پروژه طرح و محاسبه سیستم لوله‌كشی آب و فاضلاب ساختمان

پروژه طرح و محاسبه سیستم لوله‌كشی آب و فاضلاب ساختمان در 54 صفحه ورد قابل ویرایش 

طرح و محاسبه سیستم لوله كشی آب و فاضلاب ساختمان

پیش بینی وسایل بهداشتی مناسب و كافی، توزیع صحیح آب و دفع فاضلاب همواره از مسائل بسیار حائز اهمیت در معماری ساختمانها می باشند كه در صورت عدم كفایت می توانند مشكلات فراوانی برای ساكنین آنها پدید آورند. در این فصل با چگونگی طراحی صحیح و محاسبات شبكه لوله كشی 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 ممكن است از آب لوله كشی شهر، چاه، قنات و یا رودخانه تأمین شود. كنترل كیفیت آب از نظر املاح محلول، رنگ، بو و مزه و باكتریهای موجود در آن از لخاظ بهداشتی واجد اهمیت حیاتی است. این مهم درمورد آب شهر توسط سازمان ذیربط متداوماً انجام می پذیرد، ولی در صورتیكه 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 كیفیت مطلوب اقدامات مقتضی بعمل آیند.

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

الف- مشخصات فیزیكی : ویژگیهایی از قبیل دما، رنگ، تیرگی[1]، بو ومزه جزو خواص فیزیكی آب آشامیدنی محسوب می‌شوند. تمام این خواص غیر از دما، از طریق مطالعه روی نمونه آب مورد نظر، در آزمایشگاه مورد تدقیق قرار می گیرند. تیرگی آب كه مربوط به گل و لای معلق در آن است، در سیستم آمریكایی بر حسب قسمت در میلیون (ppm) [2] مواد معلق در آب كه 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 غبارآلود دیده می‌شود. تیرگی مناسب برای آب معمولا 5 ppm است. رنگ آب نیز كه از نظر مصرف كننده واجد اهمیت می باشد، پس از خارج كردن گل و لای موجود در آن ( از طریق سانتریفوژ) و در قیاس با رنگ استاندارد و مجاز اندازه گیری می‌شود. بو و مزه آب كه مربوط به مواد آلی و یا تركیبات شیمیایی آن است باید بطور كامل 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 تكنیكهای آزمایشگاهی مورد بررسی قرار می گیرند. مقدار كل فلزات موجود در آب نباید از 1000 ppm و در بعضی موارد از 500ppm تجاوز نماید. جدول A-5 میزان حداكثر مجاز مواد شیمیایی موجود در آب را بر حسب ppm  نشان می‌دهد.

جدول A-5 : حداكثر مجاز مواد شیمیایی موجود در آب

 درجه سختی آب در سیستم آمریكایی از روی میزان كربنابت كلسیم[3] موجود در آب بر حسب ppm تعیین می‌شود. بالا بودن میزان سختی آب باعث نزول كیفیت و میزان مقبولیت آن از نظر مصارف مختلف خواهد شد. مثلاً صابون در آبی كه سختی آن زیاد باشد خوب كف نمی كند و لذا مصرف آن بیشتر می‌شود. در مورد وسایل و اجزاء سیستم رمایش از قبیل دیگ و رادیاتور و غیره كه تشكیل رسوب روی جدار داخلی آنها باعث كاهش قدرت انتقال حرارتشان می شود، میزان كربنات كلسیم آب باید خیلی كمتر از 150 ppm باشد. از طرف دیگر ، آبی كه درجه سختی آن كمتر از 30 ppm باشد برای آشامید چندان گوارا نیست، لذا در مورد آب آشامیدنی میزان سختی آب نباید از این حد تنزل كند. میزان تمركز یون هیدروژن كه بعنوان pH نامیده شده و خاصیت اسیدی آب با آن سننجیده می شود، یكی دیگر از موارد قابل بررسی است. چنانچه عدد pH آب برابر 7 باشد طبیعی است، كمتر از آن نشان دهنده خاصیت اسیدی و بیشتر از آن نشانه خاصیت قلیایی آب است. آبی كه دارای خاصیت اسیدی باشد می تواند سبب خودگی لوله ها گردد. برای اندازه گیری pH آب از معرفهای شیمیایی استفاده می‌شود. میزان تمركز آهن و منگنز آب وقتی بیش از 0.3 ppm باشد ممكن است رنگ لباس را تغییر دهد و اگر افزون بر 0.2 ppm باشد برای بیشتر مصارف صنعتی مناسب نیست.

ج- خواص ارگانیك- در آهای طبیعی همواره تعداد بسیار زیادی موجودات تك سلولی از قبیل انواع باكتری، پلانكتون و جلبك زندگی می‌كنند كه برخی از آنها می توانند موجد انواع بیماریهای عفونی در انسان یا حیوان باشند. تشخیص و تعیین میزان ارگانیسم های میكروبی موجود در آب، از طریق یك سلسله آزمایشات دقیق باكتریولوژیكی و بیولوژیكی روی نمونه‌های استاندارد صورت می گیرد.

فشار و افت فشار آب :

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

الف – فشار استاتیك[4] آب (P_S) این فشار كه فشار ساكن نیز نامیده می‌شود ناشی از وزن ستون آب می باشد و در یك سطح معین بطور یكسان به تمام جهات از جمله جدار لوله وارد می گردد:

                    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:

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

ج – فشار كل[6] آب (P_t)- فشار كل در هر نقطه از مسیر جریان آب برابر است با مجموع فشارهای استاتیك و سرعتی :  و اگر آنرا بر حسب ارتفاع نظیر فشار بنویسیم خواهیم داشت:  

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

د- فشانر مطلق[8] (P_a) – عبارتست از فشار نسبی باضافه فشار آتمسفر:  كه در آن : P_g فشار نسبی یا فشاری كه گیج نشان می دهد[psi] و 7/14 فشار آتمسفر [psi]

معادله برنولی[9]

فشاری كه 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 كه به معادله برنولی موسوم است. این معادله اشعار می دارد كه كل انرژی موجود در واخد جرم یك سیالی ایده‌آل مقداری است ثابت. سیال ایده‌آل سیالی را گویند كه تراكم ناپذیر بوده و ویسكوزیته‌اش صفر باشد، البته چنین سیالی وجود خارجی ندارد ولی سیالاتی مثل آب، نفت و گازها در فشار كم تا حدی رفتارشان به سیال ایده آل نزدیك است. معادله برنولی بصورت زیر نوشته می‌شود (در ارتباط با شكل 1-5):

كه در آن  ارتفاع فشار استاتیك،  ارتفاع فشار سرعتی و Z  ارتفاع مقطع مورد نظر از جریان سیال نسبت به یك سطح مبنای اختیاری می باشد.

افت فشارها- افت فشار كلی مجموع دو افت فشار استاتیك و سرعتی است:

الف- افت فشار استاتیك- وقتی آب در لوله ای جریان می یابد، بدلیل اصطكاك جریان با جدار لوله و تبذیر انرژی ناشی از اصطكاك بین مولكولهای آب كه بستگی به ویسكوزیته آن دراد، فشار متداوماً در طول لوله كاهش می یابد. هر چه جدار لوله زبرتر باشد میزان این افت فشار كه به افت فشار استاتیك 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:

تخمین قطر لوله های یك ساختمان:

تعیین اندازه لوله ها برای یك ساختمان كوچك مانند منزل مسكونی كه درآن یك خانواده زندگی می كند، معمولاً برپایه تجربه مهندس طراح و بدون نیاز به محاسبه صورت می گیرد. برای شاخه های كوچك منتهی به یك وسیله بهداشتی منفرد، اندازه لوله های ارادئه شده درجدول 7-5 رضایتبخش می باشند. اندازه های زیر نیز برای شاخه هایی كه آب چند وسیله بهداشتی را حمل می كنند پیشنهاد می شوند:

 برای لوله ای كه آب تا حداكثر سه شاخه 3/8 اینچی راحمل می كند .

  برای لوله ای كه آب تا حداكثر سه شاخه ½  اینچی  را حمل می كند.

برای لوله ای كه آب تا حداكثر سه شاخه   اینچی یا هشت شاخه ½   اینچی یا پانزده شاخه 3/8  اینچی را حمل می كند.

محاسبات لوله كشی آب سرد و گرم مصرفی ساختمان توأماً :

محاسبات برای سیستم لوله كشی آب گرم مصرفی بدون آبسرد عیناً مانند روشی است كه قبلاً ذكر گردید. ولی درمورد شیرهای مخلوط كه از دو شیر آبسرد و آبگرم و دهانه مخلوط كننده تشكیل شده اند، باید برای هر لوله حامل آبگرم و دهانه مخلوط كننده تشكیل شده اند، باید برای هر لوله حامل آبگرم یا آبسرد مقدار 0.75 واحد مصرفی F.U كه در جدول 3-5 برای وسیله بهداشتی مورد نظر تعیین شده منظور گردد. برای محاسبه همزمان سیستم آبسرد و آبگرم مصرفی دو جدول ترتیب می دهیم، یكی برای پرمقاومت ترین مسیر لوله كشی آبسرد كه بترتیبی كه قبلاً ذكر شد به مرتفع ترین، دورترین و پرفشارترین وسیله بهداشتی منتهی می گردد و یك جدول هم برای پرمقاومت ترین مسیر لوله كشی آبگرم كه از مرتفع ترین، دورترین و پرفشارترین وسیله بهداشتی كه دارای شیر آبگرم یا شیر مخلوط است شروع و شامل مخزن آبگرم مصرفی گردیده به لوله اصلی آب ساختمان می رسد.

محاسبات سیستم لوله كشی برگشت آبگرم مصرفی :

چنانچه واحد های بهداشتی برای مدتی مصرف آبگرم نداشته باشند، آبگرم درون لوله ها به تدریج حرارت خود را از دست می دهد و دراین صورت پس از باز كردن شیر آبگرم مدتی طول می كشد تا آب با دمای دلخواه از آن خارج شود. جهت احتراز از این وضع باید ترتیبی داد كه آبگرم در داخل لوله ها راكد نمانده بلكه متداوماً بین منبع آبگرم و واحدهای بهداشتی گردش كند. این امر با پیش بینی یك سیستم لوله كشی برگشت آبگرم از واحدهای بهداشتی به منبع و تعبیه یك پمپ سیر كولاتور دراین  مسیر متحقق می شود. طبق پیشنهاد انجمن مهندسین تأسیسات آمریكا[10]درسیستمهایی كه طول مسیر لوله كشی آبگرم ازمنبع تا محل مصرف حداكثر برابر 100 فوت تجاوز نماید بایدسیستم برگشت آبگرم درنظر گرفته شود. این سیستم بطوریكه ذكر شد شامل یك پمپ سیركولاتور می شود كه توسط یك ترموستات مستغرق كه درمسیر برگشت نصب شده كنترل می گردد. این ترموستات برمنبای دامنه تغییرات دمای 20 F پمپ راخاموش یا روشن می كند. البته در ساختمانهایی كه آهنگ مصرف آبگرم آنها یكنواخت است باید پمپ دائماً روشن باشد و از این رو نیاز به تعبیه ترموستات نیست. از آنجائیكه آبگرم به دلیل دارا بودن اكسیژن زیاد و دمای بالا، خاصیت زنگ زنی دارد، پمپ سیركولاتور باید از جنس برنز یا سایر مواد مقاوم در مقابل زنگ زدگی ساخته شده باشد.

انتخاب پمپ سیركولاتور آبگرم مصرفی – جهت گزینش  پمپ سیركولاتور آبگرم  مصرفی روش ساده ای توسط انجمن مهندسین تأسیسات آمریكا ارائه شده است. دراین روش برای هر 20 F.U. مصرف آبگرم سیستم مقدار 1gpm ، برای هر رایزر بقطر 0.75 یا 1 اینچ مقدار 0.5 gpm برای هر رایزر بقطر 2 اینچ یا بیشتر مقدار 2gpm دبی برای پمپ درنظر گرفته می شود.