لماذا حساب الحمل الحراري أهم من مساحة المبنى عند اختيار التكييف؟

ما هو الحمل الحراري؟

الحمل الحراري للتبريد هو معدل الحرارة والرطوبة التي يجب على نظام التكييف إزالتها في وقت التصميم حتى يحافظ على الحالة الداخلية المطلوبة.

ويتكون من:

Sensible Load

الحرارة التي تغير dry-bulb temperature.

Latent Load

الرطوبة التي يجب إزالتها للحفاظ على humidity مناسبة.

اختيار نظام على sensible load فقط قد يعطي مشكلة في المساحات ذات الحمل الكامن المرتفع.

لماذا المساحة ليست كافية؟

لأن 100 م² ليست حالة حرارية ثابتة.

قارن:

مساحة A

• داخلية
• لا توجد واجهة غربية
• زجاج محدود
• شخصان
• أجهزة قليلة
• تهوية محدودة.

مساحة B

• نفس 100 م²
• واجهة زجاجية كبيرة غربًا
• عشرات الأشخاص
• أجهزة وإضاءة عالية
• outdoor air مرتفع.

هل من المنطقي أن تحصل المساحتان على نفس TR لأن المساحة واحدة؟

لا.

ما مصادر الحمل التي تدخل الحساب؟

ASHRAE يقسم cooling-load inputs إلى مصادر متعددة.

1. الحرارة عبر الجدران والأسقف

يعتمد انتقال الحرارة على:

• U-value
• فرق الحرارة
• المواد
• العزل
• exposure
• thermal mass
• التوقيت.

السقف المكشوف للشمس في بيئة حارة ليس مثل سقف تحت مساحة مكيفة.

2. الشمس عبر الزجاج

Solar heat gain من أكبر الفروق بين مساحتين لهما area نفسها.

يتأثر بـ:

• orientation
• time of day
• glazing area
• SHGC
• shading
• glass type.

واجهة غربية كبيرة قد ترفع peak load في وقت مختلف عن واجهة شمالية.

3. الأشخاص

كل شخص يضيف:

• sensible heat
• latent heat.

والحمل يعتمد على:

• عدد الأشخاص
• activity level
• schedule.

قاعة أو مطعم أو قاعة تدريب تختلف جذريًا عن مكتب قليل الإشغال بنفس المساحة.

4. الإضاءة

الطاقة الكهربائية التي تستهلكها الإضاءة تتحول في النهاية إلى حرارة بدرجات مختلفة.

يؤثر:

• lighting power
• fixture type
• schedule
• installation.

5. الأجهزة والمعدات

المكاتب والمطاعم والمتاجر والمختبرات لها equipment loads مختلفة.

أمثلة:

• computers
• servers
• kitchen equipment
• motors
• displays
• process equipment.

ASHRAE يوضح أن internal loads من people, lighting, motors and equipment يمكن أن تكون جزءًا كبيرًا من الحمل في مبانٍ حديثة.

6. الهواء الخارجي للتهوية

كل outdoor air يدخل يحتاج أن يصل إلى الحالة الداخلية المطلوبة.

في الأجواء الحارة، هذا يعني:

• sensible cooling
• وربما latent cooling لإزالة الرطوبة.

إذا تجاهلت ventilation load، قد تختار سعة أقل من المطلوب حتى لو كانت envelope loads محسوبة.

7. Infiltration

الهواء غير المتحكم به الذي يدخل عبر:

• الأبواب
• الفتحات
• التسرب

يحمل حرارة ورطوبة.

قد يكون تأثيره كبيرًا في:

• المداخل كثيرة الاستخدام
• loading doors
• مبانٍ ذات envelope غير محكم.

8. Duct Heat Gain وLeakage

إذا مر supply duct في مساحة ساخنة غير مكيفة، قد يكتسب حرارة.

وإذا حدث leakage، قد لا يصل airflow والحمل المتاح كاملًا إلى الفراغ.

ولهذا يوضح ASHRAE أن system sizing لا يتوقف عند room load فقط duct gains/losses، fan energy، ventilation، return configuration وغيرها تدخل system load.

9. Fan Heat

الطاقة التي تضيفها المروحة للهواء قد تدخل system load حسب موقع المروحة والتكوين.

10. الرطوبة

الرطوبة ليست تفصيلًا ثانويًا.

في space ذات latent load مرتفع، يمكن أن يكون النظام قادرًا على خفض الحرارة لكنه لا يزيل الرطوبة بالشكل المطلوب.

لذلك يجب حساب:

• sensible load
• latent load
• sensible heat ratio
• airflow / supply condition.

لماذا التوقيت مهم؟

Cooling load ليس مجرد جمع heat gains لحظة بلحظة.

الجدران والأرضيات والأثاث تمتص جزءًا من الإشعاع ثم تطلقه لاحقًا.

هذه الظاهرة تعني أن:

• peak heat gain
• وpeak cooling load

قد لا يحدثان في الوقت نفسه.

ASHRAE يعتبر هذا time-delay / thermal-storage effect من أهم أسباب أن load calculation يحتاج method زمني بدل rule of thumb مبسط.

ما معنى Design Conditions؟

الحساب يحتاج ظروفًا خارجية وداخلية محددة.

Outdoor Design Conditions

درجة حرارة ورطوبة تصميمية للموقع حسب بيانات مناخية معتمدة.

Indoor Design Conditions

درجة الحرارة والرطوبة المطلوبة داخل المبنى.

الفرق بينهما يؤثر مباشرة في الحمل.

وهذا أحد أسباب أن نفس المبنى في مدينة مختلفة قد لا يأخذ نفس selection.

لماذا Floor Area Rule قد تخطئ في الاتجاهين؟

Undersizing

إذا كانت rule تعطي سعة أقل من الحمل:

• لا يصل المكان إلى setpoint
• يعمل الجهاز باستمرار
• يقل margin
• تظهر شكاوى حرارة.

Oversizing

إذا أعطت سعة أكبر من اللازم:

• تكلفة أولية أعلى
• cycle behavior غير مناسب في بعض الأنظمة
• تحكم أقل جودة
• potential humidity problems في DX systems
• معدات أكبر ودكت/كهرباء أكبر بلا حاجة.

إذًا «زيادة طن احتياطي» ليست دائمًا قرارًا آمنًا.

هل نحتاج حساب كل غرفة؟

للتصميم الجيد، نعم يجب فهم الأحمال على مستوى zones/rooms.

ASHRAE يوضح أن equipment/system sizing يحتاج zone/block loads، بينما تصميم توزيع الهواء يحتاج room-by-room information.