مبانی سرمایش و گرمایش و طراحی تهویه مطبوع


انتقال حرارت و مکانیسم های آن
حرارت به طور کلی شامل سرما و گرما می شود. زمانی انتقال حرارت از جسمی به جسمی دیگر انجام می شود که میان آنها اختلاف دما وجود داشته باشد. در صورتی که جسم با محیط اطراف خود هم دما باشد بین محیط و جسم، انتقال گرما وجود نخواهد داشت. انتقال حرارت همیشه از جسمی با دمای بیشتر به جسمی با دمای کمتر انجام می شود و هرگز در جهت عکس صورت نمی پذیرد. از این لحاظ می توان گرما را به آبی تشبیه کرد که از مخزنی با ارتفاع بیشتر به مخزنی با ارتفاع کمتر جریان یافته است.

انواع روش ها یا مکانیسم های انتقال حرارت
1.هدایت یا رسانش

2.جابه جایی یا وزش یا همرفت

3.تابش


انتقال حرارت به روش حرارت (رسانش)
جریان گرما از سر گرم یک میله آهنی به سر دیگر آن، از جمله مثال های بارز انتقال حرارت به روش هدایت می باشد. به طور کلی، انتقال گرما در اجسام جامد به روش هدایت انجام می گیرد. در کوره های هوای گرم و همچنین در دیگ ها، گرمای شعله از روش بدنه فولادی یا چدنی اتاقک احتراق به سیال طرف دیگر انتقال می یابد که معمولا آب یا هوا می باشد. هنگامی که جسم گرم می شود، میانگین سرعت مولکول هایش به سرعت افزایش پیدا می کند. مولکول های با انرژی زیاد، به مولکول های نزدیک برخورد کرده و آنها را نیز مجبور به حرکت می کند. بدین شکل است که انرژی گرمایی در جسم های جامد انتقال پیدا می کند.

به دلیل اختلاف در ساختمان مولکولی، هدایت در جامدات بیشتر از مایعات بوده و در مایعات نیز از گازها بیشتر می باشد. به دلیل اینکه انتقال گرما به روش هدایت، به وسیله تماس مستقیم مولکول ها با یکدیگر انجام می گیرد و فاصله بین مولکول های گازها از یکدیگر زیاد است بنابراین انتقال حرارت به روش هدایت در گازها مشکل تر می باشد.

عوامل موثر بر انتقال حرارت
مقدار گرمای انتقال یافته از یک جسم به روش هدایت به عوامل ذیل بستگی دارد:

1. اختلاف دمای بین سطوح گرم و سرد: اختلاف دما علت انتقال گرما می باشد بنابراین هر چه مقدار آن بیشتر باشد میزان انتقال حرارت نیز بیشتر خواهد بود.

2. سطح مقطع جسم (A): بدیهی است که هر چه قدر سطح بزرگتر باشد مولکول های انتقال دهنده گرما نیز بیشتر خواهند بود.

3. ضخامت جسم (x): هدایت گرما با ضخامت جسم و یا به عبارت دیگر با فاصله بین سطوح سرد و گرم دارای رابطه ای معکوس می باشد. در واقع هر چه ضخامت جسم کمتر باشد هدایت گرما بیشتر خواهد بود.

4. زمان عبور گرما (t)

5. قابلیت هدایت گرمایی یا قابلیت گرمارسانی (K): مواد گوناگون قادر نیستند که گرما را با شدت یکسان هدایت نمایند. فلزات، هادی های حرارت یا گرما رسان های خوبی می باشند. شیشه، بتن، آجر و چوب تا حدی هادی می باشند و پشم سنگ، چوب پنبه، پلی یورتان و پلی استایرن از جمله هادی های حرارتی بسیار ضعیف محسوب می شوند. به هادی های حرارتی بسیار ضعیف تحت عنوان عایق یا گرما بند شناخته می شوند.

انتقال حرارت به روش جابه جایی (همرفت یا وزش)
جریان گرمای بادهای گرم در صحراها، نمونه ای از انتقال حرارت از طریق جابه جایی می باشد. گازها و مایعات گرمای زیادی را هدایت نمی کنند و انتقال گرما در گازها و مایعات به روش جابه جایی انجام می شود. جریان باد روی سطح کره زمین، گرمایی که از روی شعله بالا می رود، و مکش دودکش بخاری ها از جمله مثال های وزش طبیعی می باشند. استفاده از یک پمپ به منظور گردش آب سرد یا گرم، یا استفاده از یک بادبزن برای به جریان انداختن هوای سرد یا گرم، از جمله مثال های وزش اجباری محسوب می شوند. به هر حال، همرفت عبارتست از انتقال گرما از یک محل به محلی دیگر به وسیله حرکت مولکول ها. بدین شکل که مولکول های گرم شده، از محلی به محل دیگر حرکت کرده و گرما را با خود جابه جا می نمایند. هوا بر اثر تماس با وسیله گرم کننده ای مانند رادیاتور یا بخاری گرم شده، انبساط پیدا کرده و در نتیجه سبک تر می شود و سپس به سمت بالا حرکت کرده و هوای سنگین و سرد جای آن را خواهد گرفت. چنین عملی بارها و بارها تکرار خواهد شد.

انتقال حرارت به روش تابش
جریان گرما از خورشید به کره زمین، یکی از مثال های انتقال حرارت به روش تابش می باشد. انتقال گرما به روش تابش، به صورت حرکت موجی (مانند امواج نور) بوده و گرما بدون دخالت ماده واسطه از یک جسم به جسم دیگر انتقال پیدا می کند. بیش ترین انرژی گرمایی کره زمین به وسیله تابش خورشید تامین می شود. امواج گرمایی با توجه به دمای جسم منتشر کننده موج امکان دارد قابل رویت یا نامرئی باشند. به عنوان مثال در صورتی که فلزی به اندازه کافی گرم شود، سرخ شده و امواج گرمایی مرئی (یعنی نور) انتشار می دهد.

زمانی که امواج تابشی مرئی و نامرئی به جسم برخورد می کنند سه قسمت خواهد شد:

1. بخشی از امواج از جسم عبور خواهد کرد

2.بخشی از امواجِ انعکاس پیدا می کند

3.بخشی از امواج توسط جسم جذب می شود

آن قسمتی از امواج که توسط جسم جذب می شوند باعث بالا رفتن دمای آن جسم خواهند شد. اجسام با رنگ روشن و سطح براق مانند آیینه بخش عمده انرژی تابشی را انعکاس می دهند در صورتی که موادی با سطح تیره و زبر قسمت زیادی از انرژی تابشی را جذب خواهند کرد. اجسام جذب کننده کامل را تحت عنوان اجسام سیاه می شناسند. اجسام شفاف از جمله هوا و شیشه قسمت اعظم امواج تابشی را از خود عبور می دهند. دیوارهای خارجی رو به آفتاب در ساختمان ها، به دلیل جذب انرژی تابشی دمایی بیش از دمای محیط را دارند. شیشه پنجره ها مقدار زیادی انرژی تابشی را به داخل ساختمان منتقل می نمایند. ساختمان هایی که شیشه های خارجی زیاد و رو به آفتاب دارند به عنوان یک تله گرمایی عمل کرده و در نتیجه در زمستان مطلوب می باشند.

مقدار تابش بستگی به مواردی مانند دمای منبع و همچنین نوع سطح دارد. سطوح سیاه و ناصاف، تابش کننده و جذب کننده های خوبی می باشند اما سطوح براق، روشن و صاف، تابش کننده و جذب کننده ضعیفی می باشند زیرا بیشتر انرژی تابشی را انعکاس می دهند.

مقاله مرتبط


تهویه مطبوع خورشیدی

هر سامانه تهویه مطبوع هوا که از انرژی خورشیدی استفاده می کند به نام سیستم تهویه مطبوع خورشیدی می شناسند. این سیستم می تواند با استفاده از پنل های خورشیدی نصب شده در فضای بیرون به چند روش از انرژی خورشید بهره بگیرد.

تعاریف تجهیزات تهویه مطبوع

موتورخانه فضا یا اتاقی در ساختمان که به کنترل کننده های الکتریکی و دستگاه های مکانیکی اختصاص پیدا می کند.کلیه تجهیزات سیستم گرمایش از جمله پمپ، دیگ (بویلر) و غیره در این محل نصب خواهند شد.