بررسی تلفات حرارتی از سطح آب استخر (Q2) – محاسبات بار حرارتی استخر
در این مقاله به سراغ بررسی تلفات حرارتی از سطح آب استخر (Q2) –محاسبات بار حرارتی استخر، بررسی انواع اتلاف حرارت از استخر برای محاسبات گرمایش آب استخر رفته ایم. اگر شما کارشناس تاسیسات استخر هستید، پروژه ساخت استخر در دستان شماست یا مهندس تاسیسات هستید و میخواهید همه چیز در مورد محاسبات تلفات حرارتی استخر بدانید، در ادامه همراه ما باشید.
انواع اتلاف حرارت استخر
- بر اساس استاندارد اشری برای یک استخر ۴ نوع اتلاف حرارتی وجود دارد:
- اتلاف حرارت همرفتی از سطح استخر
- اتلاف حرارت ناشی از تبخیر سطحی آب استخر
- اتلاف حرارتی از دیواره ها و کف استخر
- اتلاف حرارت تشعشعی از سطح استخر
موارد سوم و چهارم در اکثر موارد بسیار ناچیز است و در نظر گرفته نمی شود. در ادامه به بررسی موارد اول و دوم می پردازیم.
اتلاف حرارت همرفتی از سطح استخر
بر اساس استاندارد اشری اتلاف حرارت همرفتی از سطح آب استخر از رابطه زیر بدست می آید:
q1 = UA (tp-ta)
- q1 : اتلاف حرارت همرفتی از سطح استخر بر حسب KW یا Btu/hr
- U : ضریب انتقال حرارت سطح استخر که برابر است با kW/(m2·K) 0.06 یا Btu/h·ft2·°F 10.5
- tp : دمای آب استخر بر حسب درجه سانتیگراد یا درجه فارنهایت
- ta : دمای هوای محیط استخر بر حسب درجه سانتیگراد یا درجه فارنهایت
در برخی از مراجع براى راحت تر شدن محاسبات، جداول زیر به ازاى اختلاف دماهای آب استخر و دماهای هوای محیط استخر بر حسب واحد سطح استخر ارائه شده است، که عدد حاصل از همین فرمول برای اختلاف دماهای مختلف برای واحد سطح استخر است.
جدول شماره ۷-۲- اتلاف حرارت همرفتی از سطح استخر در سیستم SI
در برخی از مراجع براى راحت تر شدن محاسبات، جداول زیر به ازاى اختلاف دماهای آب استخر و دماهای هوای محیط استخر بر حسب واحد سطح استخر ارائه شده است، که عدد حاصل از همین فرمول برای اختلاف دماهای مختلف برای واحد سطح استخر است.
جدول شماره ۷-۳- اتلاف حرارت همرفتی از سطح استخر در سیستم IP
عدد به دست آمده از جدول فوق را که بر حسب Kcal/hr.m2 (Btu/hr.ft2) می باشد، را باید در سطح استخر ضرب کرد تا اتلاف حرارتی از کل سطح استخر به دست آید.
نکته ۱ : فرمول و جدول فوق بر اساس وزش باد با سرعت بین ۵ تا ۸ کیلومتر بر ساعت (۳.۵ تا ۵ مایل بر ساعت) ارائه شده است.
نکته ۲ : برای استخرهای سرپوشیده یا استخرهای روباز مجهز به سایه بان، باید فرمول فوق و مقادیر منظور شده در جدول را با اعمال ضریب ۰.۷۵ وارد محاسبات نمود.
نکته ۳ : برای مقادیر سرعت باد بیش از ۸ کیلومتر بر ساعت (۵ مایل بر ساعت)، فرمول فوق و مقادیر جدول با ضریب ۱.۲۵ و همچنین برای سرعت باد بیش از ۱۶ کیلومتر بر ساعت (۱۰ مایل بر ساعت)، فرمول فوق و مقادیر جدول با ضریب ۲ در محاسبات می بایست وارد شوند.
اتلاف حرارتى ناشی از تبخیر سطحى آب استخر
یکی از مهمترین منابع اتلاف حرارتی مخصوصاً در استخرهای روباز، اتلاف حرارتی ناشی از تبخیر سطحی آب استخر است که بر اساس اشری حدود ۵۰ تا ۶۰ درصد تلفات حرارتی کل استخر را شامل می شود.
برای بدست آوردن میزان تبخیر آب از سطح استخر، استاندارد اشرى برای سیستم های متریک و انگلیسی فرمول های زیر را رائه داده است:
- سیستم SI (متریک):
Wp = A/Y (Pw-Pa) (۰.۰۸۹+۰.0782V)
- Wp : نرخ تبخیر آب بر حسب kg/s
- A : مساحت سطح استخر بر حسب مترمربع
- Y : گرماى نهان برای تبدیل آب به بخار در دماى سطح آب بر حسب KJ/Kg
- Pw : فشار بخار اشباع در دماى سطح آب بر حسب KPa
- Pa : فشار بخار اشباع در نقطه شبنم دمای هوای استخر بر حسب KPa
- V : سرعت هوا روی سطح آب بر حسب m/s
اگر شما کارشناس تاسیسات استخر هستید، پروژه ساخت استخر در دستان شماست یا مهندس تاسیسات هستید قطعا دوره های زیر به دردتان خواهد خورد.
اتلاف حرارتى ناشی از تبخیر سطحى آب استخر
- سیستم IP (انگلیسی):
Wp = A/Y (Pw-Pa) (۹۵+۰.425V)
- Wp : نرخ تبخیر آب بر حسب lb/h
- A : مساحت سطح استخر بر حسب مترمربع
- Y : گرماى نهان برای تبدیل آب به بخار در دماى سطح آب بر حسب Btu/lb
- Pw : فشار بخار اشباع در دماى سطح آب بر ش in.Hg
- Pa : فشار بخار اشباع در نقطه شبنم دمای هوای استخر بر حسب in.Hg
- V : سرعت هوا روی سطح آب بر حسب fpm
بر اساس اشری می توان فرمول های فوق را با استفاده از ضریب فعالیت Fa اصلاح نمود و نرخ تبخیر را بر اساس فعالیت شناگران بدست آورد.
برای مقادیر Y در حدود KJ/Kg 2400 (Btu/lb 1000) و مقادیر سرعت هوا روی سطح آب در بازه ۰.۰۵ تا ۰.۱۵ متر بر ثانیه (fpm 10-30) فرمول های فوق به صورت های زیر تبدیل می شوند:
سیستم SI (متریک): Wp = 4 × 10-۵ A (Pw-Pa) Fa
سیستم IP (انگلیسی): Wp = 0.۱ A (Pw-Pa) Fa
ضریب فعالیت Fa در هر دو سیستم متریک و انگلیسی از جدول زیر بدست می آید:
ضریب فعالیت بر اساس نوع استخر
همان گونه که مشاهده می کنید اختلاف بین نرخ تبخیر در استخرهای شخصی و استخرهای عمومی حدود ۱۰۰ درصد می باشد. پس استفاده از ضریب فعالیت درست در محاسبه نرخ تبخیر آب و به تبع آن محاسبه صحیح مقدار بار گرمایشی بسیار مهم می باشد.
همچنین بر اساس استاندارد اشری توصیه می شود دمای هوای استخر در استخرهای عمومی حدود ۱ تا ۲ درجه سانتیگراد (۲ تا ۴ درجه فارنهایت) بیشتر از دمای آب در نظر گرفته شود، البته حداکثر تا دمای آسایش ۳۰ درجه سانتیگراد (۸۶ درجه فارنهایت) و نه بیشتر از آن.
دلیل این امر نیز برای حفظ انرژی از طریق کاهش تبخیر و جلوگیری از اثرات سرما بر شناگران به علت تبخیر آب از سطح پوست آنها می باشد.
با داشتن دمای هوای استخر می توانیم میزان نرخ تبخیر آب را از روابط فوق محاسبه کنیم. به این صورت که فشار بخار اشباع در دماى سطح آب (Pw) را با داشتن دمای آب استخر از جداول ترمودینامیکی آب اشباع پیدا می کنیم.
همچنین برای فشار بخار اشباع در نقطه شبنم دمای هوای استخر (Pa)، ابتدا با تعیین دمای هوای استخر و رطوبت نسبی آن، از نمودار سایکرومتریک نقطه شبنم هوا را پیدا می کنیم. سپس در دمای نقطه شبنم، فشار بخار اشباع را از جداول ترمودینامیکی بدست می آوریم.
مطلب مرتبط: انتقال حرارتی
در پایان برای بدست آوردن اتلاف حرارتی ناشی از تبخیر آب، نرخ تبخیر بدست آمده را در گرمای نهان تبخیر (همان hfg در جداول ترمودینامیکی آب اشباع) در دمای آب استخر ضرب کرده تا بار حرارتی ناشی از تبخیر آب (q2) بدست آید.
در پایان نیز با جمع کردن مقادیر تلفات حرارتی همرفتی از سطح استخر و تلفات حرارتی ناشی از تبخیر از سطح آب، میزان کل تلفات حرارتی از سطح استخر بدست می آید.
