روش کارکردی را می توان برای تمام ساختمان ها به کار برد، اما طراحی با آن نیازمند محاسبات انتقال حرارت پوسته خارجی ساختمان است. در مواردی که در بند فوق مشخص شده است، میتوان از روش تجویزی (بند ۱۹-۳-۲) استفاده کرد.
برای محاسبه عایقکاری حرارتی ساختمان ها به روش کارکردی، ابتدا باید گروه ساختمان، از لحاظ میزان صرفه جویی در مصرف انرژی، تعیین گردد. گروه ساختمان با توجه به عوامل ویژه اصلی بند ۱۹-۲-۲ و بر اساس جدول مندرج در پیوست ۵ این مبحث تعیین می گردد. پس از آن، باید میزان عایقکاری حرارتی ساختمان ها، با محاسبه ضریب انتقال حرارت طرح، و مقایسه آن با حداکثر مقدار مجاز (ضریب انتقال حرارت مرجع) تعیین شود.
روش محاسبه ضریب انتقال حرارت مرجع و ضریب انتقال حرارت طرح به ترتیب در بندهای ۱۹-۳-۱-۱ و ۱۹-۳-۱-۳ توضیح داده شده است. در شکل ۱ نیز نمودار گردشی مراحل محاسبات عایقکاری حرارتی پوسته ساختمان در روش کارکردی نشان داده شده است.
شکل ۱- نمودار گردشی مراحل محاسبه عایقکاری حرارتی پوسته ساختمان مطابق روش کارکردی
محاسبات باید برای هر ساختمان منفرد و برای هر واحد آپارتمانی به صورت مستقل انجام گردد. در صورت یکسان بودن واحدهای ساختمان از نظر مشخصات حرارتی، کافی است محاسبات بر اساس بعضی واحدهای شاخص صورت گیرد. شایان ذکر است واحدهای یک ساختمان در صورتی یکسان تلقی میشوند که:
– مشخصات حرارتی تمامی پوسته خارجی واحدهای ساختمان مشابه باشد؛
– نوع سیستم گرمایش، سرمایش و تأمین آب گرم در تمامی واحدها مشابه باشد؛
-کاربری واحدهای ساختمان یکسان باشد.
۱۹-۳-۱-۱ محاسبه ضریب انتقال حرارت مرجع
ضریب انتقال حرارت مرجع ساختمان (Ĥ) بر حسب [W/K] برابر است با حداکثر انتقال حرارت مجاز از پوسته خارجی ساختمان، در شرایط پایدار و به ازای یک درجه سلسیوس اختلاف دما بین هوای داخل و خارج.
در محاسبه ضریب انتقال حرارت مرجع، انتقال حرارت از بام ها، دیوارها، کفهای در تماس با هوا یا خاک، درها و سطوح نورگذر ساختمان در نظر گرفته میشود. این جدارها ممکن است در تماس با فضای خارج، فضاهای کنترل نشده یا خاک باشند.
برای تعیین ضریب انتقال حرارت مرجع ساختمان، لازم است ضرایب انتقال حرارت مرجع اجزای پوسته خارجی، با در نظر گرفتن گروه ساختمان (بند ۱۹-۲-۲) ، نحوه استفاده از ساختمان (بند ۱۹-۲-۳-۲) و مستقل یا غیرمستقل بودن آن (مطابق تعاریف صفحه ۶) ، از جداول بخش ۱۹-۳-۱-۲ استخراج گردد.
در ضمن، لازم است مقادیر اجزای پوسته خارجی ساختمان (شامل مساحت خالص کل دیوارها، بام، کف مجاور هوا، در، پنجره و سطوح مجاور فضاهای کنترل نشده و محیط کف در تماس با خاک) با توجه به ابعاد داخلی محاسبه گردد.۱
پس از طی مراحل بالا، ضریب انتقال حرارت مرجع ساختمان (Ĥ) از طریق رابطه زیر محاسبه میگردد:
Ĥ = (AW × ÛW) + ( AR × ÛR) + (AF × ÛF) + (P × ÛP) + (AG × UG)+(AD× ÛD) + ( AWB × ÛWB)
۱.در محاسبه ضریب انتقال حرارت مرجع، تنها پل حرارتی کف در تماس با خاک در نظر گرفته میشود.
در این رابطه تعاریف مقادیر فیزیکی به شرح زیر است:
- AW مساحت کل دیوارهای مجاور فضای خارج [m2]
- ÛW ضریب انتقال حرارت سطحی مرجع دیوارها [W/m2K]
- AR مساحت کل بامهای تخت یا شیب دار مجاور فضای خارج [m2]
- ÛR ضریب انتقال حرارت سطحی مرجع بام تخت یا شیب دار [W/m2K]
- AF- مساحت کل کف زیرین در تماس با هوای خارج [m2]
- ÛF ضریب انتقال حرارت سطحی مرجع کف زیرین در تماس با هوا [W/m2K]
P – محیط کل کف زیرین در تماس با خاک، مجاور فضای خارج [m]
- ÛP ضریب انتقال حرارت خطی مرجع کف زیرین در تماس با خاک [W/mK]
- AG مساحت کل جدارهای نورگذر مجاور خارج (سطوح شیشه و قاب) [m2]
- ÛG ضریب انتقال حرارت سطحی مرجع جدارهای نورگذر با قابهای آنها [W/m2K]
- AD مساحت کل درهای مجاور فضای خارج [m2]
- ÛD ضریب انتقال حرارت سطحی مرجع درها [W/m2K]
- AWB مساحت کل سطوح در تماس با فضای کنترل نشده [m2]
- UWB ضریب انتقال حرارت سطحی مرجع جدارهای در تماس با فضای کنترل نشده [W/m2K]
توضیحات:
۱- سطوح تمام جدارهای ساختمانی (AW , AR , AF , AWB , AD) و محیط کف زیرین در تماس با خاک (P) از طرف داخل ساختمان محاسبه میشوند.
۲- تمام ضرایب انتقال حرارت مرجع عناصر ساختمانی در بخش ۱۹-۳-۱-۲ ارائه شده است.
۳- منظور از «جدار مجاور فضای خارج» جداری است که بین یک فضای کنترل شده و فضای خارج قرار گرفته است. همچنین، منظور از «جدار مجاور فضای کنترل نشده» جداری است که بین یک فضای کنترل شده و یک فضای کنترل نشده قرار گرفته است (شکل ۲) در محاسبه ضریب انتقال حرارت مرجع، سطوح جدارهای بین فضای کنترل نشده و فضای خارج در نظر گرفته نمیشود.
شکل ۲- موقعیت جدارهای مجاور خارج و مجاور فضای کنترل نشده در پلان شماتیک سه نمونه ساختمان
تبصره ۱: در مناطق دارای نیاز گرمایی زیاد (مطابق پیوست ۳)، می توان ضریب انتقال حرارت مرجع محاسبه شده را به میزان g.V (بر حسب وات بر کلوین) افزایش داد. در این رابطه، V حجم فضای مفید ساختمان و g ضریب تصحیح انتقال حرارت مرجع است.
مقادیر ضریب g بر اساس اینرسی حرارتی ساختمان و شاخص خورشیدی تعیین میگردد. برای ساختمان های غیرمستقل با فضاهای مورد استفاده مداوم، ضریب g از جدول ۱، و برای ساختمانهای غیرمستقل با فضاهای مورد استفاده منقطع، ضریب g از جدول ۲ استخراج میشود. روش تعیین اینرسی حرارتی ساختمان و شاخص خورشیدی به ترتیب در پیوست ۱ و پیوست ۲ ارائه گردیده است.
جدول ۱– محاسبه ضریب برای ساختمانهای غیرمستقل – فضاهای با استفاده مداوم بر حسب اینرسی حرارتی ساختمان و شاخص خورشیدی
|
اینرسی حرارتی
|
شاخص خورشیدی IS |
||
|
0.01 > IS |
0.02 > IS >= |
IS > = 0.02 |
|
|
کم |
0 |
0.03 |
0.06 |
|
متوسط |
0 |
0.05 |
0.10 |
|
زیاد |
0 |
0.06 |
0.12 |
جدول ۲- محاسبه ضریب ساختمانهای غیرمستقل – فضاهای با استفاده منقطع بر حسب اینرسی حرارتی ساختمان و شاخص خورشیدی
|
اینرسی حرارتی |
شاخص خورشیدی IS |
||
|
0.01 > IS |
0.02 > IS >= |
IS > = 0.02 |
|
|
اختیاری |
0 |
0.04 |
0.08 |
۱۹-۳-۱-۲ ضرایب انتقال حرارت مرجع عناصر ساختمانی پوسته خارجی
ضرایب انتقال حرارت مرجع عناصر پوسته خارجی، بر اساس گروه ساختمان، نحوه استفاده از آن، و مستقل یا غیرمستقل بودن ساختمان، در جدول ۳ تا جدول ۵ درج شده است.
برای محاسبه ضریب انتقال حرارت مرجع ساختمان (Ĥ)، لازم است ضرایب انتقال حرارت اجزای پوسته ساختمان از جداول مذکور استخراج و در رابطه بخش ۱۹-۳-۱-۱ قرار داده شوند.
جدول ۳– ضرایب انتقال حرارت مرجع عناصر ساختمانی* برای ساختمانهای گروه یک (ساختمانهای ملزم به صرفه جویی زیاد در مصرف انرژی)
* ضرایب بر حسب W/m2.K داده شده است، غیر از ÛP که برحسب W/m.K است.
جدول ۴- ضرایب انتقال حرارت مرجع عناصر ساختمانی* برای ساختمانهای گروه دو (ساختمانهای ملزم به صرفه جویی متوسط در مصرف انرژی)
* ضرایب بر حسب W/m2.K داده شده است، غیر از ÛP که برحسب W/m.K است.
جدول ۵- ضرایب انتقال حرارت مرجع عناصر ساختمانی* برای ساختمانهای گروه سه (ساختمانهای ملزم به صرفه جویی کم در مصرف انرژی)
* ضرایب بر حسب W/m2.K داده شده است، غیر از ÛP که برحسب W/m.K است.
تبصره ۲: چنانچه ساختمانی، مطابق پیوست ۳، دارای نیاز غالب باشد و تمام جدارهای نورگذر پوسته خارجی آن از سایه بان های معین شده در پیوست ۱۰ برخوردار باشند، میتوان ضرایب انتقال حرارت مرجع عناصر ساختمانی را با ضریب 1.1 افزایش داد.
۱۹-۳-۱-۳ محاسبه ضریب انتقال حرارت طرح و کنترل مشخصات پوسته
پس از تعیین ضریب انتقال حرارت مرجع ساختمان، لازم است ضریب انتقال حرارت طرح محاسبه و با مقدار مرجع مقایسه گردد. ضریب انتقال حرارت طرح باید با طی مراحل مندرج در بندهای ۱۹-۳-۱-۳-۱ تا ۱۹-۳-۱-۳-۶ تعیین و مطابق توضیحات بند۱۹-۳-۱-۳-۷ با ضریب انتقال حرارت مرجع مقایسه شود.
۱۹-۳-۱-۳-۱ محاسبه مساحت اجزای پوسته خارجی
برای محاسبه ضریب انتقال حرارت طرح، باید مقادیر تمام اجزای پوسته خارجی، که دارای مشخصات حرارتی متفاوتی هستند یا در مجاورت فضاهای متفاوتی از نظر کنترل دما قرار گرفته اند، به صورت جداگانه محاسبه گردد. این مقادیر شامل مساحت خالص انواع دیوارها، بامها، کفهای مجاور هوا، درها و پنجره هاست، که در مجاورت فضای خارج، یا فضاهای کنترل نشده، قرار گرفته اند. در محاسبه این سطوح، باید ابعاد داخلی فضاها ملاک قرار گیرد.
۱۹-۳-۱-۳-۲ محاسبه محیط پلهای حرارتی پوسته خارجی
همراه با محاسبه مساحت اجزای مختلف پوسته خارجی، لازم است طول پلهای حرارتی پوسته خارجی ساختمان محاسبه گردد. مقادیر پلهای حرارتی شامل موارد زیر است:
– محیط کف و دیوار مجاور خاک؛
– محیط کفهای زیرین؛
– محیط سقفهای میانی (که باید در عدد ۲ ضرب شود)؛
– محیط سقفهای نهایی؛
– طول اتصالات دیوارهای داخلی و خارجی (که باید در عدد ۲ ضرب گردد)؛
– طول اتصالات بازشوها و جدارهای غیرنورگذر.
باید متذکر شد که چنانچه، برای تسریع و ساده سازی عملیات، حذف محاسبات دقیق و تفکیکی پل های حرارتی مد نظر باشد، میتوان از محاسبه طول پلهای حرارتی صرف نظر کرد؛ اما در این صورت، لازم است ضریب انتقال حرارت اجزای ساختمانی دارای پل حرارتی، بر اساس مقادیر داده شده در جدول ۳۲، پیوست ۱۱ افزایش یابد.
شکل ۳- طرح برخی از پلهای حرارتی در پوسته خارجی ساختمان
۱۹-۳-۱-۳-۳ محاسبه و استخراج ضرایب انتقال حرارت اجزای پوسته
اقدام دیگر در تعیین ضریب انتقال حرارت طرح، محاسبه یا استخراج ضرایب انتقال حرارت سطحی تمامی اجزای پوسته خارجی است.
ضریب انتقال حرارت جدار های کدر ساختمان باید با استفاده از ضرایب هدایت حرارت مصالح متداول (پیوست ۷) و مقاومت های حرارتی قطعات ساختمانی، لایه های هوا و سطوح داخلی و خارجی پوسته خارجی (پیوست ۸) محاسبه گردد. لازم است ضریب انتقال حرارت بازشوها و جدارهای نورگذر پوسته خارجی ساختمان نیز بر اساس جداول پیوست ۹ این مبحث تعیین گردد.
در صورتی که مقادیر مربوط به مصالح، یا اجزایی به خصوص، در پیوست های مذکور نیامده باشد و یا سازنده ای مدعی باشد که محصولاتی با مشخصات حرارتی بهتر از مقادیر مندرج در منابع معتبر عرضه کرده است، لازم است گواهی فنی معتبر محصول مورد نظر ضمیمه مدارک گردد.
این گواهی فنی باید مشتمل بر ضرایب هدایت حرارت یا مقاومت های حرارتی محصول، با ضخامت های مورد استفاده در طراحی ساختمان، و همچنین دیگر مشخصات فنی مورد نیاز برای ارزیابی همه جانبه محصول و آیین اجرای آن باشد. در این حالت، مقادیر مذکور در گواهی فنی، تا زمان اعتبار آن، ملاک طراحی و محاسبات خواهد بود.
۱۹-۳-۱-۳-۴ استخراج ضرایب انتقال حرارت خطی پلهای حرارتی
علاوه بر محاسبه ضرایب انتقال حرارت سطحی اجزای پوسته، ضروری است ضرایب انتقال حرارت خطی پلهای حرارتیِ ساختمان نیز، با استفاده از پیوست ۱۱ این مبحث، تعیین گردد.
در صورتی که، به منظور تسریع و ساده سازی عملیات، تمایلی به انجام محاسبات دقیق و تفکیکی پل های حرارتی وجود نداشته باشد، می توان با صرف نظر از استخراج ضرایب انتقال حرارت خطی پلهای حرارتی، ضریب انتقال حرارت سطحی اجزای ساختمانی دارای پل حرارتی را، با استفاده از مقادیر تعیین شده در جدول ۳۲، پیوست ۱۱ افزایش داد.
۱۹-۳-۱-۳-۵ محاسبه ضریب کاهش انتقال حرارت فضاهای کنترل نشده
علاوه بر موارد یادشده در فوق، آنچه باید در محاسبه ضریب انتقال حرارت طرح انجام گیرد، تعیین ضریب کاهش انتقال حرارت تمام فضاهای کنترل نشده ساختمان است.
با توجه به آنکه اختلاف دمای فضای داخل با فضاهای کنترل نشده کمتر از اختلاف دمای فضاهای داخل و خارج است و در نتیجه مقدار انتقال حرارت از جدارهای مجاور فضای کنترل نشده کمتر از مقدار انتقال حرارت از جدارهای مجاور خارج است، لازم است این موضوع، با استفاده از یک ضریب کاهش، در محاسبات لحاظ شود.
به این ترتیب، تعیین ضریب کاهش انتقال حرارت هر یک از فضاهای کنترل نشده ساختمان و منظور کردن آن در محاسبه انتقال حرارت اجزای مجاور این فضاها، ضرورت می یابد. از رابطه زیر، ضریب کاهش یک فضای کنترل نشده به دست می آید:
τ = Ʃ AeUe/Ʃ AeUe + Ʃ AiUi
τ : ضریب کاهش انتقال حرارت فضای کنترل نشده
Ae : مساحت خالص جدار بین فضای کنترل نشده و خارج [m2]
Ue : ضریب انتقال حرارت سطحی جدار بین فضای کنترل نشده و خارج . [W/m2K]
Ai :مساحت خالص جدار بین فضای کنترل نشده و فضای کنترل شده [m2]
Ui : ضریب انتقال حرارت سطحی جدار بین فضای کنترل نشده و فضای کنترل شده [W/m2K]
چنانچه، به ملاحظه ساده سازی عملیات، از محاسبه دقیق ضریب کاهش انتقال حرارت فضایی کنترل نشده صرف نظر شود، ضریب کاهش انتقال حرارت آن فضا برابر یک فرض میشود.
۱۹-۳-۱-۳-۶ محاسبه ضریب انتقال حرارت طرح
پس از مراحل فوق، باید ضریب انتقال حرارت طرح (H) با محاسبه مجموع حاصل ضربهای مساحت اجزای مختلف پوسته در ضریب انتقال حرارت و ضریب کاهش انتقال حرارت متناظر هر کدام از آنها، و همچنین مجموع حاصل ضربهای محیط پلهای حرارتی در ضریب انتقال حرارت خطی و ضریب کاهش انتقال حرارت متناظر با آنها تعیین گردد، که در رابطه زیر بیان شده است:
![\[H=\sum_{n}^{i=1}(A_{Wi}*U_{Wi}*\tau _{i})+\sum_{n}^{i=1}(A_{Ri}*U_{Ri}*\tau _{i})+\sum_{n}^{i=1}(A_{Fi}*U_{Fi}*\tau _{i})+\sum_{n}^{i=1}(A_{Gi}*U_{Gi}*\tau _{i})+\sum_{n}^{i=1}(A_{Di}*U_{Di}*\tau _{i})+\sum_{n}^{i=1}(P_{i}*\Psi _{i}*\tau _{i})\]](http://benamekhoda.org/wp-content/ql-cache/quicklatex.com-1c25d259c1dcb3b162806cbf963deb3d_l3.png "Rendered by QuickLaTeX.com")
در این رابطه تعاریف مقادیر فیزیکی به شرح زیر است:
Awi : مساحت خالص هر یک از انواع دیوارهای مجاور خارج یا فضای [m2]
Uwi : ضریب انتقال حرارت سطحی متناظر با هر کدام از انواع دیوارها [W/m2K]
ARi : مساحت خالص هرکدام از انواع بام تخت یا شیب دار مجاور خارج یا [m2]
URi : ضریب انتقال سطحی حرارت متناظر با انواع بام تخت یا شیب دار [W/m2K]
AFi : مساحت خالص هر کدام از انواع کف زیرین در تماس با هوای خارج یا [m2]
UFi : ضریب انتقال حرارت سطحی متناظر با انواع کف زیرین در تماس با هوا [W/m2K]
AGi : مساحت خالص انواع جدارهای نورگذر و قاب آنها، مجاور خارج یا [m2]
UGi : ضریب انتقال حرارت سطحی متناظر با انواع جدارهای نورگذر [W/m2K]
ADi : مساحت خالص هر کدام از انواع درهای خارجی یا مجاور فضای [m2]
UDi : ضریب انتقال حرارت سطحی متناظر با انواع درهای خارجی [W/m2K]
Pi : محیط انواع کف در تماس با خاک و پلهای حرارتی [m]
Yi : ضریب انتقال حرارت خطی متناظر با انواع کف در تماس با خاک و [W/mK]
ti : ضریب کاهش انتقال حرارت هر جدار
توضیحات:
۱- منظور از جدار مجاور فضای خارج جداری است که بین یک فضای کنترل شده و فضای خارج قرار گرفته باشد. همچنین منظور از جدار مجاور فضای کنترل نشده جداری است که بین فضای کنترل شده و فضای کنترل نشده قرار میگیرد (شکل ۲) در رابطه بالا، سطوح جدارها و پلهای حرارتی بین فضاهای کنترل نشده و فضای خارج در نظر گرفته نمیشود.
۲- ضریب کاهش انتقال حرارت جدارهای مجاور فضای خارج برابر یک است.
۳- ضریب کاهش انتقال حرارت هر یک از جدارهای مجاور فضای کنترل نشده برابر ضریب کاهش انتقال حرارت محاسبه شده برای آن فضای کنترل نشده است (بند ۱۹-۳-۱-۳-۵) در صورت عدم تمایل به انجام محاسبه فوق، ضریب کاهش انتقال حرارت جدارهای مجاور آن فضا باید برابر یک در نظر گرفته شود.
۴- اگر طراح بخواهد جدارهای میان فضایی کنترل نشده و فضای خارج را عایقکاری حرارتی نماید (شکل ۴ ب)، باید در محاسبه ضریب انتقال حرارت طرح، به جای جدارهای میان آن فضای کنترل نشده و فضاهای کنترل شده، تمام جدارهای میان فضای کنترل نشده مذکور و فضای خارج را در رابطه فوق قرار دهد. در این حالت، در مورد جدارهای میان آن فضای کنترل نشده و خارج، باید به جای ضریب کاهش انتقال حرارت ti، ضریب 1 – τi در محاسبه وارد گردد. اگر ضریب کاهش انتقال حرارت فضای کنترل نشده محاسبه نشده باشد، لازم است عدد یک، به عنوان ضریب کاهش انتقال حرارت این اجزا، مفروض و در رابط، بالا قرار داده شود.
۱۹-۳-۱-۳-۷ مقایسه ضریب انتقال حرارت طرح و مرجع
پس از محاسبه ضریب انتقال حرارت طرح، این ضریب با ضریب انتقال حرارت مرجع مقایسه می شود. در روش کارکردی، عایقکاری حرارتی ساختمان باید به گونه ای طراحی شود که ضریب انتقال حرارت طرح (H) کوچکتر از یا مساوی ضریب انتقال حرارت مرجع (Ĥ) باشد. در صورت بیشتر بودن ضریب انتقال حرارت طرح از ضریب انتقال حرارت مرجع، باید با اصلاح مشخصات حرارتی و یا مقادیر اجزای پوسته خارجی، ضریب انتقال حرارت طرح را، تا مقداری کمتر از یا مساوی ضریب انتقال حرارت مرجع، کاهش داد.
شکل ۴- الف: عایقکاری حرارتی دیوارهای مجاور خارج و دیوارهای مجاور فضاهای کنترل نشده
ب: عایقکاری حرارتی دیوارهای مجاور خارج و دیوارهای بین فضای کنترل نشده و خارج
