مدلسازی و محاسبات سیستم لوله کشی آب و فاضلاب ساختمان

طرح و محاسبه سیستم لوله کشی آب و فاضلاب ساختمان

پیش بینی وسایل بهداشتی مناسب و کافی، توزیع صحیح آب و دفع فاضلاب همواره از مسائل بسیار حائز اهمیت در معماری ساختمانها می باشند که در صورت عدم کفایت می توانند مشکلات فراوانی برای ساکنین آنها پدید آورند. در این فصل با چگونگی طراحی صحیح و محاسبات شبکه لوله کشی آب و فاضلاب ساختمان آشنا خواهیم شد.

1. سیستم آبرسانی ساختمان:

اولین قدم در راه آبرسانی ساختمانها، تأمین آب سالم و بهداشتی است. آب مصرفی ساختمان ممکن است از آب لوله کشی شهر، چاه، قنات و یا رودخانه تأمین شود. کنترل کیفیت آب از نظر املاح محلول، رنگ، بو و مزه و باکتریهای موجود در آن از لحاظ بهداشتی واجد اهمیت حیاتی است. این مهم درمورد آب شهر توسط سازمان ذیربط متداوماً انجام می پذیرد، ولی در صورتیکه آب مصرفی ساختمان بطور اختصاصی از منابعی نظیر چاه ، قنات و رودخانه تأمین شود، باید قبلا ویژگیهای آن از نقطه نظرهای مزبور را اساس دستورالعملها و مقررات مدون مورد تدقیق و بررسی قرار گرفته نسبت به ایجاد کیفیت مطلوب اقدامات مقتضی بعمل آیند.

مشخصات آب- این مشخصات را می توان به سه دسته فیزیکی، شیمیایی و ارگانیک تقسیم نمود:

الف- مشخصات فیزیکی : ویژگی هایی از قبیل دما، رنگ، تیرگی[1]، بو ومزه جزو خواص فیزیکی آب آشامیدنی محسوب می‌شوند. تمام این خواص غیر از دما، از طریق مطالعه روی نمونه آب مورد نظر، در آزمایشگاه مورد تحقیق قرار می گیرند. تیرگی آب که مربوط به گل و لای معلق در آن است، در سیستم آمریکایی بر حسب قسمت در میلیون (ppm) [2] مواد معلق در آب که معادل میلی گرم در لیتر می باشد، بیان می گردد. مثلاً اگر میزان مواد معلق در آب برابر 10 ppm باشد، آب در لیوان به صورت غبار آلود دیده می‌شود. تیرگی مناسب برای آب معمولا 5 ppm است. رنگ آب نیز که از نظر مصرف کننده واجد اهمیت می باشد، پس از خارج کردن گل و لای موجود در آن ( از طریق سانتریفوژ) و در قیاس با رنگ استاندارد و مجاز اندازه گیری می‌شود. بو و مزه آب که مربوط به مواد آلی و یا ترکیبات شیمیایی آن است باید بطور کامل برطرف گردد تا آب قابل شرب شود.

ب- مشخصات شیمیایی – خواص شیمیایی آب مصرفی از نظر میزان سختی، درجه اسیدی (pH )، مقدار آهن و منگنز وسایر فلزات ، با تکنیکهای آزمایشگاهی مورد بررسی قرار می گیرند. مقدار کل فلزات موجود در آب نباید از 1000 ppm و در بعضی موارد از 500ppm تجاوز نماید. جدول A-5 میزان حداکثر مجاز مواد شیمیایی موجود در آب را بر حسب ppm  نشان می‌دهد.

درجه سختی آب در سیستم آمریکایی از روی میزان کربنات کلسیم[3] موجود در آب بر حسب ppm تعیین می‌شود. بالا بودن میزان سختی آب باعث نزول کیفیت و میزان مقبولیت آن از نظر مصارف مختلف خواهد شد. مثلاً صابون در آبی که سختی آن زیاد باشد خوب کف نمی کند و لذا مصرف آن بیشتر می‌شود.

در مورد وسایل و اجزاء سیستم گرمایش از قبیل دیگ و رادیاتور و غیره که تشکیل رسوب روی جدار داخلی آنها باعث کاهش قدرت انتقال حرارتشان می شود، میزان کربنات کلسیم آب باید خیلی کمتر از 150 ppm باشد. از طرف دیگر ، آبی که درجه سختی آن کمتر از 30 ppm باشد برای آشامید چندان گوارا نیست، لذا در مورد آب آشامیدنی میزان سختی آب نباید از این حد تنزل کند. میزان تمرکز یون هیدروژن که بعنوان pH نامیده شده و خاصیت اسیدی آب با آن سنجیده می شود، یکی دیگر از موارد قابل بررسی است.

چنانچه عدد pH آب برابر 7 باشد طبیعی است، کمتر از آن نشان دهنده خاصیت اسیدی و بیشتر از آن نشانه خاصیت قلیایی آب است. آبی که دارای خاصیت اسیدی باشد می تواند سبب خودگی لوله ها گردد. برای اندازه گیری pH آب از معرفهای شیمیایی استفاده می‌شود. میزان تمرکز آهن و منگنز آب وقتی بیش از 0.3 ppm باشد ممکن است رنگ لباس را تغییر دهد و اگر افزون بر 0.2 ppm باشد برای بیشتر مصارف صنعتی مناسب نیست.

ج- خواص ارگانیک- در آهای طبیعی همواره تعداد بسیار زیادی موجودات تک سلولی از قبیل انواع باکتری، پلانکتون و جلبک زندگی می‌کنند که برخی از آنها می توانند موجد انواع بیماریهای عفونی در انسان یا حیوان باشند. تشخیص و تعیین میزان ارگانیسم های میکروبی موجود در آب، از طریق یک سلسله آزمایشات دقیق باکتریولوژیکی و بیولوژیکی روی نمونه‌های استاندارد صورت می گیرد.

فشار و افت فشار آب :

برای درک بهتر مباحث بعدی لازم است توضیحی هر چند مختصر در مورد فشار و افت فشار آب داده شود:

الف – فشار استاتیک[4] آب (P_S) این فشار که فشار ساکن نیز نامیده می‌شود ناشی از وزن ستون آب می باشد و در یک سطح معین بطور یکسان به تمام جهات از جمله جدار لوله وارد می گردد:

P_s=ρgh

ρ  جرم مخصوص آب

g  شتاب ثقل

h  ارتفاع ستون آب

این فشار را می توان بر حسب ارتفاع ستون آب بیان داشت:

ب – فشار سرعتی[5] آب (P_V) – میزان این فشار در هر مقطعی از جریان بستگی به سرعت جریان آب دارد:

که در آن V  سرعت متوسط جریان آب که اگر آنرا بر حسب ارتفاع نظیر فشار بیان کنیم خواهیم داشت:

ج – فشار کل[6] آب (P_t) – فشار کل در هر نقطه از مسیر جریان آب برابر است با مجموع فشارهای استاتیک و سرعتی: P_t=P_s+P_v و اگر آن را بر حسب ارتفاع نظیر فشار بنویسیم خواهیم داشت:

h_t=h_s+h_v

برای اندازه‌گیری فشار آب از انواع فشارسنج ها از قبیل فشارسنج گیج[7] ، مانومتر و پیزومتر استفاده می‌شود که همگی فشار نسبی آب را نشان می دهند.

د- فشار مطلق[8] (P_a) – عبارتست از فشار نسبی به اضافه فشار اتمسفر: P_a=P_g+14.7 که در آن : P_g فشار نسبی یا فشاری که گیج نشان می دهد[psi] و 14.7 فشار اتمسفر [psi]

معادله برنولی[9]

فشاری که در هر مقطعی از جریان سیال وجود دارد مستقیما متناسب با انرژی سیال است و در مورد انرژی سیال ایده آل رابطه ای وجود دارد که به معادله برنولی موسوم است. این معادله اشعار می دارد که کل انرژی موجود در واخد جرم یک سیالی ایده‌آل مقداری است ثابت. سیال ایده‌آل سیالی را گویند که تراکم ناپذیر بوده و ویسکوزیته‌اش صفر باشد، البته چنین سیالی وجود خارجی ندارد ولی سیالاتی مثل آب، نفت و گازها در فشار کم تا حدی رفتارشان به سیال ایده آل نزدیک است. معادله برنولی به صورت زیر نوشته می‌شود (در ارتباط با شکل 1-5):

که در آن  ارتفاع فشار استاتیک،  ارتفاع فشار سرعتی و Z  ارتفاع مقطع مورد نظر از جریان سیال نسبت به یک سطح مبنای اختیاری می باشد.

افت فشارها- افت فشار کلی مجموع دو افت فشار استاتیک و سرعتی است:

الف- افت فشار استاتیک- وقتی آب در لوله ای جریان می یابد، بدلیل اصطکاک جریان با جدار لوله و تبذیر انرژی ناشی از اصطکاک بین مولکولهای آب که بستگی به ویسکوزیته آن دراد، فشار متداوماً در طول لوله کاهش می یابد. هر چه جدار لوله زبرتر باشد میزان این افت فشار که به افت فشار استاتیک موسوم است بیشتر خواهد بود. رابطه این افت فشار با سرعت جریان، طول لوله، قطر لوله و زبری سطح داخلی لوله، توسط فرمول زیر بیان می‌شود:

[1] – Turbidity.

[2] – Part per Million

[3] – CaCO₃

[4] – Static Pressure

[5] – Velocity Pressure

[6] – Total Pressure

[7] – Gage

[8] – Absolute Pressure

[9] – Bernoullis Equation

• 1- سیستم آبرسانی ساختمان:
• مشخصات آب
  • الف- مشخصات فیزیکی
  • ب- مشخصات شیمیایی
  • ج- خواص ارگانیک
• فشار و افت فشار آب :
  • الف – فشار استاتیک آب (PS)
  • ب – فشار سرعتی آب (PV)
  • ج – فشار کل آب (Pt)
  • د- فشار مطلق (Pa)
• معادله برنولی
• افت فشارها-
  • الف- افت فشار استاتیک
  • ب – افت فشار سرعتی
• خط گرادیان هیدرولیکی :
• تامین فشار آب ساختمان:
  • 1- سیستم توزیع آب در ساختمان با فشار آب شهر:
  • 2- سیستم توزیع آب در ساختمان با استفاده از مخزن ثقلی :
  • 3- سیستم توزیع آب در ساختمان با استفاده از مخزن تحت فشار:
• طرح و محاسبه سیستم لوله کشی آبسرد و آبگرم:
• دبی آب سرد مصرفی
• واحد مصرف (F.U.) :
• میزان مصرف واقعی:
• حداقل تسهیلات بهداشتی ساختمان
• افت فشار د رسیستم لوله کشی ساختمان:
• 1- افت فشار در لوله ها-
  • الف- لوله های صاف
  • ب- لوله های نیمه خشن
  • ج- لوله های خش
• 2- افت فشار در وصاله ها و شیرها:
• 3- افت فشار در کنتور آب :
• 4- افت فشار در سایر وسایل :
• مراحل طرح و محاسبه سیستم لوله کشی آبسرد مصرفی :
• تخمین قطر لوله های یک ساختمان:
• محاسبات لوله کشی آب سرد و گرم مصرفی ساختمان توأماً :
• محاسبات سیستم لوله کشی برگشت آبگرم مصرفی :
• انتخاب پمپ سیرکولاتور آبگرم مصرفی
• تعیین قطر لوله های برگشت آبگرم مصرفی
• متعادل کردن سیستم:
• شیرهای مورد استفاده در تأسیسات آبرسانی :
• الف. شیرهای مسیر:
  • 1. شیر کشویی
  • 2. شیر گلویی
  • 3. شیر زاویه ای
  • 4. شیر یکطرفه
• ب-شیرهای مصرف
  • 1. شیرهای تک واحدی
  • 2. شیرهای مخلوط کننده
• بست ها و نگهدارنده ها
• انواع لوله های مورد استفاده درآبرسانی :
• ضربه قوچ