستم گرمایش از کف

در این قسمت قصد داریم با نمایش یک جدول بسیار ساده، کلیه پارامترهای محاسبه شده در قسمت های قبل را به شما نمایش دهیم:

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. برای دانلود نرم افزار کریر روی لینک آن بزنید.

انتخاب نوع سیستم مولد گرما در گرمایش از کف

سیستم گرمایش از کف نیازمند یک منبع انرژی حرارتی مناسب می باشد، تا بتواند گرمای مطلوب در این سیستم را فراهم کند

.بنابراین لازم است قبل از اجراییات این پروژه ابتدا نوع مولد گرما در سیستم گرمایش از کف را تعیین کنیم.مهمترین سیستم مولد گرما در گرمایش از کف عبارتند از:

الف) الکتریسیته

ب) آب گرم

پ) هوای داغ

الف) سیستم گرمایش از کف با جریان الکتریسته:

همانطور که در ابتدای متن نیز گفتیم، در روش سیستم گرمایش از کف برقی با قرار دادن سیستم های برقی با مقاومت بالا در کف فضای مورد نظر و عبور جریان الکتریکی، گرمای ایجاد شده به کف اتاق منتقل می شود.

بنابراین مولد گرمایی در سیستم گرمایش از کف با جریان الکتریسته یک منبع برق با توان تولید جریان الکتریکی بالا می باشد

.ب) سیستم گرمایش از کف با آب گرم:

در این سیستم گرمایشی آب گرم در لوله هایی که در کف ساختمان تعبیه شده به گردش درآمده و گرمای آب سبب گرم شدن کف می شود. معمولاً دمای آب گرم موجود در لوله ها بین 40 تا 50 درجه سیلسیوس می باشد.

پ) سیستم گرمایش از کف با هوای گرم:

تامین گرمای مورد نیاز در گرمایش از کف با هوای گرم باز هم توسط آب گرم شده در منبع حرارتی همچون پکیج و موتورخانه تامین می شود. اما این روش به دلیل بازدهی پایین زیاد مورد استفاده قرار نمی گیرد.

مولد گرمایی در سیستم گرمایش از کف با آب گرم:

آب گرم مورد نیاز در سیستم گرمایش از کف را می توان به یکی از روش های زیر تامین نمود:

• پکیج دیواری که در هر واحد نصب شده و امکان تامین آب گرم با دو دمای مختلف یکی برای استفاده در آب گرم مصرفی و دیگری آب گرم در سیستم گرمایش از کف را داشته باشد.

برای اجرای لوله کشی پکیج گرمایش از کف کافیست لوله آب رفت و برگشت پکیج را به کلکتور رفت و برگشت گرمایش از کف متصل نماییم.

همانطور که در مطلب راه اندازی پکیج گرمایش از کف گفتیم، برای تنظیم پکیج گرمایش از کف به منظور تامین انرژی حرارتی مورد نیاز برای این سیستم، ابتدا دستگاه را در حالت گرمایش تنظیم می کنیم.

سپس به منظور دست یابی به دمای مطلوب بر روی 30 درجه تنظیم می کنیم. اگر قصد تهیه پکیج برای سیستم گرمایش از کف دارید، پیشنهاد می کنیم قبل از اقدام به خرید مطالعه راهنمای خرید بهترین پکیج موجود در بازار ایران را از دست ندهید

• دیگ آب گرم در سیستم موتورخانه با دمای کمتر از 50 درجه سیلسیوس به منظور تامین آب گرم گرمایش از کف و یک منبع دوجداره که آب گرم بهداشتی را فراهم کند

در صورتی که بخواهیم همزمان از دیگ آب گرم موتورخانه برای سیستم گرمایش از کف با رادیاتور و گرمایش از کف استفاده کنیم.

باید با نصب یک مبدل کاهنده دما در مسیر لوله تامین آب گرم گرمایش از کف، دمای آب دیگ را به کمتر از 50 درجه سیلسیوس برسانیم.

توجه داشته باشید که اتصال سیستم گرمایش از کف به آب گرم موتورخانه بیشتر در ساختمان های اداری که دارای آب گرم در مدار بهداشتی کمتر از 45 درجه سانتی گراد می باشند، توصیه می شود.

چنانچه دمای آب دیگ بالاتر از 50 درجه سیلسیوس باشد، می توان با نصب دستگاه کاهش دما در ورودی آب به سیستم گرمایش از کف، دمای آب ورودی به سیستم را در حد مورد نیاز به صورت ثابت نگه داشت.

در این روش با اتصال دستگاه کاهش دما، در ابتدای جریان آب ورودی رایزر گرمایش در هر واحد و از طریق مخلوط کردن آب 70 درجه ورودی با آب برگشتی امکان داشتن دو خروجی رفت و برگشت با دمای متفاوت و قابل کنترل از طریق ترموستات جداگانه وجود دارد.

چنانچه از چنین چیدمانی در سیستم گرمایش از کف ساختمان استفاده کنیم، بهره برداری همزمان از سیستم رادیاتور و حوله خشک کن با سیستم گرمایش از کف، ولی با دو دمای مجزا امکان پذیر است.

بهترین مبدل برای گرمایش از کف در ساختمان، مبدل صفحه ای است. 

• دو دیگ آب گرم مجزا

در ساختمان های بزرگ از دو دیگ مجزا برای تامین انرژی گرمایی در موتورخانه گرمایش از کف استفاده می شود.

یک دیگ برای سیستم گرمایش از کف با دمای کمتر از 50 درجه سیلسیوس و دیگ دوم برای استفاده با دمای بالاتر از 50 درجه سانتی گراد برای تامین آب گرم بهداشتی و سیستم گرمایش رادیاتورها.

اگر می خواهید بدانید چطور می شود از پکیج به طور همزمان برای گرمایش از کف و رادیاتور استفاده کرد، به مقاله نحوه اتصال هم زمان گرمایش از کف و رادیاتور به پکیج مراجعه کنید. 

نکات مهم قبل از اجرای سیستم گرمایش از کف

لطفاً قبل از اقدام به اجرای سیستم گرمایش از انجام تک به تک نکات زیر مطمئن شوید:

•  از مرغوب ترین و با کیفیت ترین مصالح در کنار بهترین مجریان برای اجرای سیستم لوله کشی آب و فاضلاب ساختمان کمک بگیرید.
•  برای لوله کشی آب سرد و گرم که قرار است در زیر سیستم گرمایش از کف قرار بگیرد، نباید از لوله های فلزی و پلیمر تک لایه یا لوله سبز استفاده کرد، زیرا ممکن است دچار نشتی شده و خسارات زیادی به بنا وارد کند.
•  تنها لوله مورد تایید برای لوله کشی کف ساختمان در سیستم آبرسانی سرد و گرم بهداشتی لوله 5 لایه با اتصال به کلکتور جداگانه می باشد.
•  مراحل تست لوله های پنج لایه آب و تست لوله کشی فاضلاب باید با دقت بسیار انجام شود.
•  پیش از نصب لایه های عایق، کف بنا باید کاملاً تراز و مسطح باشد، به طوری که هیچ گونه برآمدگی در کف نباشد، تا آب درون لوله ها به صورت یکنواخت پخش شده و فشاری به پمپ وارد نشود.
•  از شن طبیعی و ماسه نمی توان برای تراز کردن کف بنا استفاده کرد.
•  قبل از اجرای سیستم گرمایش از کف باید کف سیستم های بهداشتی مانند حمام و دستشویی و سایر سطوح بنا که نیاز به عایق کاری رطوبتی دارند، به طور کامل عایق کاری رطوبتی شوند.
•  کلیه تجهیزات تاسیساتی ساختمان از جمله لوله کشی گاز و برق باید به طور کامل نصب شده و کارایی آن ها تست و تایید شده باشد.
•  چارچوب های در و پنجره باید در ساختمان کار گذاشته شده و گچ کاری دیوارها تا ارتفاع 30 سانتی متر از کف تکمیل باشد.