chapter-5 heating load
TRANSCRIPT
แฑแแฌแแธแแแซแผแแ Chapter-5 Heating Load Calculations
5-1
Chapter-5
Heating Load Calculations (RIT/YIT แฑแแฌแแแธแแ (แแแแ ) Air Conditioning แแฌแแฌแแ แปแแแฌแแธแ แฌแกแแปแแ แแ Air Conditioning
Principles and Systems an Energy Approach (4th Edition) by Edward G. Pita แ แฌแกแแ แกแแแธ(แ)แ แแฌแแฌแปแแแแแแ)
Cooling load แแแแแ heating load แแผแแแ แกแฑแแฌแแกแฅแแฌแธแ แกแแแธแฑแปแแฌแแธแแ(heat transfer) แปแแ แฑแแแแ แฑแแแฌแ แผแฌ แแฌแธแแแแฑแแฌแฑแแซแแแ แแกแแแแ แกแแแแแ(resistance)แฑแแฌแแธแฑแ แกแแฑแแฌแแแธ แแแ แผแแธ(conductivity) แแแแธแฑแแปแแ แฟแแธ แกแแแธแฑแปแแฌแแธแแ(heat transfer) แแแธแฑแ แปแแ แแแ
แปแแแแฌแแแแ แกแแแธแ แฌแธแกแฑแแฌแแกแฅแแฌแธ แกแฌแธแแธแแธแแซแธแแผแ แกแแฑแแธแแแ แแ (heating system) แแแแแแฌแธแแแ แฑแแผแแปแแแแแแแ แกแแฌแธแกแฌแธแปแแ air conditioning system แแฌ แแแแแพแแแแ Cooling load แแผแแแ แแกแแแ แกแฑแปแแแแฑแแฌแแแฌแธแแฌแธแ แฑแแแฌแ แผแฌ แกแฑแแธแ แแแฌแธแแ แแฑแแฌแฑแแซแแฑแ แแ แกแแผแ heating load แกแแแธแ แแฌแแฌแปแแแแปแแแธแปแแ แแแ แแแแฑแแฌ แกแแแแฌแธแ cooling load calculation แกแแแธ(chapter-6)แแผแ แแแธแแปแแแฌแธแแซแ
แคแกแแแธแแ แกแฑแกแธแแแธแฑแแแแฌแธแแผแ แแแฑแแฌแแแฌแธแแ แกแฑแแฌแแกแฅแแฌแธแกแแผแ แแกแแแ heating system แกแแผแ heating load แแผแแแแธแแฌแธแ แแแธแแแแ แแแแแแ แแฑแแฌแแแฌแธแแฌแธแ แกแแ แธแแธแแแกแฑแปแแแแฌแธแ แฑแแฌแปแแแฌแธแแแ แปแแแแฌแ แ แแแฌแแ แแฑแแธแแฌแธแ แแแธ แ แแแแแแแฌแธแ แกแฑแแฌแแกแฅแแฌแธ แแผแ heating system แแแแแฑแแแแฑแแฌแฑแพแแฌแ แแแแแแแแแแฑแแฌแแแธ air con system cooling load แแผแแแฌแแผแ แคแกแแแธแแ แแฌแธแ แผแฌ แกแฑแแฌแแกแแปแแแแฑแแฌแฑแพแแฌแ แแแแผแแธแฑแแฌแปแแปแแแธ แปแแ แแแ
แคแกแแแธแ แฑแแแฌแฟแแธแฑแแฌแ แฑแกแฌแแแซ แแฑแแฌแแแฌแธแแฌแธแ แแฌแธแแแแฑแแฌแฑแแซแแแแแแ (แ) แกแฑแแฌแแกแฅแฑแแฌแแแแแฌแธแแ แกแ แแกแแแธ(building component)แแฌแธแ R แแแแธ(R-value)แแ U
แแแแธ (U-value)แแฌแธ แแฌแฑแแผแแแแ
(แ) แแแแผแแแ แกแฑแแฌแแกแฅ แแแแแฌแฑแแแแ แแแแแแกแแแธแกแแผแแธแแ แกแแแธแปแแแ แแแแธ แกแแแแแฌแธ (indoor and outdoor design conditions)แ แฑแแผแธแแแแแแ
(แ) แกแแแธ(room)แแ แกแฑแแฌแแกแฅ(building)แแแแผแ แปแแ แฑแแแแ heat transfer loss แแฌแธแ แแผแแแแแ
Cooling Load Calculation Ver-15 แฑแแฌแแธแแแซแผแแ
5-2
(แ) แกแแแธ(room)แแ แกแฑแแฌแแกแฅ(building)แแแ แ แแแแแ แปแแแแฑแแแ แแแฑแแธแแแ แปแแแแฑแ (infiltration and ventilation)แแฌแธแฑแพแแฌแ แปแแ แฑแแแแ heat transfer loss แแฌแธแ แแผแแแแแ แแ
(แ ) แกแแแธ(room)แแ แกแฑแแฌแแกแฅ(building)แแแกแแผแ heating load แแผแแแแแแแ แปแแ แแแ
แฑแแฌแแธแแฌแ แแแแแ แกแฑแแฌแแกแฅแปแแแ แกแแแแแแแแกแฑแปแแกแฑแแแฌแธแแผแ แกแแแธแแฌแธแ แกแฑแแฌแ แกแฅแกแแผแแธแ แแแฑแแฌแแแแแฌแปแแ แฑแ แแ แกแแแแ แแแธแแฌแธแแแกแแผแ heating system แแแแแแฌแธแแ แแกแแแแ แคแกแแแธแแผแ แกแแแแธแแ energy efficient แกแปแแ แแธ heat load calculation แแแธแ แฑแแฌแปแแแฌแธแแแ แปแแแแฌแแแแ แกแฑแแฌแแกแฅแแฌแธแแผแ heating system แแแแแแ แแแฑแแฌแแแธ cooling load แแผแแแแธแ แแผแแธแแแ แผแฌ แแฌแธแแแแฑแแฌแฑแแซแแแแ แกแฑแแฌแแกแฅ แกแแผแแธแแกแปแแแแ แแแแแ แกแปแแแ แกแแผแแธแแ แกแแแฌแธแ แธแแธแแ แแฌแธแแแแฑแแฌแฑแแซแแแแกแแผแ heating load แแผแแแแแแธแแฌแธแ แแปแแ แแฑแ แฑแแแฌแแ แแกแแแแ Heating load แแผแแแแธแ แแฌแธแแแแฑแแฌแฑแแซแแแแฌ cooling load แแผแแแแธแแ heating load แแผแแแแธแแแ แแผแฌแปแแฌแธแแแ แแแแแฑแแแฌแแแแแแแ
แ .แ Heating Load แปแแแแกแแแ แกแแผแแแแแแกแแซ แกแแแธแกแแผแแธแกแแแ(indoor air temperature)แ แกแแแแ
แกแแแแแผแ แแแธแแฌแธแแแกแแผแ heating system แ แ แแแแแแแแ แแกแแแแ แปแแแแกแแแ แกแแผแ แแแแแกแแซ แกแแแธแกแแผแแธ แกแแแ แแแแธแแผแฌแธแแแ แกแฑแปแแแกแฑแพแแฌแแธแแ แแธแแฌ -
(แ) แกแแแธแฑแปแแฌแแธแปแแแธ(heat transfer)แฑแพแแฌแ แปแแ แแแ
(แ) แกแแแธแกแแผแแธแ แฑแแผแธแฑแแแแฑแแแฌแธ(warm inside air)แแ แแแแฌแธ(walls)แ แปแแแแธแฑแแซแแแฌแธ (windows)แแ แแปแแฌแธแฑแแแฌแแฌแธ(other parts of the building envelope)แ แปแแแ แฑแกแธแฑแแแ แปแแแ (cold out side)แแ แกแแแฌแธแ แธแแธแแผแฌแธแแแ แกแฑแแฌแแกแฅแ แฑแแแแแ แกแฑแแซแแแฌแธ(openings) แแแ แแ แปแแแแฑแแฑแกแธแแฌแธ แแ แแแ(leakage of cold air)แฑแพแแฌแ แกแแแธแกแแผแแธแแ แฑแแฑแกแธแแฌแธ แแแฑแแฌแ(building infiltration)แแฌแแฌ แกแแแธแแแธแแ แปแแ แฑแแแแแ
แแแแ แกแแแธแแแธแแแแฌแธ(heat losses)แ แแแปแแแแแกแแผแ แแธแแแธแแแกแแแ แแแฌแแแแแ แกแแแฌแธแ แกแแแธแกแแผแแธแแ แกแแแแปแแ แแแฑแแธแแ แแกแแแแ
แกแแ แผแแธแกแ แแแฑแแปแแแธแ energy equation แปแแ แฑแแฌแปแแแแแแ แกแแแธ(room) แแแแแ แกแฑแแฌแแกแฅ (building)แกแแผแแธแ แฑแแ control volume แกแปแแ แแแแแแแ แกแแแธแแแ แแแฑแแธแแแ แ แผแแธแกแ(energy added to the room air ( Ein )) แแ heating system แ แแแฑแแธแแแแกแแแแ(heat supplied)แแ แแแแแแ แแผแแแผแฌแธแแแกแแแแฌแ(heat removed - Eout)แแ แกแแแธแกแแผแแธแ แแธแแแธแแ แกแแแแฌแ(heat loss - Qout) แปแแ แแแ แแแธแแแธแแฌแธแแ แ แผแแธแกแ(stored energy) แฑแปแแฌแแธแแแ(Ech)แแ แกแแแธแแผแแธแแฑแ(room air)แ enthalpy(Hch) แฑแปแแฌแแธแแแ(change) แปแแ แแแ
๐ฌ๐๐ = ๐ฌ๐๐ โ ๐ฌ๐๐๐
we obtain ๐ฏ๐๐ = ๐ธ๐๐ โ ๐ธ๐๐๐ (5.1)
where Hch = change in room air enthalpy Qin = heat supplied by heating system Qout = heat losses from room air to outside
แกแแแธแแผแแธแ แฑแแกแแแ(room air temperature)แแ enthalpy แกแฑแแแแผแ แแแแแแ Air enthalpy แแแแธ(decrease)แแ แกแแแธแกแแผแแธแ แฑแแกแแแ(temperature) แแแแธ(decrease)แแแ แกแแแธ แกแแผแแธแ แฑแแกแแแ(room air temperature)แ แกแแแแ temperature แแผแ แแแธแแฌแธแแแกแแผแ enthalpy แแแแธแ แแฑแปแแฌแแธแแฑแกแฌแ(constant)แแแธแแฌแธแแ แแกแแแแ แกแแแธแกแแแ แแฑแปแแฌแแธแแฑแ แแแ
แฑแแฌแแธแแแซแผแแ Chapter-5 Heating Load Calculations
5-3
แแธแแแธแแผแฌแธแแ แกแแแแฌแแแ แปแแแแแฑแแธแแแ แกแแแแฌแ แแแแแแ Energy equation แ แกแแธแปแแ แฑแกแฌแแแซแกแแแธ แฑแแฌแปแแแแแแ
๐ = ๐ธ๐๐ โ ๐ธ๐๐๐
๐ธ๐๐ = ๐ธ๐๐๐ (๐. ๐)
Where Hch = change in room air enthalpy Qin = heat supplied by heating system Qout = heat losses from room air to outside
แ แ -แ Heat exchanges between room air and surroundings. If heat furnished to room (Qin) equals
heat lost from room (Qout ), room air temperature remains constant (Tch = 0).
แ (แ -แ)แแผแ แกแแแธแกแแผแแธแแ แกแแ แธแแแแแ แกแแแฌแธ แแผแแแผแฌแธแ(heat flow into and out of a room)แ แฑแแฌแปแแแฌแธแแแ Equation 5.2 แกแ room air enthalpy (แแ แแแธแกแฌแธแปแแ temperature)แ แกแแแแแแแแธ(desired value)แแผแ แแฑแปแแฌแแธแแฑแกแฌแ(constant) แแแธแแฌแธแแแกแแผแ heating system แ แแแฑแแธแแ แกแ(heat supply)แแ แกแแแธแ แแธแแแธแแผแฌแธแแแกแ(heat losses)แแ แแแแแแ
แคแกแแแแ heating load แแผแแแแปแแแธแแ cooling load แแผแแแแแฌแแผแ แกแฑแปแแแแแ แกแแแกแแ แปแแ แแแ แกแฑแแฌแแกแฅ(building) แแ แแกแแผแแธแ แแธแแแธแแผแฌแธแแแกแแแฌแธ(heat losses)แ แกแแผแแแ แแผแแแแแแแ แแแแ แแ heating equipment แแฌแธแ capacity แ แแผแแแแแแแ
Heating equipment แ piping แกแแผแแกแ แฌแธ แแ duct แกแแผแแกแ แฌแธ(sizing) แฑแแผแธแแแแแกแแผแ heating
load แแแแธแ แแแแแแผแแแ แแกแแแแ แ แผแแธแกแแแธแ แผแแ(energy utilization)แแฌแธแ แฑแแแฌแแแกแแผแ heating load แแผแแปแแแธแแ แกแฑแปแแแกแแ(fundamental step) แปแแ แแแ แแผแแแแ แกแแแ heating system แแแแธแแแแแกแแผแ แกแแแธแแแธแแ(heat loss) แแผแแแแแฌแแผแ แแแแแแแธแฑแแฌแฑแพแแฌแ แปแแแฌแแฌแธแ แผแฌ แปแแ แฑแแแแแแ
แฑแแแแแผแแฑแแฌแแธแแ แกแแแธแกแแแแแแปแแแธ(unsatisfactory indoor air conditions)แแ แ แผแแธแกแ แกแแผแ แแแแ แแ(energy costs)แแฌแธแปแแแธ แ แแแปแแแฌแแฌแธ แปแแ แฑแแแแแ แแแฑแพแแฌแ แแแแแฌแธแ แกแแผแแกแ แแธแแฌแธแ heating and cooling load calculation method แแฌแธแ แกแแกแแแแแแฟแแธ แแแแฌแแแ แ แแธแแฅแธแ แแธแแแธแแฌแธ(code)แ แปแแแฌแแธแแพแแแแ (Cooling load calculation methods will be discussed in Chapter 6.)
Heating load แแ แกแฑแแฌแแกแฅแแฌแธ(buildings)แแผแ แปแแ แฑแแแแ แกแแแแแธแแ(heat loss) (แ)แแธ แฑแพแแฌแ แปแแ แแแ (แ) heat transfer losses แแ (แ) infiltration/ventilation losses แแแปแแ แแแ
แกแฑแแฌแแฅ แแแแแ แกแแแธแ แกแแแแ แกแแแแแผแ แแแธแแฌแธแแแแแกแแผแ แแแฑแแธแแแ แกแแแแฌแแ โheating loadโ แ แฑแแแแแ (The amount of heat that must be supplied to keep the building or room air at the desired temperature is called the heating load.)
Cooling Load Calculation Ver-15 แฑแแฌแแธแแแซแผแแ
5-4
แฑแกแฌแแแผแ แฅแแแฌแปแแ แฑแแฌแปแแแฌแธแแแ แกแแแธแกแแผแแธแ แฑแ(room air)แแ แฑแแธแแแแแธแแ (surroundings)แแแแผแ แกแแแธแฑแปแแฌแแธแปแแแธ(heat exchange) แปแแ แฑแแแแแ แกแแแธแกแแผแแธแแ แแแฑแแธแแ แกแ(heat furnished to room (Qin))แแ แกแแแธแ แแธแแแธแแผแฌแธแแ แกแแแแฌแ(heat lost from room (Qout))แแ แแแฑแแแ แกแแแธแกแแแ แแฑแปแแฌแแธแแ แแแฟแแ(room air temperature remains constant (Tch = 0)) แฑแแแแแแ
แ แ -แ Heat transfer by natural convection from a terminal unit (hot water convector) to room air.
แ .แ Heat Transfer แกแฑแแฌแแกแกแ แแธแแแธแแผแฌแธแแ(แแผแแแผแฌแธแแ) แกแแแฌแธ(building heat losses)แแ แกแ
แแธแฑแปแแฌแแธแปแแแธ(heat transfer)แฑแพแแฌแ แปแแ แแแ แแแฑแพแแฌแ แกแแแธแฑแปแแฌแแธแ(basic features of heat transfer process)แ แแฌแธแแแแ แแกแแแแ
แกแแผแแธแแแกแปแแ แฑแแแฌ(แ)แแกแพแแฌแธแแผแ แปแแ แฑแแแแ แกแแแแแผแฌแปแแฌแธแแ(temperature difference) แฑแพแแฌแ แกแแแฌแธแ แธแแธแแผแฌแธแปแแแธ(heat is transferred)แปแแ แแแ แกแแแแปแแแแแฑแแแฌ(higher temperature)แ แกแแแแแแแแฑแแแฌ(lower temperature)แแแแฌ แกแแแฌแธ แกแแกแฑแแฌแ แ แธแแธแแแแแ แกแแแธแฑแปแแฌแแธแแ (heat transfer) แปแแ แฑแแแแแแ แแแธ(แ)แแแธ(three different ways) แแแแ Conduction แ convection แแ radiation แแ แปแแ แแแ
Conduction
Conduction แแแธแแ แแฌแธแแแแผแแแ แกแแแธแฑแปแแฌแแธแปแแแธ(heat transfer)แปแแ แ แฅ แปแแ แแแ แกแ แ
แกแแแฌแธ(solids)แแผแ แปแแ แฑแแแแแ แฅแแแฌ - แฑแแฑแแผแธแกแธแแแแแกแแซ แแธแแแฑแแฑแแผแธแกแธแ แปแแแ แแแแแแแ แฑแแฌแแแฌ แแแปแแแ แแธแแ แแแแ แแ แฌแธแแแแ แฑแแฌแแฅแแแฌแแ แแแฌ แกแฑแแฌแแกแฅแ แแ(building wall)แ แฑแแซแแแธ(roof) แ แแแแแแแ แแ conduction heat transfer แปแแ แฑแแแปแแแธ แปแแ แแแ แกแแแแฌแธ(liquids)แแ แกแฑแแผแแแฌแธ(gases) แแฌแธแแแแธ แปแแ แฑแแแแแ
Convection Fluid แแฌแธแแผแ แกแแฌแธแแธแปแแ แฑแแแแ heat transfer แกแแธแกแ แฌแธแแฌ convection แปแแ แแแ
Conduction แแ แกแแฌแแแแ แ(body)แ แกแแผแแธแแปแแแ แปแแ แฑแแแแ แกแแแธแฑแปแแฌแแธแแ(heat transfer) แแ แแ แแธแปแแ แแแ แแแ แกแแแธแฑแปแแฌแแธแแ(heat transfer)แปแแ แฑแแแฑแ แแแกแแผแ แกแแฌแแ(body) แแ แแแ แฑแแผแแแฌแธแฑแแแ แแแกแแฑแแ แกแแผแแธแ แฑแแฌแแแธแฑแแธแแฌแธแ electron แแฌแธแ แกแแ แกแแแแ แแแแแแแธ แแธแฑแปแแฌแแธ แแแฑแแฌแแฑแแธแปแแแธ แปแแ แแแ
(Conduction is the form of heat transfer through a body that occurs without any movement of the body; it is a result of molecular or electron action.)
แฑแแฌแแธแแแซแผแแ Chapter-5 Heating Load Calculations
5-5
แฅแแแฌ- แกแแแธแกแแผแแธแ แฑแ(room air)แ hot water convector แปแแ แกแแฑแแธแปแแแธ แปแแ แแแ แแฑแแแ
แแแแแแฌแปแแแกแแธแ แฑแ(air adjacent to the metal surface) แกแแแฌแธแ แธแแธแปแแแธแฑแพแแฌแ แกแแแธแกแแผแแธแ แฑแแกแแแ(temperature) แแธแแฌแแแ
แแฑแแผแธแแแฑแแแฌแธแแ แแแแแธแแแแธ(less dense)แฑแแฌแฑแพแแฌแแกแแธแแฑแแฑแกแธแแฌแธ(surrounding cooler air)แแ แฑแแซแแซแธ(lighter)แแฌ แกแแแแแแ(moves vertically upward)แแแ แแแแแ แฑแแซแแซแธแแ แฑแแแฌแธแแ space แกแแผแแธ แแแแ แฑแแผแแแฌแธแฑแ(continually moves throughout the space)แแแ แคแแแ convection แปแแ แปแแแธแ โnatural convectionโ แ แฑแแแแแ แแแฌแแกแแแธ แแแปแฌแฑแปแ แแผแกแฌแธ(natural gravity forces)แฑแพแแฌแ แฑแแผแแแฌแธแปแแแธ(fluid moves)แปแแ แแแ
แกแแแ แแผแฌแปแแฌแธแปแแแธแฑแพแแฌแ แแแแแธแแปแแฌแธแแฌแธแแ(density differences) แปแแ แฑแแแแฌแแแ แแแแแธแแแแแธแแ fluid แแฌแธแแ แกแฑแแแแ แปแแแแ(less dense part of the fluid rises)แฟแแธ แแแแแธแแ แแฌแธแฟแแธ แฑแแธแแแ fluid แแฌแธแแ แฑแกแฌแแแ แแแแแธ(heavier fluid drops)แแแ
Natural convection effect แฑแพแแฌแ แปแแ แฑแแแแ แฑแแผแแแฌแธแแแแธ(rate of fluid motion) แกแแผแแฑแแธแแแ แแแฑแพแแฌแ แกแ แแธแฑแปแแฌแแธแแแแธ(rate of heat transfer) แกแแผแแแแธแแแ แกแแ แธแแแแธ(rate of heat transfer) แแฑแแฌแแธแฑแ แแ แกแแผแ fluid แแฌแธ แฑแแผแแแฌแธแแแแธ(rate of fluid motion) แแปแแแแแแ Fluid แแฌแธ แฑแแผแแแฌแธแแแแธ(rate of fluid motion) แแปแแแฑแ แแ แกแฑแแผแแแฌแธแกแแผแ แแแแฌแ แกแแแแฌแธแกแแผแ แแแแ แกแแธแปแ(fan for gases or a pump for liquids)แพแแแแ แแแแ แ แแแ แแธแแธแปแแ แกแแ แธแแธแแ แแแฌแธแฑแกแฌแ แปแแแแปแแแธแ โforce convectionโ แ แฑแแแแแ
Thermal radiation แแแธแปแแ แกแแแธแฑแปแแฌแแธแแ(heat transfer) แปแแ แฑแแแแแกแแผแ แกแแฌแแแแ แแ
แกแแแแแ แแปแแฌแธแกแแฌแแแแ แแ แกแแแแแ แแปแแแแแแ แกแแแแแแแแ แแแแแกแแฌแแแแ แ (two bodies)แกแพแแฌแธแแผแแแ Thermal radiation แแแธแปแแ แกแแ แธแแธแแ(heat transfer) แปแแ แฑแแแแแแแ แกแแฌแแแแ แแกแพแแฌแธแแผแ แฑแแแฌแแ(vacuum, an absence of all matter) แปแแ แฑแแแฑแแแแฑแแฌแ แกแแ แธแแธแแ (radiation heat transfer) แปแแ แฑแแ แแแแแ แกแแฌแแแแฌแธแกแพแแฌแธแ แแฌแแฑแแผแ(gas between the bodies)แแผแ heat transfer แปแแ แแแฑแแฌแแแธ radiation แแแธแปแแ แ แธแแธแแแแธ แกแแผแแฑแแธแแแ แกแแฌแแ แแ แแกแพแแฌแธแแผแ แกแ แแกแ(opaque solid object)แแฌแธ แแแแฑแแปแแแธแฑแพแแฌแ แแแแแแแปแแ แฑแแแแฌ radiation แแปแแ แฑแแแแแฑแแ
แฅแแแฌ- แแธแแแฌแธแแผแ แแแฑแแแแกแแซ แแแแแ แฌแธแแ แแแปแแแธแแ แแธแแ แกแแแฌแธ แแแถแฌแแแแ radiation แแแธแปแแ แฑแแฌแแแแฌแฑแแฌแฑแพแแฌแ แปแแ แแแ แฑแแ แกแแแฌแธ แแแถแฌแแแแ แฑแแฌแแแแฌแปแแแธแแ radiation แแแธแฑแพแแฌแ แปแแ แแแ
แแแแแ แแฌแแแแแแฌแปแแแแฌแธแฑแแแแ radiation แแแธแปแแ แกแแแฌแธแฑแแฌแแแแฌแแแกแแซ แแกแแฌ แแแ แกแแแแแ แ แแ(absorb)แแฌแธแแแ แแแกแแแแแแ แแกแแฌแแแแฌแธแ แแแแฌแปแแแ แแแแ reflection แปแแ แแฌ แปแแแแผแแแผแฌแธแแแ แ แแแแแแ แกแแแแฌแแแ แกแฑแแฌแ(color)แแ แแแแฌแปแแ แพแแแธแแ
แกแแ แแแแแ แกแฑแแผแแแฌแธ แฑแแผแแแฌแธแปแแแธแ แปแแ แฑแแแแ แกแแแธแฑแปแแฌแแธแแ(heat transfer)แแ convection แปแแ แแแ (Convection is the form of heat transfer that results from gross movement of liquids or gases.)
Thermal radiation แแ แแธแปแแฌแธแแผแแแแ แผแฌ แแแแฑแแแ แกแแฌแแแแ แแแฌแธ(separated bodies)แแ แแแ แแ แแกแพแแฌแธ electromagnetic radiation(wave motion)แแแแแแปแแแธแฑแพแแฌแ แปแแ แฑแแ แแ แกแแแธแฑแปแแฌแแธแแ(heat transfer)แแ แแ แแธ แปแแ แแแ
Thermal radiation is the form of heat transfer that occurs between two separated bodies as a result of a means called electromagnetic radiation, sometimes called wave motion.)
Cooling Load Calculation Ver-15 แฑแแฌแแธแแแซแผแแ
5-6
(roughness of the surface)แแ แกแฑแแแแผแ แแแแแแ แกแแแธแฑแแฌแแ แพแแแธแแ แแแแฌแปแแแแฌแธ(dark and rough surfaces)แแ แกแฑแแฌแแแฟแแธ แฑแแฌแแผแแแ แแแแฌแปแแแแฌแธ(lighter-colored smooth surfaces)แแ radiant heat แ แแ แแแแแแแ
แ แ -แ Heat transfer by radiation from the sun to objects in a room.
แแ(glass)แแแ แพแแแแแแ แกแแฌแแแแฌแธแ แปแแแฑแแฌแ radiation แปแแ แฑแแ แแแแแ Color tinted glass แแฌแธแแ solar radiation แแปแแ แฑแแแฑแกแฌแ แแฌแแผแแแฌแธแแธ(prevent the transmission) แแฌแธแแแแแ แแแฑแพแแฌแ แกแฑแแฌแแแผแแธแแฌแธแแแแ(color tinted glass)แแฌแธแ heat absorbing glass แ แฑแแแแแ
แ .แ แกแแแธแฑแปแแฌแแธแแแแแแธ(Rate of Heat Transfer) แแแแ แกแแฌแแแแฌแธแ แแแปแแแฑแแฌแ แกแแฑแแฌแแแธแปแแแธ(heat conduction) แปแแ แแแแแ
แกแแฌแแแแฌแธแ แปแแแ แกแแ แธแแธแแผแฌแธแแแแแแธ(rate at which heat is conducted through any material)แแ แฑแกแฌแแแผแ แฑแแฌแปแแแฌแธแแ แกแแ(แ)แแ แกแฑแแแแผแแแแแ(depends on three factors)แแแ (แ) แกแแ แธแแธแแ แปแแ แฑแแแแแฑแแแฌแ แกแแแ แปแแฌแธแแฌแธแแ(temperature difference across which the
heat flows)
(แ) แกแแ แธแแธแแ แปแแ แฑแแแแ แแแแฌแปแแ แงแแแฌ(area of the surface through which heat is flowing) แแ
(แ) แกแแฌแแแแฌแธแ แกแแ แธแแธแแแ แแแแแฌแธ แแแแแ แผแแธ(thermal resistance (R) of the material to heat transfer) แแ แปแแ แฑแแแแฌแแแ
แฑแกแฌแแแซ แแแปแแแธแปแแ แฑแแฌแปแแแแแแ
๐ธ =๐
๐น ร ๐จ ร โ๐ป (๐. ๐)
โ๐ป = ๐๐ฏโ ๐๐ณ
Q= heat transfer rate (BTU/hr) R= thermal resistance of material (hr-ft2-หF/BTU) A = surface area through which heat flows (ft2)
โT = Temperature difference across which heat flows, from higher temperature tH to lower temperature tL(หF)
แ .แ Thermal Resistance (แกแแแแแแ แผแแธ) Thermal resistance(R) แแแแแฌ แกแแฌแแ(material)แแฌแธแ แกแแ แธแแธแปแแแธแ แ แธแแแธแปแแแธแ แแแแแฌแธ
แแแแแ แผแแธ แปแแ แแแ Equation 5.3 แ Q แแแฌแแแ thermal resistance (R) แกแฑแแแแผแ แแแแแแ
แกแฑแแฌแแกแฅ แกแแผแแธแแ แแแฑแแฌแแแฌแแ แกแแแแฌแ แแแแแ แแผแแแผแฌแธแแ แแแฌแ(building heat energy losses or gains) แแแธแปแแแธแ แแฌแธแปแแแธแแ R แแแแธ แฑแแแแผแแแแแแแ R แแ แแแธแฑแปแ (denominator) แแผแ แแฑแแฌแฑแพแแฌแ R-value แแฌแธแฑแ แกแแแธแฑแปแแฌแแธแแ(heat transfer (Q)) แแแธแฑแ แปแแ แแแ R-value แแแธแฑแ แกแแแธแฑแปแแฌแแธแแ(heat transfer)แแแฌแ แแแฌแธแฑแ แปแแ แแแ
แฑแแฌแแธแแแซแผแแ Chapter-5 Heating Load Calculations
5-7
R-value แปแแแแ แกแแฌแแ(material)แแฌแธแ แกแแแธแฑแปแแฌแแธแแแแแแธ(rate of heat transfer) แฑแแธแแแ แแ แแแธแกแฌแธแปแแ R แแแแธแแฌแธแฑแ แกแแแแแแแ(thermal insulators) แแฑแแฌแแธแฑแแปแแ แแแ Air con แกแแผแ แ แผแแธแกแแแธแ แผแแ แฑแแฌแแแธแฑแ แแแกแแผแ R-value แแฌแธแแ แฑแแฌแแแแฑแแธแแ แฅแแธแแฌแธ(building construction materials)แแฌแธแ แกแแธแปแแแแแแ
R-value แแแแ แกแแฌแแ(material)แแฌแธ แปแแ แแแแแแฌแธแแ แกแแแธแฑแปแแฌแแธแแแแแแธ(rate of heat transfer) แแฑแแฌแแธแฑแ แฑแแฌแฑแพแแฌแ แแผแแแฌ(boiler) แ chiller แแฌแธแ heat exchanger แแฌแธแแผแ แกแแธแปแแแแแแ
แฑแแฌแแแแฑแแธแแ แฅแแธ(building materials) แกแแธแแธแแแ thermal resistance แแฌแธแ table A.4 แแผแ แฑแแฌแปแแแฌแธแแแ Resistance แแฌแธแ แแฑแแคแ(symbol)แแฌแธแปแแ แฑแแฌแปแแแฌแธแแแ แฅแแแฌ- "R-6"แแแแแฌ แแแแแแแแธแแ (แ) แปแแ แแ(R = 6)แ แแแแแ
แ แ -แ แฅแแแฌ(แ -แ) แกแแผแ แแพแแแธ(Sketch for Example 5.1.)
แฅแแแฌ แ -แ แฑแ(แแ)แปแแแฟแแธ แฑแ(แแแ)แแแแ(20ft x 110 ft) แแแ แฑแแธแแแแแแ แแฌแแแกแ(4 in.
common brick) แปแแ แแแฑแแฌแแแฌแธแแแ แแแ แกแแแธแกแแผแแธแกแแแ(temperature on the inside surface of the wall)แแ 65หF แปแแ แแแ แแแ แปแแแแกแแแ(outside surface the temperature)แแ 25หF แปแแ แแแ แกแแแธแฑแปแแฌแแธแแแแธ(rate of heat transfer)แ แแฌแแซแ แแแ แปแแแ แปแแ แฑแแแแ แกแแ แธแแธแแแแธแ แแฌแแซแ แกแฑแปแ แ (แ -แ)แแผแ แฑแแฌแปแแแฌแธแแแ Chapter-14 Appedix แ table A.4 แ R-value แ แแแแแซแ
R= 0.20 hr-ft2-หF/BTU per in. x 4 in. = 0.80 hr- ft2 -หF/BTU
แแแงแแแฌแ แแผแแแซแ Area of wall(A)= 110 ft x 20 ft = 2200 ft2
โ๐ = ๐ญ๐โ ๐ญ๐ = 65 โ 25 = 40หF
แแแปแแแธ 5-3 แ แกแแธแปแแ แแผแแฑแแฌ (Using equation 5.3)
๐ =๐
๐ ร ๐ ร โ๐ (๐ธ๐๐ข๐๐ก๐๐๐ 5.3)
= 1/0.80 hr-ft2-หF/BTU x 2200 ft2 x 40หF
= 110,000 BTU/hr แกแแแธแกแแผแแธแ แกแแแฌแธแแ แแแ แปแแแ แแ แแฌแแแ 110,000 BTU แแแแธแปแแ แปแแแแแ แกแแแธแแแธ
แฑแแแแ แแแแแ
แ .แ.แ Thermal Resistance of Surface Air Films แแผแแแแแแแฌแธ แแแฑแ แแแกแแผแ แแแแฌแธแ แฑแแซแแแธแแฌแธแ แแแแฌแปแแแฑแแธแแผแ แแฑแแแ แฑแแกแแแฌ
แแ แแ แแแแผแแธแแผแแแแแ แแกแแแแ แแแแ แแ(wall) แแแแแ แฑแแซแแแธ(roof) แ แแ แฑแแฌแแแแฑแแธแแ แฅแแธ(solid building element)แแฌแธแ แแแแฌแปแแแฑแแธแแผแ แฑแแกแแแฌแแ แ(thin film of still air) แแแแ แแฌแแแกแแฌแแฌแธ(solid materials)แแแแแ แฑแแกแแแฌ(film)แ แกแแแแแ(thermal resistance)
Cooling Load Calculation Ver-15 แฑแแฌแแธแแแซแผแแ
5-8
แแแแ แฑแแกแแแฌแ แกแแแแแ(resistance of an air film)แแ แฑแแซแแแ(vertical)แ แกแแฌแธแแ(horizontal) แ แแ แแแแฌแปแแแกแฑแแกแแฌแธ(spatial orientation of the surface)แแ แแแแฌแปแแแแฌแธแ แฑแแกแแ(air velocity near the surface) แกแฑแแแแผแ แแแแแแ
Table A.5 แแผแ heating load แกแแผแ แฑแแกแแแฌ(air film)แ แกแแแแแ แแแแธ(thermal resistance) แแฌแธแ แฑแแฌแปแแแฌแธแแแ แฑแแฌแแธแแฌแ(winter conditions)แแผแ แฑแแแแแแแธ(air velocity at outdoors)แแ 15 MPH แปแแ แแแ แแแ แปแแแแธแฑแแซแ(building element)แแฌแธแ แกแแผแแธแแแแฌแปแแ(indoor surface)แแ แแฑแแแ แฑแแแฌแแแแ แฑแแแ แแแแแฌแธแแแแ(still air)แ แแแแฌแธ(assumed)แแแ แฅแแแฌ(แ -แ)แแผแ table A.5 แ แกแแธแปแแแ แแแธแปแ(illustrate)แแฌแธแแแ
แฅแแแฌ(แ -แ)
Supermarket แแ แแ แแแแ 80 ft แแแ 18 ft แปแแแแแ แ แแธแแ แกแแผแแธแ แฑแแกแแแ (temperature of the air in the store)แแ 70หF แปแแ แแแ แแแกแแผแแธ แแแกแแแ(inside surface of the wall)แแ 60หF แปแแ แแแ แแแ แปแแแ แแธแแแธแแ แกแแแแฌแ(heat loss through the wall)แ แแฌแแซแ
แกแฑแปแ แ(แ -แ )แแผแ แฑแแซแแแแแแแฌแปแแ(vertical surface)แฑแแธแแผแ แแแแแ แฑแแกแแแฌ(air film)แ แกแแแแแ แแแแธ(thermal resistance) แฑแแฌแปแแแฌแธแแแ Table A.5 แ แแแแ แแแ R แแแแธแแ R = 0.68 แปแแ แแแ
A = 80 x 18= 1440 ft2 โT = 70 โ 60 = 10หF
๐ธ =๐
๐น ร ๐จ ร โ๐ป (๐ธ๐๐ข๐๐ก๐๐๐ 5.3)
= 1/0.68 x 1440 x 10
= 21,200 BTU/hr
แ แ -แ แฅแแแฌ(แ -แ) แกแแผแ แแพแแแธ (Sketch for Example 5.2)
แ .แ.แ Conductance and Conductivity Thermal resistance แกแปแแ conductance แแ conductivity แแแแ แแแแฌแธแ แกแแแธแฑแปแแฌแแธ
แแผแฌแธแแแ แผแแธ(material's ability to transfer heat)แ แฑแแฌแปแแแ แแแธแแแฌแฑแแซแแฌแ แปแแ แแแ Thermal conductance(C)แแ แกแแฌแแ แกแแแแแ(material resistance)แ แฑแปแแฌแแธแปแแ(reciprocal) แปแแ แแแ
๐ช =๐
๐น (๐ธ๐๐ข๐๐ก๐๐๐ 5.4)
Thermal conductance(C)แแแแธแ BTU/hr-ft2-หF แปแแ แฑแแฌแปแแฑแแแแแ Thermal conductance แแ แกแแฌแแแแฌแธแ แกแแฑแแฌแแแธแแแ แผแแธ(ability of a material to transfer heat) แปแแ แแแ แกแ แแแแแ แผแแธแ แแแแแแแ แกแแแธแฌแ(opposite meaning of resistance) แปแแ แแแ
แแแแฌแปแแแกแแธแ แฑแแแแฌ(air film adjacent to a surface)แ thermal conductance แ โfilm coefficientโ แ แฑแแแแฑแแแแแ Thermal conductivity (k)แแ แกแแฌแแ(material) แแ แแธแ แแ แแแ แกแแแผแแแแ แกแแฑแแฌแแแธแแ(conductance per unit of thickness)แปแแ แแแ Conductivity แ แฑแแฌแปแแแ แแแ (unit)แแฌ BTU/hr - ft2 - หF per inch of thickness แปแแ แแแ แแ แแฌแแกแแผแแธ แแแแฌแปแแแงแแแฌ แแ แ แแแแธแฑแแแผแ แกแแแ 1หF แแผแฌแปแแฌแธแแแกแแผแ แแธแฑแปแแฌแแธแแผแฌแธแแ แกแแแแฌแ แปแแ แแแ
แฑแแฌแแธแแแซแผแแ Chapter-5 Heating Load Calculations
5-9
๐ช =๐
๐ณ (๐ธ๐๐ข๐๐ก๐๐๐ 5.5)
C = conductance (BTU/hr-ft2-หF) k = conductivity (BTU/hr-ft2-หF per in. of thickness L = thickness of material, inch)
แฅแแแฌ (แ -แ) Glass fiber insulation แปแแ แปแแแแแฌแธแแ (แ)แแแแกแแ แฑแแซแแแธ(roof)แ thermal conductivity
แแแแธแแ k = 0.24 BTU/hr- ft2-หF per in. thickness แปแแ แแแ Insulation แ thermal resistance แ แแฌแแซแ
แกแฑแปแ Equation 5.5 แ conductance แแ
๐ช =๐
๐ณ=
๐. ๐๐
๐= ๐. ๐๐
๐ฉ๐ป๐ผ
๐๐ โ ๐๐๐ โ ยฐ๐ญ
Equation 5.4 แ R แแแแธแ แแผแแแแ
๐ช =๐
๐น=
๐
๐. ๐๐= ๐๐. ๐
๐ฉ๐ป๐ผ
๐๐ โ ๐๐๐ โ ยฐ๐ญ
Thermal resistance แ แแฑแแฌแแแฌแธ(concept)แ แแแธแแแธแ แผแฌ แแฌแธแแแแฑแแฌแฑแแซแแแ แแแแ แแแแแแธแแผแ แกแฑแแฌแแกแฅ แกแแ แฑแแฌแแแแกแแซ แแแแฌแแแ แ แแแ แ แแผแแธ(new building standards and codes)แแฌแธ แแแแ แกแแธแปแแแ แกแแฌแแ(material)แแฌแธ แกแฌแธแแธแแ standard แแฌแธแแ code แแฌแธแ แแแแฌแแ แแกแแแแ แกแแแแแ(thermal resistance)แแฌแธแแ แกแแฌแแ(material)แแฌแธแ แกแแ แธแแธแแ(heat transfer) แฑแแธแแแ แกแแแแแ(thermal resistance)แแแธแแ แกแแฌแแ(material)แแฌแธแ แกแแ แธแแธแแ(heat transfer)แปแแแแแ
แฅแแแฌ (แ -แ)
(แ)แแแ แแผแแแแ แแฑแแฌแ(8 in. thick, three oval core concrete block (with sand and gravel aggregate))แกแแผแ thermal resistance (R) แแ (แ)แแแแแแ glass fiber (1 inch thick insulating board made of glass fiber) แแแ thermal resistance (R)แ แแแแธแแฅแแซแ
แกแฑแปแ Table A.4 แ R-value แแ แแธแ แแธแ แแแแแซแ (แ)แแแ แแผแแแแ แแฑแแฌแ(concrete block)แกแแผแ R-value แแ 1.11 แปแแ แแแ (R = 1.11) Insulating board แกแแผแ R-value แแ 4.0 แปแแ แแแ (R = 4.0)
(แ)แแแ แแผแแแแ แแฑแแฌแแแ (แ)แแแแแแ glass fiber แแแ thermal resistance แแ แฑแแธแ แแผแฌแปแแฌแธแแแ แแ แแแแแแธแแแแธแแฅแแ glass fiber แ thermal resistance แแ แแผแแแแ แแฑแแฌแแแ (แแ)แ(32 times) แแฑแแฌแแธแแแ
แ .แ Overall Thermal Resistance แกแฑแแฌแแกแฅแ แแแแฌแธ(walls) แ แฑแแซแแแธ(roof)แ แพแแแธแแแธ(floor)แแ แแปแแฌแธแฑแแฌ element แแฌแธแ แปแแ แฑแแ
แแ แกแแแธแฑแปแแฌแแธแแ(heat transfer)แแฌแแ แฑแแธแแ แแแ แแผแแแฑแแแ แฑแแแแฌ(air film)แ แแแแผแ แแแ แกแแแ แฑแแแผแฌแแแ แแ แกแ แแกแ(solid material)แแฌแธแ แปแแแแแธแฟแแธแฑแแฌแ แกแปแแฌแธแแแแฌแปแแ แแ แแแ แฑแแแแฌ(air film)แ แปแแแแแธแแแแ
แฅแแแฌ- แแแแ แแ thermal resistance แ แแผแแแแกแแผแ แฑแแธแแ แแแแ แแแ แแผแ แแฑแแแ แฑแแกแแแฌแ แกแแแแแ(air film thermal resistance)แแแซ แแแแผแแแ แแกแแแแ
แกแฑแแฌแแกแกแแผแ แกแแธแปแแแฌแธแแ แกแแฌแแฌแธ(elements)แ แกแแธแกแ แฌแธ แแแแแ แกแแฌ แแแแฌแธแปแแ แกแแแฌแแ แปแแแแแฌแธแฑแแแแแ Overall (total) thermal resistance แ แแ แแแแธแ แ thermal
Cooling Load Calculation Ver-15 แฑแแฌแแธแแแซแผแแ
5-10
resistances แ แฑแแซแแธแ แฑแกแฌแแแผแ แปแแแฌแธแแ แแฑแแแแธแกแแแธ แแผแแแแแแแ (The overall (total) thermal resistance of the combination can be found very simply by adding the individual thermal resistances as follows;)
๐น๐ = ๐น๐ + ๐น๐ + ๐น๐ + ๐๐๐. . . (๐ธ๐๐ข๐๐ก๐๐๐ 5.6)
Ro = overall (total) thermal resistance R 1, R2, R3 etc. = individual thermal resistance of each component, including air films
Overall resistance(Ro) แแแแธแ แแแฟแแธแฑแแฌแ แฑแกแฌแแแผแ แปแแแฌแธแแ equation 3 แ แกแแธแปแแ heat transfer แปแแ แฑแแแแ แแแฌแแ แแผแแแแแแแ แฅแแแฌ(แ -แ )แแผแ แฑแแแฌแแแแแ
๐ธ =๐
๐น๐
ร ๐จ ร โ๐ป (๐ธ๐๐ข๐๐ก๐๐๐ 5.3)
แฅแแแฌ (แ -แ )
แกแฑแแฌแแกแฅ(building)แแ แแ แปแแแแแ(exterior wall)แ (แ)แแแ แแแ แแผแแแแ (8 in. sand and gravel aggregate concrete)แปแแ แฑแแฌแแแแแฌแธแแแ แแธแแแแแฌแธแแ แแฑแแฌแแแธ(not oven dried)แปแแ แปแแแแแฌแธแแแ R-5 insulation แแ 1/2 in. gypsum board แแแปแแ แปแแแแแฌแธแแแ แแ(wall)แแ 72 ft แแแแฌแธแฟแแธ 16 ft แปแแ แแแ แกแแแธแกแแผแแธ(indoor)แแ แกแแแธแปแแแแกแแแแแ(outdoor temperatures)แแ 70หF แแ โ10หF แแ แปแแ แแแ แแแ แปแแแ แแธแฑแปแแฌแแธแแผแฌแธแแ แกแแแแฌแ(heat transfer through the wall) แ แแฌแแซแ
แ แ -แ แฅแแแฌ(แ -แ )แกแแผแ แแพแแแธ
แ(แ -แ)แแผแ แแแ section แปแแแแฌแธแแแ(section through the wall)แ แฑแแฌแปแแแฌแธแแแ แกแแแแแ (resistances)แแแแธแแฌแธแ table A.4 แแ A.5 แแแแผแ แแแแแแ แกแแผแแธแแ(inside)แแ แกแปแแแแ แแแแฌแปแแ (outside surfaces)แแแ แแฑแแแ air film แ thermal resistances แ แแแแผแแแแแ
Overall thermal resistance(Ro) แแแแธแแแแกแแผแ แแ แแแแธแ แ แกแแแแแ แแแแธแกแฌแธแแธแ แฑแแซแแธ (adding the individual resistances)แแแแ (see equation 5.6)แ
Wall Item (แแแ แแแฑแแฌแแแฌแธแแแแ แฅแฅแแธแแฌแธ) R-Value (R แแแแธ) Inside air film 0.68 Gypsum board 0.45 Insulation 5.0 Concrete (R = 0.08/in. x 8 in.) 0.64 Outside air film 0.17
Overall thermal resistance (Ro) = 6.94 แแแงแแแฌแกแแ(wall area)แแ (แแแ แ) แ แแแแธแแแฌ แปแแ แแแ
A = 72 ft x 16 ft = 1,152 ft2
แกแแแแแผแฌแปแแฌแธแแ(temperature difference)แแ โT = 70 โ (โ10) = 80หF Equation 5.3 แ แกแแธแปแแ overall resistance Ro แ แแผแแแแแแแ Heat transfer loss แแ
๐ธ =๐
๐น๐
ร ๐จ ร โ๐ป (๐ธ๐๐ข๐๐ก๐๐๐ 5.3)
แฑแแฌแแธแแแซแผแแ Chapter-5 Heating Load Calculations
5-11
๐ธ =๐
๐. ๐๐ ร ๐๐๐๐ ร ๐๐ = ๐๐, ๐๐๐ ๐ฉ๐ป๐ผ/๐๐
แ .แ Overall Heat Transfer Coefficient (U) แแแแแฌแแฌแธแแ แกแฑแแฌแแกแฅแแผแ แแฑแแแ แแแ แฑแแซแแแธแ แ แแ building structure แแฌแธแ แปแแแ
แปแแ แฑแแแแ แกแแ แธแแธแแแแฌแธ(heat flows)แ แแผแแแ แฑแแฌแปแแแแแ แแ แฅแแธแกแแธแแธแ แกแแธแปแแ แแแฑแแฌแ แแฌแธแฑแแฌแฑแพแแฌแ แแแธแกแแธแแธ แแผแแแแแแฑแแฌแแแธ แแแธแแ แแธแแแธแแแฌ แ แกแปแแ แปแแแฌแแธแฟแแธ แแผแแแ แพแแแ แแแแแฌแธแ แกแแผแแกแ แแธแแฌแธแ แ แแธแแฅแธแ แแธแแแธแแฌแธ แฑแแธแแผแแฌแธแแแ แแ แฅแแธแแแแแแแฌแธแ thermal resistance แแแแธแแฌแธแ แแแแฑแแฌแ(catalogue)แแผแ แฑแแฌแปแแฑแแธแแแ Overall resistance แแแแธแแฌแธแ overall conductance แแแแธแแฌแธ แแแแแ overall heat transfer coefficient(U) BTU/hr-ft2-หF แแฌแธแ แฑแแฌแปแ แแฌแธแแแ Ro แแ U แแแ แแแแผแแแ(relationship)แแฌ -
๐ผ =๐
๐น๐ (Equation 5.7)
Heat transfer equation แ U แแแแธแปแแ แฑแแฌแปแแแแ -
๐ธ = ๐ผ ร ๐จ ร โ๐ป (Equation 5.8)
Where Q = heat transfer rate (BTU/hr) U = overall heat transfer coefficient (BTU/hr-ft2-หF) A = surface area through which heat flows (ft2) โT = temperature difference (หF)
แฑแแฌแแแแฑแแธแแ แฅแแธแแฌแธ(combinations of building components)แ Overall U-value แแฌแธแ Table A.6 แ A.7 แแ A.8 แแแแผแ แฑแแฌแปแแแฌแธแแแ แแแฌแธแ แแแแแ แผแฌ แแแแแแแแแกแแผแ แกแแแแแแ แฑแกแฌแแแผแ แฑแแฌแปแแแฌแธแแแ (แ) Table A.6 แแ A.7 แแแแผแ แแแแฌแธ(walls)แ แฑแแซแแแธ(roof)แ แพแแแธแแแธแแฌแธ(floors)แ แกแแผแแธแแแแฌแธ(partitions)
แแ แแแซแธแแฌแธ(doors)แกแแผแ U แแแแธแแฌแธ(U-values)แ แฑแแฌแปแแแฌแธแแแ แแแฌแธแแ แแกแแ แแแ แแ แแแแ แแแฌแธแ แกแแธแปแแแแแแ แกแฑแแฌแแกแฅแแผแ แแแแแแฌแธแแ แแ แฅแแธแแฌแธแแ แแ แแแแแ แแแฌแธแ แกแแธแปแแแแแ
(แ) Table A.6 แแผแ section แปแแแแฌแธแแแแ แฑแแฌแปแแแฌแธแแแ แกแฑแแฌแแกแฅแแผแ แแแแแแฌแธแแ แฑแแฌแแแแฑแแธแแ แฅแแธ(building component)แแฌแธแ แแแฑแแฌแแแฌแธแ(construction assembly)แแฌแธ แกแฑแพแแฌแแธแ แฑแแแฌแแแแแ Table A.6 แแผแ แฑแแฌแปแแแฌแธแแ assembly แแฌแธแแ energy codes แกแ แกแแธแปแแแแแ แแแฑแแฌแแ assembly แแฌแธแปแแ แพแแแแ Table A.6 แ energy codes แแ แแแแแ assembly แแฌแธแ แฑแแผแธแแแ U แแแแธแแ Ro แแแแธแแฌแธแ แแแแแแแแ
(แ) Table A.8 แแผแ แฑแแฌแปแแแฌแธแแ U-value แแฌแธแแ แแแปแแแแธแฑแแซแ(glass windows) แแ แแแแแซแธ(glass doors)แแฌแธแกแแผแ แปแแ แแแ U-value แกแแแธแแ แแผแฌแปแแฌแธแแแ แแแปแแแซแ Air film coefficient แแ แฑแแฌแแธแแฌแ(winter)แแผแ แฑแแแแแแแธ แแ แแฌแแแ(แแ )แแแแแแธ(15 MPH wind in winter)แแ แฑแแผแแฌแ (summer)แแผแ แแ แแฌแแแ (แ.แ )แแแแแแธ(7.5 MPH wind in summer)แกแฑแแแแผแ แกแฑแปแแแแฌแธแแแ แกแแแฑแพแแฌแแแฑแแฌ R-value แแฌแธแแ แกแแธแปแแแฌแธแแ outside air film coefficient แกแฑแแแแผแ แแแแแแ U-value แแผแแแฌแแผแ window effect แแแแแ door frame แแแ แแซแแแแแ
U-value table แแผแ แแแแผแแแแ แกแฑแแฌแแกแฅแ แแ แฅแแธแแฌแธ แแแซแแแซแ แกแแแแผแ แแผแแปแแแแ แแแธแกแแแธ แแ แฅแแธแแ แแแแธแ แ แกแแแแแแแแแธ(individual resistances)แ แฑแแซแแธแ แแผแแแแแแแ
Cooling Load Calculation Ver-15 แฑแแฌแแธแแแซแผแแ
5-12
แ .แ.แ U-values and Energy Standards แกแฑแแแแแแแแ แปแแแฌแแธแแฌแธแแ แ แผแแธแกแแแแแแแแแ แ แแธแแฅแธแ แแธแแแธแแ แ แแแ แแแแธแแฌแธ
(State energy codes and standards)แกแ แกแแธแปแแแ แ แผแแธแกแแแแฌแ(amount of energy)แ แแแแแ แแฌแธแแแ HVAC system แแฌแธแกแแผแ แแแแแแแฌแธแแ แแแธแแ แแธแแฌ แกแแฌแธแแธแแผแแปแแแ U แแแแธ (maximum allowable U-values)แแ แกแแแแธ Ro แแแแธ(minimum Ro value)แ แแแแแฑแแธแแฌแธแปแแแธ แปแแ แแแ Table 5-1 แแผแ แแธแแแธแแ แฅแแแฌแแ แแปแแ energy code แ แแซแแแ regulation แแ แแ แแแแปแ แแฌแธแแแ
Table 5-1 Energy conserving Ro and U-value Component Min.Ro (ft2-hr-หF/BTU) Max U (BTU/hr-ft2-หF)
Wall 18 0.06 Roof 20 0.05 Glass 1.7 0.60
Table 5-1 แแผแ แแซแแแ แแแแธแแฌแธแแ แฑแแฌแแธแแฌแ(cold winter climate) Degree Day (DD) แแแแธ 4000-6000 แแ แแแฌแธแแ แปแแแแแกแแ(some states)แกแแผแ แปแแ แแแ
โDegree dayโ แแแแแฌ heating season แปแแ แฑแแแฑแแแ แกแแแแฌแแ แฑแแฌแปแแแแแแแธ (a number that reflects the length and severity of a heating season) แแ แแปแแ แแแ Degree day แแแแธ table A.9 แแผแ แฑแแฌแปแแแฌแธแแแ แแแฑแแผแแแผแแแแแแแฌแธ แปแแแแแแกแแซ แแแแแฌแแฌแธแแ แแแแแแฌ code แแฌแธ standard แแฌแธแ แแแแฌ แแผแแแแพแแแแ
แฅแแแฌ(แ -แ)แ แฅแแแฌ(แ -แ)แแ แฅแแแฌ(แ -แ) แแแแผแ equation 5.8 แ แแแแแ แกแแธแปแแแแแ แฑแแฌแปแ แแฌแธแแแ Building component แแฌแธแ แปแแแ แปแแ แฑแแแแ heat transfer แ แแผแแแแแกแแแ U-value table แแฌแธ แปแแ แแแ แฅแแแฌ (แ -แ)
แฅแแแฌ (แ -แ)แแผแ แฑแแฌแปแแแฟแแธแแ แแ(wall) แกแแผแ table A.7 แ แกแแธแปแแ U-value แแฌแแซแ แฅแแแฌ (แ -แ )แแผแ แแผแแแแแ แแแแธแแฌแธแแ แแแแธแแฅแแซแ Equations 5.6 แแ 5.7 แ แแธแ แแผแแแซแ แกแฑแปแ Table A.7 แ U แแแแธ แแแแซแ (U = 0.14)แ แฅแแแฌ (แ -แ )แ Ro แแแแธแแ 6.94 แปแแ แแแ (Ro = 6.94) Equation 5.7 แ แแธแ แแผแแแ
๐ผ =๐
๐น๐
= ๐
๐. ๐๐ = ๐. ๐๐
แกแฑแปแแแ แ แแแพแแแแ(results agree) แฅแแแฌ (แ -แ) แกแฑแแฌแแกแฅ(building) แแ แแ 120 ft แแแฟแแธ 40 ft แแแแ แฑแแซแแแธแปแแฌแธ(flat roof)แ (แ)แแแแแแ แแผแแแแ แกแฑแแซแ แฌแธ(8 in. lightweight aggregate concrete) แปแแ แแแฑแแฌแแฟแแธ แแแแฌแพแแ แแแแแแฌแธ แแแ แกแแผแแธแกแแแ(inside temperature)แแ 65หF แปแแ แฟแแธ แปแแแแกแแแ(outdoor temperature)แแ 5หF แปแแ แแแ แฑแแซแแแธแ แปแแแ แปแแ แฑแแแแฌแแ แกแแแธแแแธแแ(heat transfer loss)แ แแฌแแซแ แกแฑแปแ - table A.7 แ U = 0.09 BTU/hr-ft2-หF. Equation 5.8 แ แกแแธแปแแ -
๐ธ = ๐ผ ร ๐จ ร โ๐ป (๐ธ๐๐ข๐๐ก๐๐๐ 5.8)
๐ธ = ๐. ๐๐ ๐ฉ๐ป๐ผ
๐๐ โ ๐๐๐ โ ยฐ๐ญ ร ๐๐๐๐ ๐๐๐ ร ๐๐ยฐ๐ญ
= 25,900 BTU/hr
แฑแแฌแแธแแแซแผแแ Chapter-5 Heating Load Calculations
5-13
แฅแแแฌ (แ -แ) แกแแแ แกแแ แกแแแแธแแแ(wall of the bedroom of a house) แกแแแกแแแแฌแธแแฌ แฑแกแฌแแแซ
แกแแแธ แปแแ แแแ
แแ(wall) : แแแแแ แแฌแธแปแแ แปแแแแแฌแธ(wood siding)แแแ 12 ft x 8 ft แแแแแ R-7 value แแแ (แ)แแแแกแแแฑแแธแแแธ(wood sheathing (2 in. of insulation))แ แกแแผแแธแแแ(inside finish) แแแแฌแธแแแ
แปแแแแธแฑแแซแ(Window) : 3 ft x 4 ft 6 in. แแแแแ แแ(แ)แแแฌ(single glass) แกแแแแแฑแแฌแ(aluminum frame)แปแแ แปแแแแแฌแธแแแ
แกแแแธแกแแแ(room temperature)แแ 68หF แปแแ แฟแแธ แปแแแแกแแแ(outdoor temperature)แแ 2หF แปแแ แแแ แแ(wall)แแ แปแแแแธแฑแแซแ(window)แแแ แปแแแ แปแแ แฑแแแแ แกแแแธแแแธแแ(heat transfer loss)แ แแฌแแซแ
แกแฑแปแ แ(แ -แ)แแผแ แแ(wall)แ แปแแแ แปแแ แฑแแแแ heat transfer loss แ แแผแแฟแแธ แปแแ แแแ แแแฑแแแ
แกแแแธแแแฑแแฌแแแแแแฑแแแฌแแฌแธ(opaque part of the wall)แแ แปแแแแธแฑแแซแ(window)แ แปแแแ heat transfer แปแแ แฑแแแแแ
U-value แแฌแธแแ แงแแแฌแแแแฌ table A.7 แแ A.8 แแแ
Window U = 1.10 BTU/hr-ft2-หF
A = 3 x 4.5 = 13.5 ft2
Wall U = 0.09 BTU/hr-ft2-หF
Wall Gross A = 12 x 8 = 96 ft2
Wall Net A = 96 โ 13.5 = 82.5 ft2
แ แ -แ แฅแแแฌ(แ -แ) แกแแผแ แแพแแแธ(sketch) แแ(wall) แ heat transfer แแ แปแแแแธแฑแแซแ(window)แ heat transfer แ แแผแแแ แฑแแซแแธแแ แแ
(wall) แ แปแแแ แปแแ แฑแแแแฌแแ heat transfer แแแฌแ แแแแ
๐๐๐๐๐ = 0.09 ร 82.5 ร 66 = 490 BTU/hr
แปแแแแธแฑแแซแ(window)แ แปแแแ แปแแ แฑแแแแฌแแ heat transfer แแแฌแ
๐ธ๐พ๐๐๐ ๐๐ = 11.0 ร 13.5 ร 66 = 980 BTU/hr
๐ธ๐ป๐๐๐๐ = ๐ธ๐พ๐๐๐ + ๐ธ๐พ๐๐๐ ๐๐ = 1470 BTU/hr
แแแแ แปแแแแธแฑแแซแแแแ แปแแแ แปแแ แฑแแแแฌแแ heat transfer แแแฌแแแ 1470 BTU/hr แปแแ แแแ
แ .แ.แ Heat Transfer Losses: Basement Walls and Floors แแ(basement walls) แแ แพแแแธแแแธแแฌแธ(floors)แ แปแแ แฑแแแแ แกแแแธแแแธแแแแฌแธ(heat losses)แ แแผแแแ
Equation 5.8 แ แกแแธแปแแแแแแ แฑแปแแฑแกแฌแแแแพแแแธแแแธ(basement floor below grade)แแ แแแ แแแแฑแแแฌ แแแแแ แแแแ แแแธ(part or all of the wall is underground)แแ แฑแปแแฑแกแฌแแแแผแ แแฑแแฑแแฌแฑแพแแฌแ แแแปแแแธแ แแธแ แแผแแแแแ แแแแแแแฑแแผแธ(complicates the use of the equation) แแแแแ
Cooling Load Calculation Ver-15 แฑแแฌแแธแแแซแผแแ
5-14
Basement แ แกแแแฑแแฌ แฑแแแฌแแฌแธแแ แฑแปแแปแแแแกแแแแผแ(above ground)แปแแ แแ table A.6 แแแแแ table A.7 แแแ U-value แแฌแธแ แกแแธแปแแแแแแ
แกแแแธแแผแแธ(inside) แแแปแแแแแแแธแกแแแ(outside design air temperatures)แแแ แกแแแแปแแฌแธแแฌแธแแ (temperatures difference)แ แแผแแแแแแแ แพแแแธแแแธแ แแแแแแแฑแแแฌ(part of the structure) แฑแปแแแแผแ แแแ(below grade)แฑแแแ equation 5.8 แแผแ แกแแธแปแแแแกแแซ U-value แแ แกแแแแปแแฌแธแแฌแธแแ (temperatures difference) แแผแปแแฌแธแแแแแ แกแแแฑแพแแฌแแแฑแแฌ แกแแธแแฑแปแแ แกแแแแแ(effect of the surrounding ground on the thermal resistance)แแ แกแแ แธแแแธแแแแแธแฑแพแแฌแแธ(heat flow path) แแแฑแพแแฌแ แปแแ แแแ
Table 5.2 แแผแ แฑแปแแฑแกแฌแแแแแแฌแธ(basement walls)แแ แฑแปแแฑแกแฌแแ แพแแแธแแแธแแฌแธ(floors)แกแแผแ recommended U-value แแฌแธแ แฑแแฌแปแแแฌแธแแแ แกแแแแปแแฌแธแแฌแธแแ(temperatures difference)แ แแฌแแ แกแแผแ แฑแปแแฑแกแฌแแแแ(below grade wall) แแแแแ แฑแปแแฑแกแฌแแแพแแแธแแแธ(below grade floor)แกแแผแ แฑแแฌแแธแแฌแ แปแแแแแแแธแกแแแ(outside winter design temperature)แ แฑแปแแฑแกแฌแ แกแแแ(deep ground temperature value)แกแปแแ แแแแแ
Table 5-2 overall heat transfer coefficient u for basement walls and floors, below grade BTU/hr-ft2-หF Component Overall heat transfer coefficient (U)
Wall, uninsulated 0.16 Wall, R-4 insulation 0.08 Floor 0.04
แแแแ(note) - แแแแธแแฌแธ(values)แแ (แ)แฑแแกแแแแ แฑแปแแฑแกแฌแแแ(7 ft high below grade basement)แกแแผแ แปแแ แแแ แฑแกแธแแแฑแแ(cold climate)แแฌแธแกแแผแ uninsulated wall แ แกแแธแปแแแ แแแแฑแแฌแแซแ แแแแ แแแธแ insulation แแแแฌแธ(insulation is full depth of wall)แพแแแแ
แฅแแแฌ(แ -แ)แแผแ แฑแปแแฑแกแฌแแแ(below grade basement)แ แปแแ แฑแแแแ แกแแแธแแแธแแ(heat losses) แแแฌแ แแผแแแแ แฑแแฌแปแแแฌแธแแแ แฅแแแฌ (แ -แ)
แฑแปแแฑแกแฌแแแ แแฌแธแฑแแแแธ(recreation room of a basement)แ แพแแแธแแแธ แงแแแฌ(floor area)แแ 220 ft2 แปแแ แแแ แฑแปแแฑแกแฌแแ insulate แแแแฌแธแแ แแ(insulated wall below ground) แงแแแฌแแ 400 ft2 แปแแ แแแ แกแแแธแกแแแ(room temperature)แแ 70หF แปแแ แฟแแธ แฑแปแแกแแแ(ground temperature)แแ 50หF แปแแ แแแ แกแแแธแ แแธแแแธ แแผแฌแธแแ แกแแแแฌแ(heat loss)แ แแฌแแซแ
แกแฑแปแ Table 5.2 แ recommended U-value แแฌแธแ แกแแธแปแแ แแผแแแแแ
๐๐น๐๐๐๐= 0.04 x 220 x 20 = 180 BTU/hr
๐๐๐๐๐= 0.08 x 400 x 20 = 640 BTU/hr
๐ธ๐ป๐๐๐๐ = ๐ธ๐น๐๐๐๐ + ๐ธ๐พ๐๐๐ = 820 BTU/hr
Basement wall แ แกแแแฑแแแฌแแฌแธแแ แฑแปแแฑแแแแผแแแฑแแแ(above ground) แปแแ แฟแแธแ แแแแ แแ (basement wall)แแ แฑแปแแแแธแแแผแ แแฑแแแแ แแแฑแแฌแแ U แแแแธแ แงแแแฌ(A) แแ TD value แ แกแแธแปแแ แฑแปแแฑแแแแผแแแฑแแแแกแแแธ(above ground)แแ แฑแปแแฑแกแฌแแแผแแแฑแแแแกแแแธ(below ground) แแ แแธแ heat transfer loss แแฌแธแ แแธแปแแฌแธ(separate)แแผแ แแผแแแแแแ Heat loss แแ แแธแ แแผแแ แฑแแซแแธแปแแแธแปแแ แแแกแแผแ แกแแแแแธแแ แ แ แฑแแซแแธ(wall total heat loss)แ แแแแแแ
แฑแแฌแแธแแแซแผแแ Chapter-5 Heating Load Calculations
5-15
แ .แ.แ Basement Inside Temperature แฑแปแแฑแกแฌแ(basement) แแกแแแธแแฌแธแแผแ แปแแ แแแแ แกแฑแปแแกแฑแแแฌแธ(possible conditions) (แ) แกแแแ terminal unit แแฌแธแ แกแแธแปแแ แกแแฑแแธแแฌแธแแ basement แปแแ แแ แฑแปแแฑแกแฌแแกแแแธแ แแแแธแกแแแ(basement inside design temperature)แ แกแแธแปแแ basement
heat loss แแฌแธแ แแผแแแแแแ Basement แ แกแแแแแฌแธ แแแแ แกแแแธแแผแแแฌแธแแ(separate calculation) แฑแแแฌ(แกแแแธ) แแ แแแแธแ แ แแธแแแ แแผแแแแแแ
(แ) แกแแแฌแแแฑแแธแแฌแธแแ แฑแปแแฑแกแฌแแแแธ(unheated basement)แปแแ แแ Unheated basement (with no heat sources)แ แกแแแแแ design inside temperature แแ
design outside temperature แแ แแ แแกแพแแฌแธแแผแ แปแแ แแแ แ basement แแธ แกแแผแ heat loss calculation แแแแ แแแกแแแซแ
(แ) Heat source equipment แแฌแธแปแแ แกแแฑแแธแแฌแธแแ basement แปแแ แแ Furnace and ducts แแแแแ boiler and piping แ แแแแแแ basement แกแแผแแธแ แแแแแ
แฑแกแฌแแแซ guideline แแฌแธแ แแแแฌแแแแแ (แ) Heat source แแแแฑแแแฌ(area)แแฌแธ แแแแแ hot duct แแฌแธ แแแแแ แฑแแแแแแฌแธ แปแแ
แแผแฌแธแแ แฑแแแฌแแฌแธแ แกแแแธแกแแผแแธ แกแแแแแ(inside temperature) แกแฑแแฌแแกแฅ แกแแผแแธแ แแแฑแแแฌแแฌแธ(rest of the building)แ แกแแแแแ แแแแแ แแแ แกแแแธแแแธแแ(heat transfer loss)แ แแผแแแซแ
(แ) แแปแแฌแธแฑแแฌ แกแแผแแธแแ(partition)แปแแ แแฌแแแฌแธแฑแแฌ แงแแแฌแแฌแธ(areas)แ unheated basement แกแปแแ แแแแแแแแ แกแแแแผแแฑแแฌแปแแแฌแธแแ แกแแ(แ)(as in item 2) แกแแแธ แแแแแแแ
แกแแแ แฅ(แ)แแ (แแ)แแแแผแ แพแแแธแปแแแ แกแแแธแแแธแแ(heat loss from the floor) แปแแ แฑแแแแแแแ แแแแฌแแ แกแแแธ(room)แ heat loss แแผแ แแแฑแแซแแธแแแแ แกแแแ basement แกแแผแ แแแแ แกแฑแปแแกแฑแแแฌแธแ แแแแแแ(if the specific basement conditions are not known) unheated basement แกแปแแ แแแแแ แกแแแ(temperature) 50หF แแแแ แแผแแแซแ 50หF แแ แแแแแ แกแแแแ แแแแแ แแปแแ แแแแซแ แกแแแฑแพแแฌแแแฑแแฌ แแแกแแผแแธแ แฑแแแฌแธแแแผแฌแธแแแฑแแฌแฑแพแแฌแ แปแแ แแแ (A temperature below this should not be permitted anyway, because of the possibility of freezing water in piping.)
แ .แ Heat Transfer Losses: Floor on Ground and Floor Over Crawl Space แฑแปแแฑแแแแผแแแแ แพแแแธแแแธ(concrete floor slab ongrade)แ แปแแแ crawl space แฑแกแฌแแกแพแแฌแธ แแแ
แปแแ แฑแแแแ heat transfer แ แแผแแแแแ
แ .แ.แ Floor Over Crawl Space แพแแแธแปแแแ แกแแแแผแ แแผแฌแธแแผแฌแธแแแแ แฑแแแฌ(crawl space) แแแแฌแธแฑแแแแแ แแฑแแแฌ(crawl
space)แแ แกแแแฌแแฑแแธแแแ แแฌแแแฌแธ(heating season)แแผแ แฑแแแธแฑแแฑแแผแแแฌแธแฑแพแแฌแ แฑแแแธแปแแแธแ แแฌแแผแ แแแกแแผแ vent แแแแฌแธแแแ Crawl space แกแแผแแธแ แฑแแกแแแ(air temperature)แแ แปแแแแกแแแ (outside air design temperature)แแ แแแแแ แพแแแธแแแธแ แปแแแ แ แธแแแแฌแแ แกแแแแฌแ(heat loss)แ Equation 5.8 แ แกแแธแปแแ แแผแแแแแแแ
แฑแกแธแแ แกแแแฑแแแแผแ แแแฑแแฌแแแฌแธแแ แกแฑแแฌแแกแกแแฌแธแ แพแแแธแแแธแ insulate แแแแแแแ United State energy codes แกแ overall R-20 value แแแ แแ แฅแแธแแฌแธแ แกแแธแปแแแแแ Crawl space แ แฑแแฑแแผแธแแฌแธ(warm air) แแแฑแแฌแแแ heating ductwork แกแปแแ แกแแธแปแแแ heat loss
Cooling Load Calculation Ver-15 แฑแแฌแแธแแแซแผแแ
5-16
calculation แแผแแแฌแแผแ แแ แแแแแแแฑแแผแธแแแ ASHRAE Handbook แแแแแ local energy code แแฌแธแ แแธแแฌแธแแแแแ
แ .แ.แ Floor Slab on Grade แฑแปแแแแแแผแ แแฑแแแ แพแแแธแแแธแปแแ แแ(floor is on the ground) แกแปแแแแแ แผแแธแฑแแแฌ(outside
edges (perimeter))แแผแ แปแแ แฑแแแแ heat loss แกแแผแแแฌแธแแแแแ แกแฑแแฌแแกแฅแแแแแแ แกแแ (length of these edges)แแ แแแแแกแแธแแแแ แ(แ -แ)แแผแ แพแแแธแแแธแงแแแฌ(area of the floor)แแ แแแแแแฑแแ แแแฑแพแแฌแ equation 5.8 แ แกแแธแปแแ heat transfer แ แแผแแแ แแแแแฑแแ แฑแกแฌแแแซ แแแปแแแธ(equation)แ แกแแธแปแแ แแผแแแแแ
๐ธ = ๐ฌ ร ๐ณ ร โ๐ (Equation 5.9) where
Q = heat transfer loss through floor on grade (BTU/hr) E = edge heat loss coefficient (BTU/hr-หF per ft of edge length) L = total length of outside (exposed) edges of floor (ft) โT = design temperature difference between inside and outside air (หF)
Table 5-3 แแผแ E แแแแธแกแแธแแธแ แฑแแฌแปแแแฌแธแแแ แแแแแฑแแฌแแ(wall constructions) แกแแธแแธ แแแกแแผแ แกแ แผแแธแแซแแแปแแ แฑแ แ แแแซแแแปแแ แฑแ (with and without edge) insulation แแ แแธแ แแธแ แฑแแฌแปแ แแฌแธแแแ Energy codes แกแ insulation แแแซแแปแแ แแแแแแแแ
แ แ -แ Heat loss through floor of building without basement.
(Actual insulation arrangement may differ.) Table 5-3 Edge heat loss coefficient, E, for-floor slab on grade (BTU/hr-หF per ft of edge)
Wall Construction Edge
Insulation Degree Days
3000 5400 7400
8 in. block with face brick None 0.62 0.68 0.72 R-5 0.48 0.5 0.56
4 in. block with face brick None 0.8 0.84 0.93 R-5 0.47 0.49 0.54
Metal stud with stucco None 1.15 1.2 1.34 R-5 0.51 0.53 0.58
Poured concrete, heated floor None 1.84 2.12 2.73 R-5 0.64 0.72 0.9
Adapted from ASHRAE 1997 Handbook-Fundamentals.
แฑแแฌแแธแแแซแผแแ Chapter-5 Heating Load Calculations
5-17
แฅแแแฌ(แ -แแ) แแฌแธแแฑแแซแ(garage)แแ แแแ 60 ft x 30 ft แแแ แแผแแแแ แพแแแธแแแธ(concrete floor slab)แปแแ
แแแฑแแฌแแแฌแธแแแ แฑแปแแฑแแแ แกแแแธแแผแแธแกแแแแ 65หF แแผแ แแแธแแฌแธ(on grade is maintained)แแ แแแแ แปแแแแกแแแ(outdoor air temperature)แแ 4หF แปแแ แแแ Degree days แแ 5400 แปแแ แแแ Floor edge แแ R-5 insulation แปแแ แแแ แแแแฌแธ(walls)แ (แ)แแแ แแฑแแฌแแแธแแฌแธ(8 in. block with face brick)แปแแ แปแแแแแฌแธแแแ แพแแแธแปแแ(floor)แ แปแแแ แปแแ แฑแแแแ แกแแแธแแแธแแ(heat loss)แ แแฌแแซแ
แกแฑแปแ- โ๐ป แ E แแ L แแแ แแแแฅแธแแธ แแฌแฑแแผแแซแ โ๐ป = ๐๐ โ ๐ = ๐๐ ยฐ๐ญ
Table 5-3 แ E = 0.50 for 5400 degree days Edge length L= 2(60 + 20) = 160 ft
Using Equation 5.9, ๐ธ = ๐ฌ ร ๐ณ ร ๐ป๐ซ
= 0.50 x 160 x 61 = 4880 BTU/hr แพแแแธแแแธแงแแแฌ แกแแแธแแแแฌแแแ แกแฑแแฌแแกแฅแแฌแธ(buildings with small floor slab areas)
แกแแผแแ Edge loss method (Equation 5.9)แ แกแแธแปแแแ แแแแผแแธแแแแ
แพแแแธแแแธแงแแแฌ แแฌแธแ แผแฌแแแ แกแฑแแฌแแกแฅแแฌแธ(buildings with large floor slab areas)แแผแ edge loss method แแ แกแปแแแแแแธ แกแแแธแแฌแธ(perimeter rooms) แกแแผแแแฌ แกแแธแปแแแแแแ แกแแผแแธแแแธ แฑแแแฌแแฌแธ(interior areas)แกแแผแ basement แ U แแแแธแแ โ๐ป value แแแแ แแผแแแ equation 5.8 แ แกแแธแปแแแแแแ
แ .แ Infiltration and Ventilation Heat Loss แกแฑแแฌแแกแฅแแแแฌแธแ แกแแธแแฌแธแ แกแแแฌแแแฌแธ แแธแแแธแแผแฌแธแแแแแ แปแแแแ แฑแแฑแกแธ(cold out door air)
แแแฑแแฌแแปแแแธแฑแพแแฌแแแแธ แกแแแฌแแแฌแธ แแธแแแธแแผแฌแธแแแแแ แฑแแฌแแธแแฌแแแผแ infiltration แแ ventilation แแแฑแพแแฌแ แปแแแแ แฑแแฑแกแธแแฌแธ แกแฑแแฌแแกแฅ แกแแผแแธแแ แแแฑแแฌแแแแแแ
แ .แ.แ Sensible Heat Loss Effect of Infiltration Air แกแฑแแฌแแกแฅแ แกแฑแแซแแแฌแธ(building openings)แ แกแแผแแธแแ แปแแแแฑแ(outdoor air)แแฌแธ แแแฑแแฌแ
แปแแแธแฑแพแแฌแ infiltration แปแแ แฑแแแแแ แแแฑแแแแกแฌแธ(wind pressure)แฑแพแแฌแ แกแฑแแซแแแฌแธ(openings)แ แฑแแฑแกแธแแฌแธ แแแฑแแฌแแปแแแธ แปแแ แแแ แแแซแธแฑแแซแแ แปแแแแธแฑแแซแแฑแแธแ แกแแฑแพแแฌแแธแแฌแธแ แ,แฑแแแ แฑแแแฌแแฌแธ (cracks around window sashes)แ แแแซแธแ แผแแธ(door edges)แ แแแซแธแแผแแฑแแแ แฑแแแฌแแฌแธ(open doors) แ แแแแ แ infiltration แปแแ แฑแแแ แฑแแแฌแธ แแแฑแแฌแแแฌแแแแแ
แฑแแฌแแธแแฌแแแผแ แกแแแธ แแแแแ แกแฑแแฌแแกแฅ แกแแผแแธแแ แแแฑแแฌแแแฌแแ แฑแแกแแแ(entering air temperature)แแ แกแแแธแกแแผแแธแ แฑแแกแแแ(room air temperature)แแ แแแแแแ แแฑแแฑแกแธ แแฌแธแฑแพแแฌแ แแธแแแธแแผแฌแธแแ แกแแแฌแธแกแแผแ แกแแแฌแ แแแแฑแแธแแ แแกแแแแ
Infiltration แแแแแฌ แปแแแแกแแแ แแแฑแแแแแผแ แกแฑแแฌแแกแฅแกแแผแแธแแ แปแแแแ แฑแแฑแกแธแแฌแธ แแ แแแแฑแแฌแแปแแแธ แปแแ แแแ Ventilation แแแแแฌ แกแฑแแฌแแกแฅแกแแผแแธแแ แฑแแฑแแฌแแธแฑแแแแ (แปแแแแฑแ)แแแฑแแธแปแแแธ แปแแ แแแ แปแแแแกแแแ แปแแแฑแแแแแผแ แปแแแแ แฑแแแแฌแธแกแแแธแกแแผแแธแแ แ แแแแปแแแธ แปแแ แฑแแแแแ
แแฑแแแฌแธแฑแพแแฌแ แแธแแแธแแผแฌแธแแแกแแแแฌแ(amounts of heat)แ infiltration heating load แแ ventilation heating load แ แฑแแแแแ
Cooling Load Calculation Ver-15 แฑแแฌแแธแแแซแผแแ
5-18
Infiltrating air แฑแพแแฌแ แปแแ แฑแแแแ sensible heat loss แแแฌแแ แฑแกแฌแแแซ แแฑแแแแธแปแแ แแผแแ แแแแแ Sensible heat equation แ แกแแธแปแแ แแผแแแแแแแ
๐ธ๐ = ๐ ร ๐ ร โ๐ป
Where ๐ธ๐ = heat required to warm cold outdoor air to room temperature (BTU/hr) m = weight flow rate of outdoor air infiltration (lb/hr) c = specific heat of air (BTU/lb -หF) โT = temperature change between indoor and out-door air (หF)
แกแแแแซแแแปแแแธ(equation)แแผแ แฑแแฌแปแแแฌแธแแ lb/hr แฑแแแ แกแฑแแธแแแ แธแแแแธ(mass flow rate of air (m)) แปแแ แแแ แแแฑแแฌ HVAC แแแแแธ แแฌแธแแผแ แฑแแ แธแแแแธ(air flow rate)แ CFM แปแแแแฌ แแแธแแฌ แฑแแฌแปแแฑแแแแแ แแแ แฑแปแแฌแแธแ sensible heat equation แ แฑแแฌแปแแแ
๐ธ๐ = ๐. ๐ ร ๐ช๐ญ๐ด ร โ๐ป (๐. ๐๐)
Where Qs= sensible heat loss from infiltration or ventilation air (BTU/hr) CFM = air infiltration (or ventilation) flow rate (ft3/min) โT= temperature change between indoor and outdoor air (หF)
แ .แ.แ Latent Heat Loss Effect of Infiltration Air แฑแแฌแแธแกแแซ แปแแแแแแแฑแแฌแแแฌแแแฑแ(infiltration air)แ แ แแแธแแแ แกแแแธแกแแผแแธแแฑแ(room
air)แ แ แแแธแแแ แแแแธแฑแแฌแฑแพแแฌแ แกแแแธแกแแผแแธแ แฑแแ แแแธแ(room air humidity)แแ แแแแ แแแแแกแแ(unacceptable level)แกแ แแแแธแแผแฌแธแแแแแ แกแแแธแกแแผแแธแ แฑแแแ แแแธแ(room air humidity)แ แแแธแแฌแธแแแแแกแแผแ แกแแแธแกแแผแแธแ แฑแแแแ แฑแแแธแฑแแฑแแผแ(water vapor)แแฌแธ แแแฑแแธแแ แแกแแแแ แแแ แฑแแแธแฑแแฑแแผแแแฌแธ แแแฑแแธแปแแแธแฑแพแแฌแ แปแแ แฑแแแแฌแแ แกแแแธแแแธแแแ โlatent heat of vaporization of waterโ แ แฑแแแแแ แฑแกแฌแแแซ แแแปแแแธ(equation)แปแแ แฑแแฌแปแแแแแแ
๐ธ๐ณ = ๐. ๐๐ ร ๐ช๐ญ๐ด ร (๐พ๐โฒ โ ๐พ๐
โฒ ) (๐ธ๐๐ข๐๐ก๐๐๐ 5.11)
Where ๐ธ๐ณ= latent heat required for infiltration or ventilation air (BTU/hr) CFM = air infiltration or ventilation rate (ft3/min) Wi
โฒ= higher (indoor) humidity ratio in grains water/lb dry air (gr w/lb d.a.) Wo
โฒ= lower (outdoor) humidity ratio in grains water/lb dry air (gr w/lb d.a.)
Equation 5.10 แแ 5.11 แแแแ แกแแแธแแแฑแ(room air)แ sensible แแ latent heat loss แแแ แแผแแแแกแแผแ แกแแธแปแแแแ Infiltration air แ sensible heat loss แ แแปแแ แแฑแ แแผแแแ แแกแแแแ แกแแแ infiltration แฑแพแแฌแ แกแแแธแแ แฑแแ แแแธแ(room air humidity)แแ แแแแแแแ แกแแ แปแแ แแ latent heat loss แ แแ แแแแแแแแ แแแแผแแแ แแแกแแฑแแ
Equation 5.11 แแผแ แแแแผแแแแ humidity ratios (W)แ psychometric chart แ แแแแแแแแ
แ .แ.แ Infiltration Rate แแผแแแแธ Infiltration air แ แ แธแแแแธ(CFM)แ crack method แแผแแแแธ(methods)แแ air change method
แแผแแแแธ(methods)แแ แแแธ(แ)แแธแปแแ แแผแแแแแแ
โCrack Methodโ แแผแแแแธ
แฑแแฌแแธแแแซแผแแ Chapter-5 Heating Load Calculations
5-19
โCrack Methodโ แแผแแแแธแแ แกแแฑแพแแฌแแธแแฌแธแ แ,แฑแแแ แฑแแแฌแแฌแธแ แกแแแ แแแธแแ แ แแแแแแแธ(rate of air infiltration per foot of crack opening)แแแฑแปแแแฌแแแฌ แฑแ(air)แแแฌแแ แแผแแแแ แแแธแปแแ แแแ Energy codes แแผแ maximum permissible infiltration rate แแฌแธแ แแแแแฑแแธแแฌแธแแแ Table 5-4 แแผแ แกแฑแแฌแแกแฅแกแแ (new construction) แแแแแ renovation upgrading แแแกแแผแ typical allowable infiltration rate แแฌแธแ แฑแแฌแปแแฑแแธแแฌแธแแแ แฑแแแแแแแธแแ แแฌแแแ (แแ )แแ(25 MPH wind)แ แกแฑแปแแแ แแผแแแฌแธแแ แแแแธแแฌแธ แปแแ แแแ แปแแแแแผแ แฑแแแแแแแธ แแฌแธแแ infiltration rate แแแฌแธแแแแแ
Table 5-4 typical allowable design air infiltration rates through exterior windows and doors Component Infiltration Rate
Windows 0.37 CFM per ft of sash crack Residential doors 0.5 CFM per ft2 of door area Nonresidential doors 1.00 CFM per ft2 of door area Component Infiltration Rate
Note: This table is adapted from various state energy standards. แกแแฑแพแแฌแแธแกแแ(crack lengths)แแ แงแแแฌ(areas)แ แแผแแแ แแแแแ แแแธแแ แแกแแแ
แกแแแกแแแแฌแธแ แแแแฌแแแฌแธ(architectural plans) แแแแแ แแแฑแแผแแแแธแแฌแแ(field measurement) แแฌแธแ แแแแแแ แฅแแแฌ(แ -แแ)แแผแ crack method แแผแแแแธแ แกแแธแปแแแฌแธแแแ แฅแแแฌ (แ -แแ)
แกแฑแแฌแแกแฅแแ แแ แปแแแแธแฑแแซแแ แฑแแแแแแฌแ แผแแธแกแแ แแแ แแผแแธ(local infiltration energy standards)แแ แแแแฑแกแฌแ แแแแแแแ แปแแปแแแแ แแกแแแแ แปแแแแธแฑแแซแแแฌแธ(windows)แแ 3 ft (W) x 4 ft (H) แปแแ แฟแแธ double hung type แปแแ แแแ แกแแแธแแผแแธแแ แปแแแ แแแแธแกแแแ(indoor แแ outdoor design temperatures) แแแแ 70หF แแ 10หF แปแแ แแแ Infiltration แฑแพแแฌแ แปแแ แฑแแแแ sensible heat loss แ แแฌแแซแ
แกแฑแปแ (แ) Table 5.4 แ แแแแแฑแแธแแฌแธแแ แแผแแปแแแฌแธแแ(allowed) infiltration rate แแ แกแแฑแพแแฌแแธ (แ)แฑแ
แแ 0.37 CFM แแแแธ(0.37 CFM per ft of sash crack) แปแแ แแแ (แ) แTotal crack length L = 3(3) + 2(4) = 17 ft. (Note the allowance for the crack at the middle rail of
a double-hung window)แ แ(แ -แ)แแผแ แปแแแแธแฑแแซแแ แฑแแธแแผ แฑแแฌแปแแแฌแธแแแ (แ) แปแแแแธแฑแแซแแ แ แแแแแฌแแ แแแแธ(total infiltration rate for the window)แแ 6.3 CFM แปแแ แแแ
CFM = 0.37 CFM/ft x 17 ft = 6.3 CFM (แ) Equation 5.10 แ แกแแธแปแแ infiltration แฑแพแแฌแ แปแแ แฑแแแแ sensible heat loss แแฌ
๐ธ๐บ = ๐. ๐ ร ๐ช๐ญ๐ด ร โ๐ป
= 1.1 x 6.3 x (70 โ 10) = 415 BTU/hr
Crack แฑแพแแฌแแปแแ แฑแแแแ infiltration แแธแแซแธแ แผแฌ แแปแแ แฑแแแฑแ แแ แกแแ แกแฑแแผแธแฑแแฌแแธแแ แแแแแแแแฌแธ(quality of installation) แแ แปแแแแธแฑแแซแแแฌแธ (windows)แ แแแซแธแแฌแธ(doors)แ แฑแแฌแแธแ แผแฌ แปแแปแแแแแธแแแธแแแแฌแธ แปแแแแแฌแธแแ แกแฑแแธแแแธแแแ แปแแแแธแฑแแซแแแฌแธแ แฑแแแฌแ แผแฌ แแแแแแแฌแธแปแแแธ(poorly fitted windows) แฑแพแแฌแ แปแแ แฑแแแแ infiltration แแ แแแแแ (แ )แ(five times)แแแ แแแฌแธแแแแแ Sash leakage แแฌแธแ table 5-4 แแผแ แฑแแฌแปแแแฌแธแแแ
แ แ -แ แฅแแแฌ(แ -แแ)แกแแผแ แแพแแแธ
Cooling Load Calculation Ver-15 แฑแแฌแแธแแแซแผแแ
5-20
แกแแแธแแ แแแผแ แแแแ แแแ แแธแแ แปแแแแแ แแฑแแผแแฑแแแ(room with two adjacent exposed walls) แฑแแฌแแแแธ(corner room)แ แแแแแแแ แแแ (แ)แแแ แแธแแผแ แปแแแแธแฑแแซแแแฌแธ แแแซแธแแฌแธ(door or window openings on both sides) แแฑแแแแแแ
Infiltration แแ แปแแแแ แแแแแฑแแแ แฑแแแแแแแธแฑแแแแผแ แแแแแแ แแแกแปแแ แกแแแธแแ
แแแฌ แฑแแแฌแแผแแแแธ แแแแแแ แกแแแธแแ แแแธแแผแ แกแฑแแฌแแกแฅแปแแแแแ แแ แแฑแแแ แแแแ แแ แแแแแ แแ แแแปแแ แแแแแ แฑแแฌแแแแธแแฌแธแ แแ แแแแแแแแ แฑแแแ แกแแแธแฑแแฌแแ แฅแธแแแ แแแแ(wind comes obliquely) แแแแ แแแแธแ แ projected crack length แฑแแฌแแแธแแผแฌแธแฑแแฌแฑแพแแฌแ แแ แแ แแแแแฌ แฑแแแแแ แแฑแแฌแแธแปแแ แแแ แแ แแแธแแธแกแแผแ แปแแแผแแแ overall effect แแแแแแแ แแแฑแพแแฌแ แฑแแแ แแแแแแแ แแแแแปแแ แฑแ infiltration แฑแพแแฌแ แปแแ แฑแแแแ heat loss แแแผแฌแปแแฌแธแฑแแ
แแแแฌแธแ แปแแแแธแฑแแซแแแฌแธแ แแฑแแแแกแแฑแพแแฌแแธแ แพแแฌแธแแผแแฑแแแฌแ แ,แฑแแแ แฑแแแฌแแฌแธแแ แกแแผแแกแ แฌแธ แกแแธแแธแปแแ แแแฑแแฌแฑแพแแฌแ แกแแฌแธแแธแปแแ แแแแ แกแแแ แกแฑแปแแแ แแผแแแแแแ แแ แแแธ แแแธแ แ แแแแ แแแแแธแ แแแ infiltration แ แแผแแ แฑแแซแแธแ แกแฑแแฌแแกแฅแแ แแแธ(total building infiltration rate) แกแแผแ แแผแแแแแแแ แแแซแธแแฌแธแแผแแปแแแธ(door usage)แฑแพแแฌแแแแธ infiltration แปแแ แแแแแ
แ แแธแแ(department stores)แ แแธแแแธ แ แแ แฑแแแฌแแฌแธแแผแ แกแแแกแแผแแแฌแธ(frequent door usage) แฑแแฌแฑแพแแฌแ infiltration แ แแแแผแแธ แแผแแแแแแแ แแแแฅแธแ แผแฌ แแแซแธแแผแแแแแธ(rate of door usage, number of people per minute)แ แแแแแแแแ แแแแฌ(architect) แแแแแ แแแแ(owner)แแ infiltration แกแแผแ แกแพแแฅแฌแ แแแแแแแ แแแธแแแแแธ(average infiltration rates for frequent door usage)แแฌแธแ table 5-5 แแผแ แฑแแฌแปแแแฌแธแแแ
Table 5-5 infiltration rates for frequent door usage แแแซแธ แกแแธแกแ แฌแธ (Door Type) แแแ แฑแแฌแแกแแผแ แฑแแแแ (ft3 per Person)
Swinging door, no vestibule 900 Swinging door, vestibule 550 Revolving door 60
แกแฟแแแแธ แแผแแฑแแแ แแแซแธแแฌแธ(แแผแแแฌแธแแแแแซแธแแฌแธ)แ แกแฑแแซแแแฌแธ แแฑแแฌแแธ แแแแแแ แแแแซแธแแฌแธ แกแแผแ infiltration rate แ แแแแผแแแแแ Infiltration rate แฑแแฌแแแธแฑแ แแ แฑแแแแแฌ(air curtains) แแฌแธแ แกแแธแปแแพแแแแ แแแซแธแฑแแซแแกแฑแแแ แฑแแแฌแธแ แกแแแปแแแธแปแแแธ(vertical warm air barrier across the opening)แปแแ แแแแแแฑแแฑแแฌแฑแพแแฌแ infiltration rate แฑแแฌแแแธแแผแฌแธแแแ
แกแแผแแฑแแธแแแแ แกแฑแแซแแแฌแธแแซแแแแแ(porous wall)แแฌแธแฑแพแแฌแแแแธ air infiltration แปแแ แฑแแ แแแแแ แกแแแ แแแแฌแธ(walls)แ แฑแแซแแแฌแธ แแฑแแแซแ significant porosity แ sealant coatings แแแแแ แแปแแฌแธแแแแแแแธแแฌแธ(other coverings)แ แกแแธแปแแ แแฌแแผแแแแแแ
แกแแแปแแแแ แกแฑแแฌแแกแกแแฌแธแแผแ แกแแฑแพแแฌแแธแแฌแธแฑแพแแฌแ แแฌแแ thermal stack effect แฑแพแแฌแแแแธ infiltration แปแแ แปแแแธแ แแแธแแผแฌแธแฑแ แแแ แกแฑแแฌแแกแกแกแแผแแธแ แแฑแแผแธแฟแแธแ แกแปแแแ แฑแกแธแฑแแแ
แแแซแธแแฌแธ แปแแแแธแฑแแซแแแฌแธแแ แแ(แ)แแแ แแธแแผแ แแฑแแฑแแฌแแแธ แฑแแฌแแแแธ(โCorner Roomโ) แแฌแธแ infiltration rate แ แแผแแแแกแแซ แแ แแแกแแผแ(แแ)แแฌ แแแแผแแแแแ แกแแแฑแพแแฌแแแฑแแฌ แแแแ แกแแแแผแแแ(at any given time) แฑแแแ แแแแ แแแแแฌ แฅแธแแแ แแแแแฑแแฑแแฌแฑแพแแฌแ แปแแ แแแ แฑแแแแฑแแแแแแธแฑแพแแฌแแธ แฑแปแแฌแแธแแแแฑแแฌแแแธ infiltration effect แแแแฌแธแแแแซแ
แฑแแฌแแธแแแซแผแแ Chapter-5 Heating Load Calculations
5-21
thermal stack effect แปแแ แฑแแแแแ แฑแแผแธแฑแแแ แฑแแแฌแธแแ แกแฑแแฌแแกแกแกแฑแแแแแธแแ แฑแแฌแแแแผแฌแธแฟแแธ แกแฑแแซแแแฌแธแ แกแแฑแพแแฌแแธแแฌแธแ แแ แแ แกแปแแแแ แแผแแแผแฌแธแแแ แแแผแแแผแฌแธแแ แฑแแแฌแธแกแ แฌแธ แปแแแแ แฑแกแธแฑแแแ แฑแแแฌแธแแ แกแแแแแธแฑแแแฌแ แกแแฑแพแแฌแแธแแฌแธแ แแ แแ แแแฑแแฌแแแฌแแแ Thermal stack effect แกแฑแพแแฌแแธแ แกแฑแแธแ แ แกแแแกแแแแฌแธแแแ ASHRAE Handbook แแฌแธแ แแปแแแธ แแแแแ Stack effect แกแฑแพแแฌแแธแ ACMV volume one, Chapter-7 แ แฌแแแแฌ 7-4 แแผแ แกแฑแแธแ แ แแแแแแแแแ
Infiltration แปแแ แปแแแธ แฑแแฌแแแ(reducing) แกแแผแ (แ) แกแฑแแฌแแกแฅแฑแแฌแแธแแฌแธ(existing buildings)แแผแ แแฌแแฅแแแแแฌแแผแแฑแแธแแ แแแแฌแแฌแธ(weather
stripping) แแแแแปแแแธแ แฑแแฌแแกแแธแ แกแแฑแพแแฌแแธแแฌแธแ sill plates แ wall penetration แแฌแธแแ แแปแแฌแธ แกแฑแแซแแแฌแธ(other openings)แ แแแแแปแแแธ(sealing of cracks around frames) แปแแแแแแแแ
(แ) โAir Change Methodโ infiltration rate แแ infiltration แปแแ แฑแแแแ แกแแแธแ number of air changes per hour (ACH) แกแฑแแแแผแ แกแฑแปแแแ แแผแแปแแแธแปแแ แแแ One air change แแแแแฌ แแ แแฌแแกแแผแแธ แกแแแธแแแ(room air volume)แแ แแแแ แฑแแแแฌแแ แธแแแธแฑแ แปแแแธแ circulate แแแฑแแธแปแแแธ แปแแ แแแ
ACH แแแแแแธแแแกแแ(expected number of air changes)แแ แกแฑแแผแแกแพแ(experience)แแ แ แแธแแแแ(testing)แแฌแธ แกแฑแแแแผแ แแแแแแ แฑแแกแแแธแแแ แกแฑแแฌแแกแฅแแฌแธแกแแผแ 0.5 ACH แปแแ แแแ แฑแแแแแ แกแฑแแฌแแกแฅแกแแผแ 1.5 ACH แปแแ แแแ(0.5 ACH to 1.5 ACH for buildings ranging from "tight" to "loose" construction)แ แแแฑแพแแฌแ แฑแแกแแแธแแแ แกแฑแแฌแแกแฅแปแแ แแ 0.5 ACH แแแแธแปแแ แแผแแแแ แฑแแแแแ แกแฑแแฌแแกแฅแ แแแแ 1.5 ACH แแแแธแปแแ แแผแแแแ
Air change แแแธแกแ equation 5.12 แ แกแแธแปแแ air infiltration rate (CFM)แ แแฌแแแแแ
๐ช๐ญ๐ด = ๐จ๐ช๐ฏ ร ๐ฝ
๐๐ (๐. ๐๐)
Where CFM = air infiltration rate to room (CFM) ACH = number of air changes per hour for room V = room volume (ft3)
ACH แกแแแธแฌแ(meaning)แแ แแผแแแแธแกแแธแปแแ(use of the air change method)แ แฅแแแฌ(แ -แแ) แแผแ แฑแแฌแปแแแฌแธแแแ แฅแแแฌ (แ -แแ)
แกแแแ แกแแ แกแแแธแแ แแแธแ แกแแแธแกแแฌแแ 20 ft x 10 ft x 8 ft high แปแแ แแแ Infiltration rate แแ 0.7 air changes per hour แปแแ แแแ ACH แแแธแ แกแแธแปแแ infiltration rate แ CFM แปแแ แแฌแแซแ แกแฑแปแ แกแแแธแแแ(room volume) แ แแผแแแ
Volume = 20 x 10 x 8 = 1600 ft3 Equation 5.12 แ
๐ถ๐น๐ = ๐ด๐ถ๐ป ร ๐
60= 0.7 ร
1600
60= 18.7 ๐ถ๐น๐
แแกแแแธแ infiltration rate แแ 18.7 CFM แปแแ แแแ
แ .แ.แ Crack Method versus Air Change Method แแแแแกแฑแปแแกแฑแแ แแแแแแแแแธแแผแ แแแแแแแธแ แกแแธแปแแแแแ แแแแ
แแแแแแแแฌแธ แแแฑแแฌแแแธ แฑแกแฌแแแซแกแแแแฌแธแ แกแฑแปแแแ แแธแปแแแแแแแ (แ) Air change method แแผแแแแธ แฑแแแแกแฌแธแปแแแแฑแแกแแ แกแฑแแฌแแกแฅ(residential construction)แแฌแธแกแแผแ air change method
Cooling Load Calculation Ver-15 แฑแแฌแแธแแแซแผแแ
5-22
แ แกแแธแปแแแแ แแฑแแกแแ แกแฑแแฌแแกแฅ(residential construction)แแฌแธแกแแผแ heating load แแแแแแธแแฌแแผแ แแพแแแ แแแแแ แฑแแแฌแแฌแธ แแแแแแซแ crack method แแแแธ แกแแธแปแแแแแแ
(แ) Crack method แแผแแแแธ แแฑแแกแฑแแฌแแกแฅ แแแแแ แ แแ(non residential construction)แแฌแธแกแแผแ crack method แ
แกแแธแปแแแแ แปแแแแธแฑแแซแ แแแแแแแฌแธ(window manufacturers)แแ แแพแแแ แแแแแ แฑแแแฌแแฌแธ(reliable data) แแแแแแแฑแแฌแแแธแฑแแฌแแธ แแแแแแ แปแแปแแแแแธแแแธแแ แกแแแกแฑแแผแธ แฑแแฌแแธแฑแกแฌแ แแแธแแ(quality control of installation and maintenance)แแแแแแแธแฑแแฌแแธ crack method แแ แกแแแฑแแฌแแธแปแแ แแแ แแแแ แแแแแฌแธ แแแแแแแ แกแฑแแฌแแกแฅ แกแฑแแฌแแธแแฌแธ(older buildings)แกแแผแ แฑแแแ แแแแแแแธ(leakage rates)แ แแผแแแ แแแแแแ แกแแแฑแพแแฌแ แแฑแแฌ แปแแแแธแฑแแซแแแฌแธแ แกแฑแปแแกแฑแแ แกแแกแ แแแแแฑแแฌแฑแพแแฌแ แปแแ แแแ
แ .แ Ventilation (Outside Air) Load แฑแแกแแแกแฑแแผแธ(indoor air quality)แ แแแธแแฌแธแแแกแแผแ แกแฑแแฌแแกแฅแแฌแธแกแแผแแธแแ
mechanical ventilation equipment แแแแแ air handling unit แแฌแธแแแ แแ แปแแแแฑแ(outside air) แแแฑแแธแแ แแกแแแแ Outside ventilation air แแแฑแแธแปแแแธแฑแพแแฌแ building heating load แแแฌแธแฑแ แแแ แแแแฌแแ(entering air)แฑแแ แกแแแแแ แ แแแธแแแ แปแแแแฑแแกแแแ(outdoor temperature)แแ แ แแแธแ(humidity)แแแแ แแแแแ
Ventilation แฑแพแแฌแ แปแแ แฑแแแแ heating load แแผแแแแกแแผแ equations 5.10 แแ 5.11 แแแ แกแแธแปแแแแ Ventilation air แ แกแแแธแกแแผแแธแแ แแแแฑแแธแแ air conditioning equipment แแฌแธแปแแ แกแแฑแแธแปแแแธแแ แฑแแแธแฑแแฑแแผแ(humidity) แแแฑแแธแปแแแธแแ แปแแแแแแ Ventilation heating load แแ total building heating load แ แแ แ แแแ แฑแแ แปแแ แแแ แแแฑแแฌแแ แปแแแแฑแ(outside ventilation air) แแแฌแ แแผแแแแธแแฌแธแ แกแแแธ(แ)แแผแ แฑแแฌแปแแแฌแธแแแ
แแแธแแฌแธแแ แกแฑแแฌแแกแฅแแฌแธแแผแ แแแแแแฌแธแแ mechanical ventilation system แ fan แแฌแธแปแแ แกแฑแแฌแแกแฅแกแแผแแธแ แฑแแแกแฌแธแกแแแธแแแแปแแ(positive air pressure)แฑแกแฌแ แแแแธแแแ แฑแแฌแแธแฑแ แแแแ แแแฑแพแแฌแ infiltration แปแแ แปแแแธแ แแฌแแผแแแแแแ แกแฑแแฌแแกแฅ(building)แ แฑแแแฑแกแฌแแปแแแแ แแกแฌแธแกแแแธแแ แปแแแแแฑแกแฌแ แปแแแแแฌแธแแ(relatively tight and pressurized) แแแแแ แปแแ แฑแกแฌแ แปแแแแแฌแธแปแแแธแฑแพแแฌแ infiltration load แแแแผแแแ แแแกแแฑแแ Outside air ventilation load แแแฌ แแแแผแแแ แแกแแแแ
แกแฑแแฌแแกแฅแกแแผแแธ แแกแฌแธแกแแแธแแแปแแแแแฑแกแฌแ แปแแแแแแกแแซ แกแแผแแกแแผแแปแแ แฑแกแฌแ แแแแฌแธแแแแแ แแกแแแแแ แแแฌแธแแซแ แแแซแธ แแผแแแ แแแแแแแแ
แแฑแแกแแแฌแธแ air distributing system แแผแ fan แปแแ แฑแแ แปแแแแแกแแธแปแแ แแแแแปแแแธ
(recirculation) แปแแแแแแ แแแฑแพแแฌแ ventilation load แแผแแแ แแแกแแฑแแ Infiltration แปแแ แปแแแธแฑแพแแฌแ แฑแแฑแแฌแแธแฑแแแแ(fresh air)แแฌแธ แกแแแธแกแแผแแธแแ แแแฑแแฌแแแฌแแแ
แฑแแแแแฑแแกแฑแแฌแแกแฅ(residences)แแฌแธแแผแ แฑแแ(tight)แฑแแฌแฑแพแแฌแ infiltration แปแแ แฑแแแแ แแแธแแแกแแซ แฑแแแแฑแแฌแแปแแแธ(inadequate natural infiltration) แปแแ แแแแแ แปแแแแฑแ แแแฑแแฌแแแ
แแแแฑแแฌ non-residential building แแฌแธแแผแ แแผแแ แแแ แแแแแแ แปแแแแธแฑแแซแ(fixed windows no openable part)แแฌแธ แแแแแแฌแธแฑแแแแแ แแปแแแแธแฑแแซแแกแฑแแแฌแธ แกแแผแ crack infiltration แ แแแแผแแแ แแแกแแฑแแ Exterior door แแฌแธ แกแแผแแแฌ แแผแแแแแ
แฑแแฌแแธแแแซแผแแ Chapter-5 Heating Load Calculations
5-23
แกแแซ แกแแ แกแฑแพแแธ(indoor air pollutant)แแฌแธแฑแพแแฌแ แฑแแแแแผแ แแแธแแฌแฑแแธแแแ(long term health problems) แแแแแ แแแฑแพแแฌแ แปแแแแฑแแแ แฑแแธแแ(outside ventilation) แแกแแแแ แฅแแแฌ(แ -แแ)แแผแ ventilation load แแผแแแแธแ แฑแแฌแปแแแฌแธแแแ
แฅแแแฌ (แ -แแ) แปแแแแธแฑแแซแแแฌแธแ แฑแแแฑแกแฌแแปแแแแแฌแธแแ แกแฑแแฌแแกแฅ(building with sealed windows)
แแ แแกแแผแแธแ แกแแแแ 72หF แแผแ แแแธแแฌแธแแแ แปแแแแกแแแ(outdoor temperature)แแ -5หF แปแแ แแแ Mechanical ventilation system แ แปแแแแฑแ(outside air) 5000 CFM แแแฑแแธแแแ Ventilation แฑแพแแฌแ แปแแ แฑแแแแ sensible heating แแแฌแแ แแฌแแซแ
แกแฑแปแ แกแแแธแกแแผแแธ แ แแแธแ(inside humidity conditions) แแกแแแแ แแแแแแแฌแธแฑแแฌแฑแพแแฌแ
sensible heat แแแฌ แแผแแแ แแแแ Ventilation air แ equation 5.10 แ แกแแธแปแแ แแผแแแแ
๐ธ๐บ = ๐. ๐ ร ๐ช๐ญ๐ด ร โ๐ป
= 1.1 x 5000 x 77 = 423,500 BTU/hr
แ .แแ Design Conditions Heating and cooling load แแผแแแแกแแผแ แกแแธแปแแแ แกแแแธแกแแผแแธ(indoor)แกแแแแ แ แแแธแแแ
แปแแแแกแแแ(outdoor air temperature)แ แ แแแธแ(humidity)แแแ โdesign conditionsโ แ แฑแแแแแ แฑแแแแกแฌแธแปแแ แกแแแธแกแแผแแธ แแแแธแกแฑแปแแกแฑแแแฌแธ(indoor design conditions)แ comfort zone แงแแแฌ (area)แกแแผแแธแ แฑแแผแธแแแฑแแแแแ Comfort zone แกแฑแพแแฌแแธแแ indoor design condition แกแฑแพแแฌแแธแ แกแแแธ(แ)แแผแ แกแฑแแธแ แ แฑแแฌแปแแแฌแธแแแ
Table 5-6 แแผแ indoor design condition แแฌแธแ แฑแแฌแปแแแฌแธแแแ Design condition แ แฑแแผแธแแ แแแกแแซ แแแฑแแฌแแแแแฌแปแแ แฑแ แแ(comfort) แแ แแแแธแแแฌ แฅแธแ แฌแธแแฑแแธแ energy conservation แฑแแฌแแธแฑแ แแ แแฌแแแ(responsible) แแแแ แกแแแธแแผแแธ แแแแธแกแฑแปแแกแฑแ(inside design condition)แ แฑแแผแธแแแแแกแแซ energy code แ แแแแฌแแ แแกแแแแ
แฑแแฌแแธแแฌแแปแแแแแแแธแกแแแ(outside winter heating design temperature)แแฌแธแ table A.9 แแผแ แฑแแฌแปแแแฌแธแแแ Table A.9 แแ แแธแฑแแแ แแแแแธแแฌแธ(weather records)แ แกแฑแปแแแแฌแธแแแ United States แแ แแปแแฌแธแฑแแฌ แแแแแฌแธแ แฑแแแฌ แแ แแแแธแ แ แฑแแฌแแธแแฌแ outdoor air heating design temperature แ heating dry bulb column แแผแ แฑแแฌแปแแแฌแธแแแ แแกแแแกแแ(value)แแฌแธแแ แแ แฑแแซแแธแแฌแธแ แผแฌ แ แ แแธ แแฌแธแแ แแฌแแฅแ แแแแแธแแฌแธ(weather records) แปแแ แพแแแแ
แแแฌแธแแผแ แฑแแฌแปแแแฌแธแแ แแแแธแแฌแธแแ แแแแ outdoor air temperature แแ แแแธแ แแ แแ แกแแผแแธ แแฌแแฑแแซแแธ(แแ )แแฌแแพแแฌ(35 hours each year) แปแแ แฑแแแแแแ แแ แแแธแกแฌแธแปแแ แแ แแ แกแแผแแธ แแฌแแฑแแซแแธ (แแ )แแฌแแพแแฌ แปแแ แฑแแแแ แกแแผแแแแแ แกแแแแแฌแธแ แแฑแแฌแปแแแฌแธแแซแ
แแ แแซแแ แแแแฌ แปแแ แฑแแแแแแ แแฌแแฅแแแธแ design temperature แกแปแแ แกแแธแแปแแแแฑแแ แกแแธแปแแแแ แแกแแแแแ แแแแธแฑแกแฌแ แกแแผแแกแ แฌแธแฑแแผแธแแแแฌแธแแ(oversized) heating equipment แปแแ แฑแ แแแ แแแฑแแฌแแ(reasonable) design temperature แ แแแแแแแแแ แแแแแฑแแฌแแแแฌแธ แแ แปแแแแกแแแ(outdoor temperature)แแ แกแแแธแแแแแแแแแฑแแฌแแแธ heating system แ operation แแ comfortable indoor conditions แฑแแธแแแแแแแ
แกแฑแแแแแผแ แแปแแ แแฑแ แแแแฌแแแแ แแแแแแฌแธแแ US energy standards แแแแแ local energy standard แแฌแธแแผแ แฑแแฌแปแแแฌแธแแ แแแแธแกแฑแปแแกแฑแแแฌแธแแ แกแแแธแแ แแผแแผแแแแแ
Cooling Load Calculation Ver-15 แฑแแฌแแธแแแซแผแแ
5-24
แคแ แฌแกแแแผแ แฑแแฌแปแแแฌแธแแ แแแแธแกแฑแปแแกแฑแแแฌแธแแ heating แแแฑแแ แฅ แกแฑแแฌแแกแฅ (building) แกแแผแแธแแ แฑแแแธแฑแแฑแแผแแแแฑแแธแแ(humidification แแแฑแแธแแ) แแกแแแ latent heat energy แ แแผแแ แแแฑแแธแแแแ Outdoor air humidity design level แ zero แกแปแแ แแแแซแ แแ แแแธแกแฌแธแปแแ แปแแแแฑแแแแผแ แฑแแแธแฑแแฑแแผแแแฌแธ แแแ แแแแแ
Table A.9 แแผแ summer cooling แกแแผแ outdoor design data แ แฑแแฌแปแแแฌแธแแแ Latitude แฑแแฌแแแ แแแแแฌแกแแแฑแแแ แแแแแแแผแ (number of degrees of latitude from the equator for the location)แ แฑแแฌแปแแแฌแธแแแ Degree Days แฑแแฌแแแ แกแแฑแแธแแแ แแฌแแ แแแฌแ(expresses the severity of the heating season)แ แฑแแฌแปแแแฌแธแแแ
แฅแแแฌ (แ -แแ) Chicago, Illinois แกแแแฑแแแแผแ แแแฑแแฌแแแฌแธแแ แ แแธแแ(Big Bargain department store)
แกแแผแ heating system แแแแธแแแแ แแแแ outdoor indoor winter temperature แกแแธแปแแแแแ แแธแปแแแแซแ Table 5-6 recommended energy conserving indoor air design conditions for human comfort
Air Temperature (DB) หF Relative Humidity (RH) %
Maximum Air Velocity* (FPM)
Clothing Insulation (clo)
Winter 68-72 25-30 30 0.9 Summer 76-78 50-55 50 0.5
*At occupant level. แกแฑแปแ
Table A.9 แ Chicago แกแแผแ แแแฑแแฌแแ outdoor heating design temperature แแ 6หF แปแแ แแแ Table 5-6 แ indoor air design condition แ 68หF แกแปแแ แฑแแผแธแแแแแ แฑแ แธแแแแแฌแธแแ แฑแแฌแแธแแฌแ แกแฑแแผแธแแแแฌแธแ แแแแแแฌแธแพแแแแ แแแฑแแฌแฑแพแแฌแ(a justification for this is that people generally keep their winter coats on while shopping) แแแแแแแแธ(low end of the recommended value)แ แฑแแผแธแแแปแแแธ แปแแ แแแ
แ .แแ.แ Unheated Space Temperature แกแฑแแผแธแแฌแแฑแแธแแฌแธแแ แกแแแธ(heated room)แแ แกแปแแแแแกแพแแฌแธแแผแ แกแฑแแผแธแแฌแ แแฑแแธแแฌแธแแ
แกแแแธ(unheated rooms or spaces) แแแแแแแแ แแกแแแธแกแแแ(temperature)แแ heated room แแ แแแแแแ แกแฑแแผแธแแฌแแฑแแธแแฌแธแแ แกแแแธ(heated room)แ แกแแแฌแธแแ แกแแผแแธแแ(separating partition) แ แปแแแ unheated room แแแ แแธแฑแปแแฌแแธแแผแฌแธแแแฑแแฌแฑแพแแฌแ heat loss แแแฌแแ แแผแแแ แแกแแแแ
แกแแแฌแแแฑแแธแแฌแธแแแฑแแแฌ แกแแแ(unheated space temperature)แแ แกแแแธแกแแแ (indoor conditions)แแ แปแแแแแแแธ แกแแแ(outdoor design conditions)แแ แกแพแแฌแธแแผแ แปแแ แแแ แแแแแฌแแฌแธแ แแแพแแแแ แกแแแฌแแแฑแแธแแฌแธแแแฑแแแฌ(unheated space)แ แแแแแแฌแปแแ แงแแแฌ (exposed glass area) แกแแผแแแฌแธแฑแแแ แปแแแแกแแแ(outdoor temperature)แแ แแแแแ แแ แแแแแ Unheated space แ heated space แแฌแธแ แแแธแแแฌแธแแ untreated room แกแแแแ indoor design condition แกแปแแ แแแ heat transfer แปแแ แฑแแแแแ แแแแผแแแ แแแกแแฑแแ
แกแแแฌแแแฑแแธแแฌแธแแแฑแแแฌ(unheated space)แแฌแธแ แแแแแฌแฑแแแฌแ แแแ แแผแแแแ แแแธแแ แแแแแแแแ แกแแแแแผแปแแฌแธแแ แแแแ
แฑแแฌแแธแแแซแผแแ Chapter-5 Heating Load Calculations
5-25
แ .แแ Room heat loss and room heating load Room heat loss แแแแแฌ แกแแแธแแ แแแธแแแธแ แ แกแแแธแแแธแแแ แ แฑแแซแแธ(sum of each of the room
heat transfer losses) แแ infiltration heat loss แแ แฑแแซแแธแแฌแธแปแแแธ แปแแ แแแ
แฅแแแฌ (แ -แแ )แแผแ room heating load แแผแแแแธ(procedure)แ แฑแแฌแปแแแฌแธแแแ
แฅแแแฌ (แ -แแ )
แ(แ -แแ)แแผแ แแธแแแธ(office room)แแ แแ แฑแแฌแปแแแฌแธแแแ แแ แแ แกแฑแแฌแแกแฅ(one-story building) แปแแ แฟแแธ Des Moines, Iowa แฑแแแแผแ แแแแแแ แกแฑแแฌแแกแฅแแแผแ แกแแฑแแธแแฌแธแแ แฑแปแแฑแกแฌแแแแธ(heated basement) แแซแแแแ Design room heating load แ แแผแแแซแ
แแแฑแแฌแแแฌแธแ(construction)แแฌ แฑแกแฌแแแผแ แฑแแฌแปแแแฌแธแแแกแแแธ แปแแ แแแ แแ(wall) แกแแธ แกแ แฌแธแแ 6 in. concrete (120 #/cu. ft), R-8 insulation, 1/2 in. gypsum board finish แปแแ แแแ แปแแแแธแฑแแซแ(window) แกแแผแแกแ แฌแธแแ 5 ft(H) x 4 ft (W) แปแแ แแแ แปแแแแธแฑแแซแ แกแแธแกแ แฌแธแแ pivoted type, double glass, aluminum frame แปแแ แแแ Infiltration rate แแ 0.50 CFM/ft แปแแ แแแ แฑแแซแแแธ(roof) แกแแธแกแ แฌแธแแ flat roof metal deck, R-8 insulation แปแแ แแแ แแแแฌแพแแ แกแแธแกแ แฌแธแแ suspended ceiling แปแแ แแแ แแแแฌแพแแ(ceiling) แกแปแแ(height)แแ 9 ft แปแแ แแแ
แ แ -แแ Floor plan for Example 5-15.
แกแฑแปแ (แ) แแแฌแธแปแแ แกแแแกแแแแฌแธแ แ แแ แแ แแแแแผแแแ แกแฑแแกแแแฑแแฌแแธแ แฑแแผแธแปแแแซแ
(แ) Design temperature แ table 1.10 แแ A.9 แแแ แฑแแผแธแแแแซแ แกแแแธแกแแผแแธแกแแแ(indoor temperature) แแ 71หF แปแแ แแแ แปแแแแกแแแ(outdoor temperature)แแ - 9หF แปแแ แแแ
(แ) Table A.6 แแ A.8 แแแ U value แแฌแธแ แแแแแซแ
(แ) Equation 5.8 แ แกแแธแปแแ heat transfer loss แแฌแธแ แแผแแแแแแแ
(แ ) Equation 5.10 แ แกแแธแปแแ infiltration heat loss แ แแผแแแแแแแ
(แ) Room heating load แแ แกแแแธแแแธแแ แ แ แฑแแซแแธ(sum of all the losses)แแ แแแแแ
Room heating load แแ แกแแแธแกแแผแแธแแ แแแฑแแธแแแ แกแแแแฌแ(amount of heat) แปแแ แแแ แกแแแธแกแแแแ แแแแแแฌแธแแ แกแแแ(indoor design temperature)แแผแ แแแธแแฌแธแแแกแแผแ room heating load แแ room heat loss แแ แแแแแ
Cooling Load Calculation Ver-15 แฑแแฌแแธแแแซแผแแ
5-26
U (BTU/hr-ft2-หF) x A(ft2) x TD(หF) = Q(BTU/hr) Wall 0.10 x 106 x 82 = 870 Window 0.60 x 20 x 82 = 980 Roof 0.08 x 168 x 82 = 1100
Total heat transfer loos = 2950 Infiltration heat loss1.1 x 0.50 CFM/ft x 18 ft x 82 = 810
Room heating load = 3760 แแกแแแธแแแธแแแแฌแธ แกแฌแธแแธแ แ แ แฑแแซแแธ แปแแ แแแ
Design heat loss แแฌแธแ แแผแแแแกแแซ แแแแ heat gain แแ แแแแแแแซแ Solar heat gain แปแแ แฑแแแแแฑแแฌแแแธ แกแฟแแแแธ แแแแแฑแแฌแฑแพแแฌแ แ แแแแฑแกแฌแ แแแแแผแแแแแซแ Steady internal gain แแแ แกแฑแแฌแแกแฅแแฌแธแแผแ net heat losses แ แแแแผแแธ แแผแแแแแแแ แกแฟแแแแธ แแแแปแแ แฑแแแฑแแแ heat gain แแฌแธแแแ แแแแผแแแแแซแแแ
แ .แแ Building Net Heating Load แกแแแธแแ แแแธแแแธ(individual room)แ แ heating load แกแปแแ แกแฑแแฌแแกแฅ(building) แแ แแแธแ
heating load แ แแผแแแ แแกแแแแ Building net heating load แแแแแฌ แปแแแแแแแธแกแฑแปแแกแฑแ(outdoor design conditions)แแผแ แกแฑแแฌแแกแฅ(building)แแ แแแธแแผแ แแกแแแ แกแแแแฌแ(amount of heat) แปแแ แแแ Building net heating load แแผแ building heat transfer loss แแฌแธ แ infiltration heat loss แแฌแธ แแ ventilation load แแฌแธ แแซแแแแแ แ heating load แแฌแธ แกแฌแธแแธแ แ แ แฑแแซแแธ แแแฌแแปแแ แแแ
แ .แแ.แ Building Heat Transfer Loss Building heat transfer loss แแ heat transfer loss แแฌแธ แฑแแซแแธแแฌแธแปแแแธ(sum) แปแแ แแแ แกแฑแแฌแ
แกแฅแ แแแ แปแแแแธแฑแแซแแ แแแซแธแ แพแแแธแแแธ แ แแแแ แแแ แแ แปแแแแแ แแผแแแผแฌแธแแ(แแธแแแธแแผแฌแธแแ) แกแแแฌแธ (outdoors through the exposed walls, windows, doors, floor, and roof of the building)แฑแแซแแธแแฌแธแปแแแธ แปแแ แแแ แแ แแแธแกแฌแธแปแแ แแธแแแธแแผแฌแธแแ แกแแ แ แฑแแซแแธ(sum of the room heat transfer losses) แปแแ แแแ แกแฑแแฌแแกแฅแ แแแ แปแแแแธแฑแแซแแ แแแซแธแ แพแแแธแแแธแ แแ แงแแแฌแ แ แฑแแซแแธ(total building area)แ แแแธแ (measure)แ แแแแ แแ แแแแ แแผแแ(calculate directly) แแแแแ
แ .แแ.แ Building Infiltration Loss แกแฑแแฌแแกแฅ(building)แแผแ แแ แแแ แแแฌแธแแ แกแฑแแซแแแฌแธ แแฑแแแ(more than one side with
openings) infiltration air แแ แแแ แกแฑแแซแแแฌแธ แกแฌแธแแธแแแ แแ แแ แฟแแแแ แแแฑแแฌแแแ แแปแแ แแแฑแแ แกแแแฑแพแแฌแแแฑแแฌ แฑแแแ แกแฟแแแแธ แฅแธแแแแฌ แแ แแแแแแแฌ แแแฑแแฑแแฌแฑแพแแฌแ แปแแ แแแ แแ แแแธแกแฌแธแปแแ แฑแแแแแ แแแแฌแ แฌแ แกแฑแแซแแแฌแธแแผแแแฌ infiltration แปแแ แฑแแแแแ แกแแแธแกแแผแแธ แกแฑแปแแกแฑแแแฌแธแ แกแแผแแธแแ(partition)แฑแพแแฌแ แกแแกแ แแผแแแแแ แแแแแแ Mechanical ventilation system แฑแพแแฌแ infiltration แปแแ แปแแแธ แฑแแฌแแแธแแผแฌแธแแแแแ แกแฑแแฌแแกแฅ(building)แแฌแธแแผแ infiltration แแปแแ แฑแกแฌแ แแฌแแผแแแแแแ
แกแฑแแฌแแกแฅแ infiltration แปแแ แแแแธ(CFM)แแ แแแแ แแแแธแ แแผแ แปแแ แฑแแแแ infiltration แแแแธ (CFM) แ แ แฑแแซแแธแแแแธแ แแ แแแปแแ แแแ แแ แแแธแกแฌแธแปแแ แกแฑแแฌแแกแฅแ infiltration rate แแ แแแแฌแธ แกแฌแธแแธแแผแ แปแแ แฑแแแแ infiltration แ แแ แแ แปแแ แแแ
(The building air infiltration CFM is equal to one-half the sum of the infiltration CFM of every opening on all sides of the building.)
แฑแแฌแแธแแแซแผแแ Chapter-5 Heating Load Calculations
5-27
แฑแกแฌแแแผแ building infiltration heat loss แแ building net heating load แแผแแแแธ(procedure)แ แฅแแแฌแปแแ แฑแแฌแปแแแฌแธแแแ
แ แ -แแ แฅแแแฌ(แ -แแ)แกแแผแ แแพแแแธ (Sketch for Example 5-16) แฅแแแฌ (แ -แแ)
แ(แ -แแ)แแผแ แฑแแฌแปแแแฌแธแแ แกแฑแแฌแแกแฅแ แกแแแธแกแแผแแธแกแแแ(indoor temperature)แแ 70หF แปแแ แฟแแธ แปแแแแกแแแ(outdoor temperature) แแ 10หF แปแแ แแแ Building heat transfer loss แแ 170,000 BTU/hr แปแแ แแแ Infiltration rate แ แฑแแฌแปแแแฌแธแแแ Infiltration heat loss แแ net heating load แ แแฌแแซแ
แกแฑแปแ (แ) แกแฑแแฌแแกแฅแ แแแแฌแธแกแฌแธแแธแแผแ แปแแ แฑแแแแ infiltration rate แ แแฌแแซแ แแแฑแแฌแ แแ แแ(one-half) แแแแซแ (Find one-half the infiltration rates for all sides of the building)
Building infiltration CFM = 300 + 100 + 200 + 100
2= 350 CFM
(แ) Equation 5.10 แ แกแแธแปแแ infiltration heat loss แ แแฌแแแ
Q = 1.1 ร CFM ร โT = 1.1 x 350 x (70 โ 10) = 23,100 BTU/hr
(แ) Building net heating load แ แแผแแแแ Heat transfer loss = 170,000 BTU/hr Infiltration heat loss = 23,100 BTU/hr Building net heating load = 193,100 BTU/hr
แ .แแ System Heat Losses Direct room แแ building heat losses(heat transfer and infiltration/ventilation) แแแกแปแแ duct แแฌแธ
แแ แแแแฌแธ(piping)แ แปแแ แฑแแแแ heat loss แแฌแธแฑแพแแฌแแแแธ system heat loss แแแฌแธแแฌแแแแแ
แ .แแ.แ Duct Heat Transfer Loss Warm air heating system แแผแ duct แแฌแธแแ unheated space แแฌแธ(attics, basements, shafts,
crawl spades แ แแแฑแแแฌแแฌแธ)แ แปแแแแผแฌแธแแแกแแซ แกแแแธแฑแปแแฌแแธแแ(heat transfer) แปแแ แฑแแแแแ Duct แกแแผแแธแ แแฑแแผแธแแแฑแแแฌแธแแ แฑแกแธแฑแแแ แฑแแธแแแแฑแแแฌแแฌแธ(cooler surrounding spaces)แแแ แแผแแแผแฌแธแแแแแ
Cooling Load Calculation Ver-15 แฑแแฌแแธแแแซแผแแ
5-28
Building sensible heat loss แ 2% แ 5% แแแแ duct heat loss แกแฑแแปแแ แแแฑแแซแแธแแ hand book แแฌแธแแผแ แฑแแฌแปแแแฌแธแแแ แแแฑแแซแแธแแแ แแฌแแแแแแธ(range of value)แแ duct แกแแ(length of duct-work) แ insulation แแ แกแแธแแแแแธแแแกแแแ(surrounding temperature)แแ แกแฑแแแแผแ แแแแแแ Ductwork แแฌแธแแผแ แกแแแแธ R-4 แกแแ insulation แ แกแแธแปแแแแแแ
แ .แแ.แ Duct Leakage (Duct แแฌแธแ แฑแแแ แแแ แปแแ แฑแแแปแแแธ) Supply duct แ แกแแแแฌแธ(seams) แแแแฑแแแฌแแฌแธแแผแ แฑแแแ แแแ(air leakage) แปแแ แฑแแแแแ แกแ
แแธแแแธแแ(heat loss) แปแแ แแแ แกแแแฌแธ(private residences)แแฌแธแแผแ unconditioned space แฑแแแฌแแฌแธแแ แฑแแแ แแปแแแธ(air leak)แฑแพแแฌแ แปแแ แฑแแแแ heat transfer แแแฌแแแ 5% แ 10% แกแแผแแธ แปแแ แแแแแ แแแธแแฌแธแแ แกแฑแแฌแแกแฅแแฌแธ(larger buildings)แแผแ แปแแ แฑแแแแ แฑแแแ แแแแแ แแแแแแ(sheet metal installation)แแฌแธแ แกแแแกแฑแแผแธแฑแแแแผแ แแแแแแ
แ .แแ.แ Piping Losses Hot water แแแแแ steam heating system แแฌแธแ แกแแแธแแแธแแ(heat lost) แปแแ แฑแแแแแฑแแฌแแแธ แแฑแ
แแแแ(hot piping)แแฌแธแแ แฑแแธแแแฟแแธ insulate แแแแฌแธแฑแแฌแฑแพแแฌแ แปแแ แฑแแแแ heat loss แแแฌแ แกแแผแแแแธแแแ แแแฑแพแแฌแ แแแแผแแแ แแแกแแฑแแ Heating system แแฌแธแกแแผแ แแฌแแแแแแธแกแแแธแแ แกแแฑแแฌแแธ(allowance) แแฌแธแแแ
แ .แแ.แ Pickup Factor or Allowance System แแฌแธแ แ แแแฑแแฌแแธ(start-up)แแแกแแซ แฑแแซแแธแแแแแ แแแแธแ โpickup factorโ แ
แฑแแแแแ แกแฑแแฌแแกแฅแ heating system แ (แแ)แแฌแแแแแธ แฑแแฌแแธแแแฌแธแแแกแแซ(intermittently heated building แปแแ แแแกแแซ) แแแแแ regular night time temperature setback แแแธแ แกแแธแปแแแแกแแซแแ equipment capacity แแ building load แแ แแแแแแฌแปแแ แแ heating equipment แแ แกแแแธแแฌแธ (rooms) แกแแแแ design temperature แแ แฑแแฌแแฑแกแฌแ แกแแแกแแแธแแแกแแผแแธแ แปแแแแแแแแแ แแแแฑแแ แแแแ แกแฑแปแแกแฑแแแธ แแปแแ แฑแแแฑแ แแแกแแผแ central heating equipment แแฌแธแ แกแแผแแกแ แฌแธ แฑแแผแธแแแแ แกแแซ pickup loss allowance แแแแผแแธแแฌแธแแแแแ
แแแแฑแแฌ แแแแแฌแแฌแธแแ (แแ)แแฌแแแแแแธแแแ แกแแฑแแฌแแธ(extra 10% loss)แแฌแธแแแ 10หF night setback แปแแแแแ Intermittently heated building แแฌแธแกแแผแ 40% แกแ แกแแฑแแฌแแธแแฌแธแพแแแแ Residential equipment แแฌแธแกแแผแ แแแ แกแแฑแแฌแแธแแฌแธแปแแแธแฑแพแแฌแ equipment แกแแผแแกแ แฌแธแแแธแแฌแธแแฌแฟแแธ แแแแ แแ แแแฌแธแแแแแ
แแแธแแฌแธแแ แกแฑแแฌแแกแฅ(large building)แแฌแธแแผแ equipment sizing allowance แแฌแธแปแแแธแแ setback แกแแผแ แแธแ (standard practice) แแแแฑแแ แแปแแฌแธแฑแแฌแแแธ(strategies)แแฌแธ แแแแ แกแแแธแกแแแ (space temperature)แ design temperature แแ แแฑแแฌแแแแกแแ(sufficient time)แกแแผแแธ แฑแแฌแแฑแ แแ system แ แกแแ แกแแแธแแแฑแ แฌแ แฑแแฌแแธแแ(start earlier)แแแ
แแแธแแฌแธแแ แกแฑแแฌแแกแฅ(large building)แแฌแธแแผแ แแผแแแฌแแฌแธ(multiple boiler)แแ excess standby capacity แแฌแธแแพแแแแ แแผแแแฌแแแแแแแฌแธแแแแแแธแแแแแแแฌแธ(boiler industry)แ piping แแ pickup factor(allowance)แ แแผแแแฌแกแแผแแกแ แฌแธ แฑแแผแธแแแแ แปแแแแแแฌแธแกแแผแ แแปแแ แแฑแ แฑแแฌแปแแฑแแธแแ แแแแ Standard piping แแ pickup factor แแ 15% แ 25% แกแแผแแธ แปแแ แแแแแ แแผแแแฌแกแแธแกแ แฌแธ(boiler type) แแ แกแแผแแกแ แฌแธ(size)แฑแแแแผแ แแแแ แแแฑแแผแกแฑแปแแกแฑแแแผแ piping แแ pickup losses แแฌแธ แฑแปแแฌแแธแ แแแแแ
แฑแแฌแแธแแแซแผแแ Chapter-5 Heating Load Calculations
5-29
แ .แแ.แ Net and Gross Heating Load Net heating load แแ แกแแแแฌแ(amount of heat) แปแแ แแแ แกแฑแแฌแแกแฅแกแแผแแธแ แกแแแธแแฌแธ
แกแฌแธแแธ(building rooms) แแกแแแ system heating loss (ducts, piping, pickup) แแฌแธแแ room load แแผแ แแแซแแแฑแแ แแแแแแฑแแ แ load แแฌแธแแ boiler แแแแแ furnace แกแแผแแปแแ แแแ Net load แแ แฑแแซแแธแ แ แ แฑแแซแแธแแแแธแ โgross heating loadโ แ แฑแแแแแ Heating equipment แแฌแธ แแแฑแแธแแแ แกแแแแฌแ(heat output) แปแแ แแแ
แฅแแแฌ (แ -แแ) แกแฑแแฌแแกแฅแแ แแ building net heating load แแ 350,000 BTU/hr แปแแ แแแ
แฑแแแ แแแ(leakage)แฑแพแแฌแ แปแแ แฑแแแแ duct heat transfer loss แแ heat loss แแ แแฑแแซแแธแแ 10% แปแแ แแแ แกแแแธแกแแแ(space temperature)แ แแกแแแแผแ 10หF set back แปแแแแแแ Building gross heating load (the required furnace capacity)แ แแฌแแซแ แกแฑแปแ System loss แแฌแธแ แฑแแซแแธแ net load แแแแธแแแแแ
Net heating load = 350,000 BTU/hr Duct losses = 0.10 x 350,000 = 35,000 Pickup allowance = 0.40 x 350,000 = 140,000 Furnace capacity (gross load) = 525,000 BTU/hr
แแกแแแแผแ 10หF set back แปแแแแปแแแธแฑแพแแฌแ pickup allowance 40% แแแแผแแแแ Service (Domestic) Hot Water Heating
แแ แแซแแ แ boiler แ heat output แ space heating แกแแผแแแฌแแ hot water service (kitchens, baths แ แแแแ) แกแแผแแแซ แกแแธแปแแแแ Hot water system แกแแผแ load แแผแแแแธแ ASHRAE Handbook แแฌแธแ แฑแแแฌแแแแแ แคแ แฌแกแแแผแ hot water service แกแฑแพแแฌแแธ แแแซแแแแซแ
แ .แแ Summary of Heating Load Calculation Procedures Heating load แแผแแแแธ แกแแแแ(step-by-step instruction)แ แฑแแฌแปแแแฌแธแแแ แแ แแแธแแแธแ แ
แฑแแแฌ(individual room data)แแ แแแแแฌแธ(results)แ room heating load calculations form แ แ(แ -แแ) แแผแ แฑแแฌแปแแแฌแธแแแ แ(แ -แแ)แแ building heating load calculations form แปแแ แแแ แ form แแฌแธ แแ residential แแ commercial แกแฑแแฌแแกแฅ(แ)แแธแ แแธแกแแผแ แกแแธแปแแแแแแ
แ .แแ.แ Room Heating Load Calculations Room Heating Load แแผแแแแธ (แ) แแแฑแแฌแแ แกแแแธแกแแผแแธ แแแแธแกแแแ(indoor design temperature)แแ แกแแแธแปแแแ แแแแธแกแแแ
(outdoor design temperature)แแฌแธแ table 1.1 แแ A.9 แ แฑแแผแธแแแแซแ
(แ) แกแแแธแกแแฌ-แกแแ-แกแปแแ-แกแแ(dimensions)แแฌแธแ แแแแฌแ(architecture plans)แ แแแแซแ แกแแแธ แแแธ(each room)แกแแผแ heat transfer แปแแ แฑแแแแแแ แปแแแแแแแฌแธแแงแแแฌแ แปแแแแธแฑแแซแแแฌแธแ แงแแแฌ (areas of exposed windows, walls, and so forth) แแแ แแผแแแแซแ
(แ) แแแฑแแฌแแ overall heat transfer coefficients (U-value) แ tables 3.1 แ A.6 โ A.8 แ แฑแแผแธแแแแซแ แ แแแแแ table A.4 and A.5 แแแ R-value แแฌแธแ แแแแ แแผแแแแแซแ
Cooling Load Calculation Ver-15 แฑแแฌแแธแแแซแผแแ
5-30
แ แ -แแ Room heating load calculations form.
(แ) แกแแแธ(room)แ แกแปแแแแ แแแแฌแปแแ(exposed surfaces) แกแฌแธแแธแกแแผแ แกแแแธแแแธแแ(heat transfer loss)แ แแผแแแซแ (equation 5.8) room heat transfer loss แกแฌแธแแธแ แฑแแซแแธแแซแ
(แ) แฑแปแแฑแกแฌแแ แพแแแธแแแธ(basement floor) แแแแ(wall) แแแ U-value แแฌแธแ table 3.2 แแ outdoor ground temperature แแแ แแแแแแแแ
แฑแแฌแแธแแแซแผแแ Chapter-5 Heating Load Calculations
5-31
(แ) แฑแปแแปแแแกแแแ floor slab แแฌแธแกแแผแแแ แกแปแแแแแกแแแธแแฌแธ(exterior rooms)แกแแผแ edge loss แ (equation 5.9 and table 5.3) แแแ แแแแแแ
(แ ) Room infiltration heat loss แ แแผแแแซแ Crack method แ แกแแธแปแแ แแผแแแซแ
(แ) แปแแแแธแฑแแซแแกแแฑแพแแฌแแธแกแแ(window crack lengths)แแ แแแซแธแงแแแฌ(door areas)แ แแแแฌ แแแฌแธ(architectural plans) แ แแแแแแแ แฑแแฌแแแแธแแฌแธ(corner rooms)แกแแผแ แแ(wall) แแ แแ แแแฌ แแแแผแแแแแ
(แ) Table 5.4 แแแแแ แกแแฌแธแแแแฌแธ(equivalent)แ infiltration rate แ แแผแแแแแแแ
(แ) Equation 5.10 แ แกแแธแปแแ infiltration heat loss แ แแผแแแแแแแ แกแฑแแฌแแกแฅแแ mechanical ventilation system แ แกแแธแปแแ แแกแฌแธแปแแแแแฑแกแฌแ(pressurized) แปแแแแแฌแธแแซแ infiltration loss แแฌแธแ แแ แแแแแ(considered negligible)แแแ แแแแผแแแ แแแกแแแซแ
(แ) Room heating load แแแฌแแซแ
๐๐จ๐จ๐ฆ ๐ก๐๐๐ญ๐ข๐ง๐ ๐ฅ๐จ๐๐ = ๐ซ๐จ๐จ๐ฆ ๐ก๐๐๐ญ ๐ญ๐ซ๐๐ง๐ฌ๐๐๐ซ ๐ฅ๐จ๐ฌ๐ฌ + ๐ซ๐จ๐จ๐ฆ ๐ข๐ง๐๐ข๐ฅ๐ญ๐ซ๐๐ญ๐ข๐จ๐ง ๐ฅ๐จ๐ฌ๐ฌ
แ .แแ Building Heating Load แ (แ -แแ)แแ Building heating load calculations form แปแแ แแแ Building heating load แแผแแแ
แกแแแแฌแธแ แฑแแฌแปแแแฌแธแแแ (แ) แกแปแแแแแแแแฌแธ(exposed surfaces)แ แปแแแ แปแแ แฑแแแแ heat transfer losses แ แแผแแแซแ (total
exterior areas of the walls, roof, and so forth แ แแแแแ) แปแแแแแแแฌแปแแ แงแแแฌแ แกแแธแปแแ แแผแแแซแ แกแแแธ แแ แแแธแ แ แแแแฌแปแแแแแ แแผแแแแ แกแแฌแธแแแฌแธแแแแแ
(แ) แกแฑแแฌแแกแฅแกแแผแแธ(interior)แ แแกแฌแธแแฌแธแฑแกแฌแ(pressurize) แแปแแแแแฌแธแแ แฑแแฌแแแธแฑแแฌแแธ mechanical ventilation แแแแแแแฌแธแแแฑแแฌแแแธแฑแแฌแแธ infiltration แปแแ แปแแแธแฑแพแแฌแ heat loss แปแแ แฑแแแแแ Infiltration แแแฌแแ แแฌแแ
(แ) แกแฑแแฌแแกแฅ(building)แกแแผแแธแ แกแฑแแซแแแฌแธ แกแฌแธแแธ(all opening)แ แปแแ แฑแแแแ infiltration (CFM) แ แแฌแแ crack method แกแแธแปแแแแแแ
(แ) Infiltration CFM แแ equation 5.10 แ แกแแธแปแแ building infiltration heat loss แ แแผแแแแซแ
(แ) Building แแผแ mechanical ventilation แแแแแแฌแธแแ แกแแผแแธ(interior)แ แแฑแแฌแแแ แแกแฌแธ (pressures) แแแ ventilation heat load แ แแผแแแซแ Infiltration heat loss แ แแผแแแ แแแกแแฑแแ Ventilation load แ แฑแกแฌแแแซแกแแแธ แแผแแแแแแแ
(แ) Table 6.17 แ outside ventilation air (CFM)แ แฑแแผแธแแแแซแ (แ) Equation 5.10 แ แกแแธแปแแ ventilation sensible heat load แ แแผแแแซแ
(แ) Building แ humidified แแแแ แแแ equation 5.11 แปแแ ventilation latent heat load แ แแผแแแซแ
(แ) Building net heating load แ แแผแแแซแ
๐๐ฎ๐ข๐ฅ๐๐ข๐ง๐ ๐ง๐๐ญ ๐ก๐๐๐ญ๐ข๐ง๐ ๐ฅ๐จ๐๐ = ๐๐ฎ๐ข๐ฅ๐๐ข๐ง๐ ๐ก๐๐๐ญ ๐ญ๐ซ๐๐ง๐ฌ๐๐๐ซ ๐ฅ๐จ๐ฌ๐ฌ + ๐ข๐ง๐๐ข๐ฅ๐ญ๐ซ๐๐ญ๐ข๐จ๐ง ๐ฅ๐จ๐ฌ๐ฌ
(แ ) Duct loss แแ piping and pickup allowance แ แแ system loss แแฌแธแ แแฌแแซแ (Section แ .แแ).
Cooling Load Calculation Ver-15 แฑแแฌแแธแแแซแผแแ
5-32
(แ) แแผแแแฌ(boiler)แ แกแแธแปแแแฌแธแแ service hot water load แ แแผแแแซแ
(แ) Building Gross Heating Load(BGHL)แ แแผแแแซแ BGHL แ แกแฑแปแแแ furnace/boiler แกแแผแแกแ แฌแธ (capacity)แ แฑแแผแธแแแพแแแแ
๐๐ซ๐จ๐ฌ๐ฌ ๐ก๐๐๐ญ๐ข๐ง๐ ๐ฅ๐จ๐๐ = ๐๐๐ญ ๐ฅ๐จ๐๐ + ๐๐๐ง๐ญ๐ข๐ฅ๐๐ญ๐ข๐จ๐ง ๐ฅ๐จ๐๐๐ฌ + ๐๐ฒ๐ฌ๐ญ๐๐ฆ ๐ฅ๐จ๐ฌ๐ฌ๐๐ฌ + ๐ก๐จ๐ญ ๐ฐ๐๐ญ๐๐ซ ๐ฌ๐๐ซ๐ฏ๐ข๐๐ ๐ฅ๐จ๐๐
An example of heating load calculations for a building may be found in Example Project I in Chapter 17. The student is advised to read Sections 17.1 and 17.2 at this point for an account of some practical problems encountered in doing an actual estimate. The following Web sites provide heating load calculation software:
(แ) www.hvac-calc.com (แ) www.elitesoft.corn (แ) www.wrightsoft.com (แ ) www.carmelsoft.com (แ) www.hvacsoft.com
แ แ -แแ Building heating load calculations form.
แฑแแฌแแธแแแซแผแแ Chapter-5 Heating Load Calculations
5-33
แ .แแ Energy Conversation Building heating load แ แฑแแฌแแแแปแแแธแฑแพแแฌแ แ แผแแธแกแแแธแ แผแแ แฑแแฌแแแแแแ แฑแกแฌแแแผแ
building heating load แฑแแฌแแแแแแแแธแแฌแธแ แฑแแฌแปแแแฌแธแแแ (major opportunity for energy conservation)
(แ) แกแฑแแฌแแกแฅแแ แแแธ(building construction)แแผแ insulation แฑแแฌแแธแฑแกแฌแแแแฑแกแฌแแแแแซแ แแผแแแแ แกแแแ แแแฑแแฌแแแแ แกแฑแแฌแแกแฅแแฌแธแแผแ insulation แแแฑแแฌแ(inadequate)แฑแแฌแฑแพแแฌแ แ แผแแธแกแแปแแแธแแธแแฌ(wasteful of energy)แฑแแฌแแแแ แกแฑแกแธแแแธแแ(colder climates)แแผแ แแแ แแฑแ แกแฑแแฌแแกแกแแฌแธ(residential buildings)แ overall roof-ceiling resistance แกแแผแ R-20 แ R-30 แกแแแ แกแแธแปแแแแแแ
(แ) แกแฑแแฌแแกแฅแกแแผแแธ แแแฌแธแแแแ(unoccupied periods)แแผแ setback(lowering of temperature) แ แกแแธแปแ(practice)แแแแแ แแ แแแธแกแฌแธแปแแ แแแฌแธแแฑแแแแแผแ heating system แ แกแแแ set point แ แกแแแธแแ แฑแแฌแแแฌแธแแแแแ
(แ) แฑแแฌแแธแแฌแแแผแ แกแแผแแปแแแแ แกแแแแ แแแ(set)แ แแแฑแแฌแแแแแฌแปแแ แ แกแแแแแแฌ แแแแฌแธแแแแแ (Use inside winter design temperatures that provide comfort but not excessive temperature.)แ แแแกแแ แกแแผแแปแแแแ แกแแแ แแแฌแธแแแแซแ แกแแแธแกแแแ 75หF แ แแแกแแ แแแ(set point)แแแแซแ แกแแแธ แกแแแแ 68หF แ 72หF แกแแผแแธ แแแแแแแฌแธแแแแแ
(แ) แปแแแแธแฑแแซแแแฌแธแแ แแแซแธแแฌแธแกแฌแธแแธแแผแ(all windows and doors) weather-stripped แแฌแธ แแแแแแฌแธแแซแ Mild climate แแแผแ แกแฑแกแธแแแธแแแแผแ แแแ แกแฑแแฌแแกแฅแแฌแธแกแแผแ double glass แแแแแ storm windows แแฌแธแ แกแแธแปแแแซแ
(แ ) แแแแแแ แแผแแแแธ(correct procedures)แ แกแแธแปแแ แกแแแธแแแธแแ(heat losses)แ แแผแแแซแ
(แ) แ แผแแธแกแแแธแ แผแแ แฑแแฌแแแธ(reducing energy consumption)แฑแ แแแกแแผแ แกแฑแแฌแแกแฅแ แแแแฌแแแแธ แแแแฌแแแฌแแแ แกแแธแปแแแ แแแกแแธแกแ แฌแธแแ แแแแแแฌแปแแ แงแแแฌ แ แแแแ (orientation, use of glass, type of materials, and so forth)แ แแแแผแแธแ แฅแธแ แฌแธแแซแ
(แ) แแแฑแแฌแแแ แแแฑแแฌแแฑแแผแปแแ แแ energy conservation construction standard แแฌแธแ แแแแฌแแซแ
แ .แแ Review Questions 1. What is the heating load and what items make it up? 2. What is the infiltration loss? 3. What is the ventilation load? 4. Define resistance and conductance. What is their relationship? 5. What are the two methods for estimating infiltration? 6. How is the infiltration for a corner room found when using the air change method? 7. What is meant by the term setback? 8. What outside temperature is used to find the heat transfer from below grade surfaces? 9. Through what part of a-building is the heat transfer loss proportional to the perimeter?
Cooling Load Calculation Ver-15 แฑแแฌแแธแแแซแผแแ
5-34
แ .แแ Problems 3.1 A homeowner asks an energy consultant to find the heat loss from his home. On one wall, measuring 15 ft by 9 ft (without windows), the consultant measures a temperature of 66หF on the inside surface of the wall and 18หF on the outside surface. The wall has a thermal resistance of 0.35 ft2-หF-hr/BTU. What is the rate of heat loss through the wall?
5.2 An insulating material has a thermal conductivity of k = 0.23 BTU/hr-ft2-หF per inch. How many inches of the material should the contractor install if energy conservation specifications call for insulation with an R-12 value?
5.3 Find the overall R value and U factor in winter for the wall with construction as shown in Figure 5.14.
5.4 The wall in Problem 5.3 is 30 ft long by 12 ft high. The indoor temperature is 70หF. What is the heat transfer loss through the wall on a day when the outdoor temperature is โ5หF?
5.5 A state energy code requires a certain wall to have an overall R-15 value. What must be the R-value of insulation added to the wall in Problem 5.3?
5.6 A roof is constructed of built-up roofing on top of a metal deck, R-5.5 insulation, with a suspended V2 in. acoustical tile ceiling. Calculate the R-value of the roof in winter. Com-pare the result with the value from table A.6.
5.7 Find the R-value of the roof in Problem 5.6 if 2 in. more of glass fiber insulating board is added.
5.8 Calculate the heat transfer loss through a 4 ft 6 in. wide by 3 ft high wood sash window with indoor and outdoor temperatures of 68หF and 3หF, respectively.
5.9 Calculate the heat transfer loss through a 25 ft by 30 ft roof-ceiling of a house with pitched asphalt shingle roof, vented attic, R-8 insulation, and 1/2 in. acoustical tile on furring ceiling. Inside and outside temperatures are 72หF and โ2หF.
5.10 What is the heat transfer loss through a 40 ft by 20 ft basement floor when the room is at 65หF and the ground temperature is 50หF?
5.11 A warehouse in Cleveland, Ohio. built on grade, is 100 ft by 40 ft in plan. The wall construction is 4 in. block with brick facing. R-5 insulation is used around the edge. The inside temperature is 68หF. What is the heat loss through the floor?
แ แ -แแ Sketch for Problem 5.3.
แฑแแฌแแธแแแซแผแแ Chapter-5 Heating Load Calculations
5-35
5.12 Find the sensible heat loss from infiltration through a casement window with a 3 ft wide by 4 ft high operable section if the infiltration rate is 0.8 CFM/ft. The room temperature is 69หF and the outdoor temperature is โ8หF.
5.13 A room 15 ft by 20 ft by 10 ft has an air infiltration rate of 1.5 air changes per hour. The room is at 72หF and the outdoor temperature is 1หF. What is the heat loss from infiltration?
5.14 A building in Milwaukee, Wisconsin, has 2000 ft2 of single-glazed vinyl frame windows. The inside temperature is 72หF. Using the recommended outdoor winter design temperature, calculate the design heat transfer loss through the windows.
5.15 To save energy, it has been decided to install double glass windows on the building in Problem 5.14. What is the reduction in the design heat transfer loss?
5.16 Find the total heat loss from heat transfer and infiltration through a single-glazed 5 ft wide
by 4 ft high double-hung vinyl frame window in a building in Springfield, Illinois, maintained at 71หF. The infiltration rate is 0.6 CFM/ft.
5.17 A corner room in a building in Pittsburgh, Pennsylvania, has two 3 ft wide by 4 ft high casement windows on one side with an infiltration rate of 0.7 CFM/ft, and a 7 ft by 3 ft door on the other side with an infiltration rate of 1.2 CFM/ft. The room is at 68หF. Find the design infiltration heat loss from the room.
แ แ -แแ Sketch for Problem 5.3.
5.18 Find the total heat loss through the exterior wall and windows of a room at 72 F, as described: Wall: 8 in. concrete. R-5 insulation, 0 in. gypsum wallboard. 30ft long by 15ft high Windows: (5) 4 ft wide by 4 ft high double glass, aluminum frame. casement type. Infiltration rate 0.5 CFM/ft Location: Salt Lake City, Utah
5.19 Find the design heat loss from the room shown in Figure 5.15 on an intermediate floor in an office building in Toronto, Ontario. Use recommended energy conservation design values suggested in this chapter.
Cooling Load Calculation Ver-15 แฑแแฌแแธแแแซแผแแ
5-36
Wall: 4 in. face brick. 8 in. cinder block. 1/2 in. furred gypsum wallboard Windows: 4 ft wide by 5 ft high, double glass. double-hung. vinyl frame Ceiling height: 9ft
5.20 Calculate the individual room heating loads and building heating load for the house shown in Figure 5.16. Use recommended energy conservation design values. Location: Hartford, Connecticut
Walls: wood siding. building paper, wood sheathing. R-4 insulation. 3;8 in. gyp SU/11 board interior
Windows: double-hung. wood sash, single glass
Roof: pitched. asphalt shingles. Building paper, wood sheathing, R-8 insulation. gypsum board ceiling. attic
Doors: 10 in. wood. 7ft high
Ceiling height:
9ft. No basement
5.21 Calculate the heating load for the building shown in Figure 5.17. The building is constructed on grade.
แ แ -แแ Building plan for Problem 5.20.
แฑแแฌแแธแแแซแผแแ Chapter-5 Heating Load Calculations
5-37
Location: Topeka, Kansas. Factory
Walls: 8 in. concrete block, Furred gypsum board
Windows: doubleยท glazed, aluminum frame
Mechanical ventilation: 2500 CFM
Doors: 1 in. wood
Roof: 4 in. lightweight concrete, finished ceiling
Computer Solution Problems 5.22 Solve Problems 5.19, 5.20, and 5.21 using heating load calculation software available from one of the following Web sites:
www.carmelsoft.com www.elitesoft.com
แ แ -แแ Building plan for Problem 5.21.
-End-