مکانیزم های انتقال حرارت در گرمایش از کف چیست؟

• ارسال شده در ۱۳۹۵ شهریور ۰۶ ساعت ۱۴:۵۳
• توسط علی واعظ بزرگی
• ۰ نظر
• در مطالب عمومی » مطالب آموزشی

مکانیزم های انتقال حرارت در گرمایش از کف چیست؟

جزوه آموزشی گرمایش از کف - بخش سوم

وضعیت مکانیزم های انتقال حرارت در گرمایش از کف

          زمانی که به مقوله آسایش توجه می نیم بهتر است در ابتدا مشخص کنیم که اصولاً آسایش به چه معنی است و چه عواملی می تواند آسایش شخص را فراهم کند. از طرفی باید توجه داشت که بین دو جمله "احساس سرما کردن" و "احساس گرما کردن" تفاوت زیادی وجود دارد. عموماً آنچه که در اذهان عمومی در مورد آسایش وجود دارد این است که حرارت به شخص منتقل شود. اما باید توجه داشت که میزان انتقال حرارت در هر جای بدن باید با سرعت و میزانی مشخص باشد تا احساس آرامش کامل در شخص ایجاد شود.

          بدن انسان بیش از نیاز خود حرارت تولید می کند که این مسئله در طی سالیان متمادی به تجربه اثبات شده است. برای ایجاد آرامش مطلق در بدن باید میزان این اتلاف انرژی را بدانیم تا بتوانیم سیستمی را طراحی کنیم با شرایط طبیعی بدن هماهنگی لازم را داشته باشد. در حالت عادی میزان انتقال حرارت انسان به طور طبیعی 400 Btu/hr می باشد. این میزان انتقال حرارت به سه طریق انجام می شود:

1. انتقال حرارت از طریق همرفت (convection)
2. انتقال حرارت از طریق تبخیر (Evaporation)
3. انتقال حرارت از طریق تشعشع (Radiation)

          به منظر اینکه بدن انسان حداکثر آسایش و آرامش را داشته باشد لازم است تا این میزان انتقال حرارت یعنی 400 Btu/hr رعایت شود. به صورت طبیعی 50% از این میزان از طریق تشعشع، 30% از طریق همرفت و 20% از راه تبخیر صورت می گیرد.

          باید توجه داشت هنگامی که بدن روی یک سطح سرد و یا نزدیک دیواری سرد قرار گرفته احساس عدم آرامش و آسایش دارد زیرا سرعت انتقال حرارت انجام شده از طریق کف پا با کف اتاق و با بین بدن و دیوارها بیشتر از میزان انتقال حرارت از هوای گرم به بدن می باشد. در حالی که ترموستات اتاق 23-22 درجه سانتی گراد را نشان می دهد. لذا برای حل مشکل مجبریم دمای ترموستات را بالا ببریم تا میزان انتقال حرارت از هوا به بدن را افزایش دهیم و چند درجه ای میزان اتلاف انرژی از طریق تشعشع را کاهش دهیم.

          اما این افزایش دای هوا به نوبه خود مشکلات دیگری را پیش خواهد آورد. مثلاً دمای هوای بالاتر به نوبه خود ممکن است باعث ایجاد حالت خفگی و خشکی هوا گردد که باعث بر هم زدن آسایش فرد می گردد. در ضمن چون هوای گرم به سمت بالا حرکت می کند در نتیجه دمای هوای نزدیک سقف به صورت قابل توجهی بالاتر از دمای هوای همسطح سر و هوای کف پاها سرد خواهد بود.

          اصولاً گرمایش از کف با کنترل کردن اتلاف انرژی از طریق تشعشع بدن آسایش نسبتاً کاملی را ایجاد خواهد کرد. اگر بدن ما با سطوحی مانند دیوارها و کف های هم دمای خود احاطه شده باشد اتلاف انرژی طبیعی بدن کنترل خواهد شد. به علاوه با استفاده از روش گرمایش کفی حرکت ناخواسته هوا حذف خواهد شد (منظر حرکت اجباری هوا است) و تنها حرکت هوا در اتاق، حرکت طبیعی آن است. با کنترل حرکت اجباری هوای اتاق می توانیم میزان انتقال حرارت از طریق همرفت را کاهش دهیم. با ترکیب این دو عامل یعنی کنترل حرارت از طریق تشعشع و همرفت (80%=30%+50%) می توانیم تقریباً 80% اتلاف انرژی طبیعی بدن انسان را کنترل کنیم. این پدیده در بسیاری از اتاق های ساختمانی مدرن کاملاً محسوس است. باید توجه داشت در اتاق هایی با سقف های رسمی و مرتفع، تعداد پنجره های زیاد و بزرگ و کف های سیمانی روش گرمایش کفی تنها روشی است که به صورت همزمان جنبه های سازگاری، کارایی و تاثیر بهینه را تامین می کند و استفاده از سایر روش های گرمایشی در این نوع فضاها به این دلیل و تاثیر بهینه را تامین می کند و استفاده از سایر روش های گرمایشی در این نوع فضاها به این دلیل که هوای گرم به واسطه دانسیته کمتر در ارتفاع بالا و نزدیک سقف قرار می گیرد به هیچ عنوان به صرفه نبوده و توصیه نمی شود. به علاوه باید توجه داشت که گرمایش کفی در دمایی برابر در مقایسه با سیستم کانوکتور و بقیه سیستم ها آرامش بیشتری را ایجاد می کند. آزمایشات نشان داده است هنگامی که درجه تنظیم ترموستات بر روی 3/18 – 20 درجه سانتی راد بیشتری میزان آرامش ایجاد می گردد. برای روشن شدن بهتر مطلب بهتر است به منحنی حرارتی ایده آل که در شکل صفحه بعد نشان داده شده است توجه کنیم:

بدن انسان را می توان به سه قست تقسیم نمود:

قسمت نیم تنه که مهم ترین قسمت می باشد.

قسمت سر.                                   

قسمت دست و پاها.

          آزمایشات نشان می دهد هنگامی که بدن انسان در محیطی نسبتاً سرد قرار می گیرد سیستم بدن به صورت خودکار خون بیشتری را به قسمت اول و دوم یعنی نیم تنه و سر خواهد رسید. به همین دلیل این قسمت از بدن زودتر احساس سرما می کند اگرچه خون زیادی در سر موجود می باشد. اما برای اینکه در حالت ایده آل خود قرار گیرد و بهترین بازدهی را داشته باشد نیای به هوای خیلی گرم ندارد. تجربه و آزمایش نشان داده است که دمای ایده آل محدوده سر حدود 3/18-20 درجه سانتی گراد می باشد. هدف منحنی ایده آل حرارتی این است که دمای کف را به صورت خیلی جزیی پایین تر از دمای پوست بدن نگه دارد. با افزایش ارتفاع این دما رو به کاهش می گذارد و تا حدود 3/18 درجه سانتیگراد پایین می آید و به طرف سقف از این میزان هم کمتر خواهد شد.

          همان طور که در شکل بالا مشاهده می نمایید با توجه به دیاگرام حالت ایده آل دمای فضای داخلی بایستی در ارتفاعی از کف که در حدود متوسط قد افراد بالا نگه داشته شود، در حالت گرمایش از طریق شوفاژ به این دلیل که انتقال حرارت از طریق همرفت انجام می شود دما در سطح بالاتری از قد افراد مقدار بالایی خواهد داشت اما در محدوده قد افراد مقدار پایینی خواهد داشت اما در حالت گرمایش از کف توزیع دما به توضیع دمای ایده آل بسیار نزدیک تر است به طوریکه دمای هوا در محدوده قد افراد بالاتر از دمای هوا در نزدیکی سقف می باشد.

منبع    : گرمایش از کف در Loop CAD
مولفان : مهندس محسن ایزدخواه
            مهندس هاشم خانی مقدم
            مهندس کیوان یزدانی