طراحی تأسیسات لوله کشی آب مصرفی ساختمان

نخستین بار در سال 1301 طرح احداث شبکه های لوله کشی آب شری شهرهای ایران بررسی شد و بخشی از شهرهای آبادان، مشهد و بیرجند لوله کشی شد. اولین سازمان آب رسانی شهری در ایران بنگاه مستقل خیریه آبلوله بیرجند بود که در سال 1302 با احداث و بهره برداری یک رشته لوله به طول 9 کیلومتر و یک منبع و قنات تأمین کننده آب، فعالیت خود را آغاز کرد. پیش از فعالیت مؤسسه آب بیرجند، آب مورد نیاز ساکنان این شهر چون دیگر شهرها از آب انبارهایی تأمین می شد که افراد خیر و نیکوکار در شهرها بنا می کردند. آب انبارهای شهر بیرجند را با آب قنوات آبادی های دامنه کوه باقران پر می کردند. فکر احداث شبکه لوله کشی و تأمین آب سالم و بهداشتی برای مردم شهر در پایان جنگ جهانی اول مطرح شد و در اجرای این طرح از لوله هایی که ارتش انگلستان برای لوله کشی کمپ های نظامی خود به منطقه سفیدابه واقع در 250 کیلومتر بیرجند و نقاط دیگر آورده و بلااستفاده مانده بود استفاده شد. برای تأمین آب مورد نیاز، بعضی از مالکین سهم خود از قنات علی آباد را واگذار کردند و با همت معتمدین و مسئولین شهر کمیسیون لوله کشی تشکیل و برای احداث خط لوله و منبع اقدام به جمع آوری اعانه کرد. رشته لوله ای که آب قنات را به شهر بیرجند می آورد 9 کیلومتر طلو داشت. در مرتفع ترین نقطه شهر آب را به داخل منبع می ریخت و از آن جا آب سلام با دو رشته لوله که در مسیر آن شیرهای برداشت نصب شده بود در دسترس مردم قرار می گرفت. در تهران آب مشروب اهالی فبل از احداث شبکه لوله کشی با ابتدایی ترین روش های استحصال آب یعنی از طریق 48 رشته قنات وقفی و خصوصی تأمین می شد. محل ظهور قنات ها از محل سکونت و زیستگاه های مردم دور بود. به همین دلیل، فرسنگ ها فرسنگ، گذرگاه های آبی برای انتقال آب بنا می شد تا آب به محل زندگی می رسید. آب در مسیر طولانی خود، پس از گذشتن از شهرها و گذرگاه های آبی روباز، با انواع آلایش ها و ناپاکی ها برخورد می کرد و با انواع ضایعات مواد پاک کننده و شوینده ها و سیاهی و دوده ظرف ها و خاکروبه خانه ها، زباله ها و لاشه حیوانات و سایر آلودگی‌ها، مخلوط می شد و سرانجام به آب انبارهای خانگی می رسید. آب انبارها آن زمان یا عمومی بودند و یا خصوصی. آب انبارهای عمومی بزرگ تر بوده و دارای پله های زیادی بودند (گاه تا 40 پله) در بعضی از آب انبارها به کیفیت آب توجه می شد و در این آب انبارها مقادیری آهک، خاکستر، ذغال برای تصفیه وته نشینی مواد معلق به آب اضافه می کردند تا در جهت بهداشتی بودن آب اقدامی کرده باشند. سال های متمادی آب تهران از طریق قنوات تأمین می شد اما افزایش روز افزون جمعیت شهر و هم چنین شیوع بیماری های ناشی از نوشیدن آب آلوده، مسئولان را به فکر چاره جویی انداخت و از سال 1301 به بعد متوجه شدند که تنها راه برطرف کردن مشکلات آب تهران، لوله کشی آب مصرف شهر و جلوگیری از اتلاف آن است. در سال 1306 عملیات احداث مجرای رودخانه کرج به تهران آغاز شد و عملیات اجرایی این طرح از روستای «بیلقان کرج» تا «جمشید آباد» تهران به طول 53 کیلومتر 4 ماه طول کشید. 20 کیلومتر از این مسیر را کانال کشی کرده بودند اما این آب در مسیر هرز می رفت و انواع آلودگی را در برداشت. در سال 1330طرح اول لوله کشی آب تهران بر اساس جمعیت 900 هزار نفر جمعیت این شهر اجرا شد. در محاسبات تأمین و برداشت آب از رودخانه کرج میزان مصرف آب برای هر نفر بین 150 تا 300 لیتر در شبانه روزی در نظر گرفته شده بود و برای آبگیری هر هکتار درختکاری اراضی نیم لیتر در ثانیه آب محاسبه شده بود. ظرفیت دو لوله آب رسانی از محل آبگیر بیلاق رودخانه کرج تا اولین تصفیه خانه آب واقع در منطقه جلالیه 256000 متر مکعب در شبانه روز تعیین شده بود. این مختصری از تاریخچه لوله کشی آب شرب ایران است که به عنوان مقدمه خدمتتان ارائه شد. حال به این مسئله اصلی یعنی طراحی لوله کشی آب سرد می پردازم. برای طراحی باید مراحل زیر را دنبال کنید.

7 – 1 – مرحله تعیین قطر لوله

1. واحد مصرف در شاخه های فرعی و شاخه اصلی را از جدول زیر به دست آورید.

1. فشار خروجی در کنتور و یا به عبارتی فشار آب شهر را به دست بیاورید (با استفاده از سازمان آب و فاضلاب)
2. اختلاف ارتفاع کنتور تا بالاترین مصرف کننده را تعیین کنید (فاصله عمودی)
3. به ازای هر متر اختلاف ارتفاع کنتور و بالاترین مصرف کننده 10 KPa از فشار آب شهر کم کنید، سپس با توجه به فشار به دست آمده گروه، محدوده فشار مورد استفاده در جدول را تعیین کنید.
4. طول مسیر لوله کشی (افقی + عمودی) از کنتور تا دورترین مصرف کننده را به دست آورید.
5. در جدول ستونی را که معادل یا بزرگتر از طول محاسبه شده در بند 5 باشد انتخاب کنید (اعداد داخل پرانتز برای طول بر حسب متر می باشد).
6. در ستون انتخاب شده و در محدوده فشار تعیین شده در بند 4 به طرف پایین حرکت کنید تا به واحد مصرف مورد نظر محاسبه شده در بند 1 برسید (اگر واحد مصرف در جدول وجود نداشت، از اولین عدد بزرگتر از آن در جدول استفاده کنید).
7. با مشخص شدن واحد مصرف در ستون انتخاب شده به سمت چپ حرکت کنید و قطر مورد نظر را از ستون دوم پیدا کنید.
8. در ستون انتخاب شده اگر به کل واحد مصرف ساختمان برسیم و به سمت چپ حرکت کنیم در ستون دوم اندازه قطر اصلی ساختمان را به دست می آوریم و از ستون اول اندازه قطر کنتور تعیین می شود.
9. شاخه های فرعی و رایزرها را نیز با توجه به واحد مصرفی که تغذیه می کنید از روی ستون دوم (مربوط به لوله اصلی ساختمان و شاخه ها) سایز زنید.

برای محاسبه سایر لوله های آب سرد از واحد مصرف آب سرد و برای محاسبه سایز لوله های آب گرم در جدول بند 1 استفاده کنید.

7 – 2 – محاسبه بوستر پمپ

برای انتخاب بوستر پمپ به دو مؤلفه هد و دبی نیاز داریم تا با استفاده از آن و رجوع به کاتالوگ شرکت های سازنده، پمپ مورد نظر انتخاب شود:

7 – 2 – 1 – دبی

مقدار دبی پمپ آب رسانی برابر مقدار مصرف آب مصرفی ساختمان است که برای یافتن این مقدار می توان از جدول مقدار F. U (فیکسچر یونیت) لوازم بهداشتی و جمع مقادیر مربوط به F. U کل و تبدیل آن به GPM و یا از جدول استاندارد تعیین مصرف آب بر اساس نوع کاربری و نوع ساختمان (مقدار کل به دست آمده از این جدول را باید بر عدد 3 تقسیم کنید) حجم آب مصرفی (دبی) را به دست آورید.

7 – 2 – 2 – هد

 ارتفاع عمودی از دهانه بوستر پمپ تا شیر دورترین وسیله بهداشتی بر حسب متر.

حاصلضرب طول دورترین و پرفشارترین مسیر رفت آب ( ) از مخزن آب تا بالاترین وسیله بهداشتی در عدد 0.165:

 فشار مورد نیاز در پشت شیر بالاترین وسیله بهداشتی (از جدول مقررات ملی ساختمان)

 فاصله عمودی از دهانه لوله مکش مخزن ذخیره آب تا دهانه مکش بوستر پمپ

در آخر با توجه به هد و دبی به دست آمده از روی نمودار همپوشانی پمپ که برای هر کارخانه منحصر به فرد است و تلاقی این دو مقدار در منحنی، مدل پمپ را انتخاب کنید.

• محاسبه لوله کشی آب سرد و گرم:
• دبی آب سرد مصرفی

یکی از مهمترین اقلام مورد نیاز برای تعیین قطر انواع لوله ها سیستم آب رسانی، دبی احتمالی آب در لوله ها می‌باشد. دبی آب در لوله ها، اعم از رایزرها و شاخه های اصلی و غیره. به ندرت با حاصل جمع دبی های آب وسایل بهداشتی مصرف کننده آب همگی در یک زمان مورد استفاده قرار گیرند آن قدر بعید است که طراحی سیستم لوله کشی بر مبنای حاصل جمع دبی های وسایل بهداشتی مصرف کننده عاقلانه به نظر نمی رسد مقدار واقعی مصرف آب در ساختمان را نمی توان دقیقاً و بر مبنای یک استاندارد مشخص تعیین نمود. در این راه دو مسئله اساسی باید مورد توجه قرار گیرند:

1. دبی آب رضایت بخش برای یک وسیله بهداشتی معین
2. تعداد وسایل مصرف کننده ای که احتمالاً به طور همزمان مورد استفاده قرار می گیرند.

حداقل آب مورد نیاز انسان که تا حدود زیادی بستگی به برنامه زندگی، احتیاجات حرفه ای، تعداد اعضای خانواده، احتیاجات باغ یا باغچه و نظایر آن دارد معمولاً بین 30 تا 80 گالن در روز برای هر نفر است. تجربه نشان داده است که بزرگی یا کوچکی شهر و موقعیت جغرافیایی و سطح تمدن ساکنین آن نیز در میزان مصرف آب تأثیر دارند.

7 – 2 – 2 – 1 – واحد مصرف: (F – U)

برآورد میزان مصرف آب وسایل بهداشتی مختلف اغلب بر حسب واحد مصرف صورت می گیرد. یک واحد مصرف عبارت است از 7.5 گالن در دقیقه و این میزان مصرف یک شیر ساده مثل شیر دستشویی است. در جدول میزان مصرف آب وسایل بهداشتی مختلف بر حسب واحد مصرف نشان داده شده است.

7 – 2 – 2 – 2 – میزان مصرف واقعی

همان طور که ذکر شد استفاده هم زمان از تمام وسایل بهداشتی موجود در ساختمان آن قدر نامحتمل است که طراحی سیستم لوله کشی و تعیین قطر لوله ها بر مبنای حاصل جمع واحدهای مصرف وسایل بهداشتی مستخرجه از جدول فوق بسیار نامعقول است. میزان مصرف در مدت کوتاهی از شبانه روز حداکثر بوده و در ساعات دیگر حداقل و یا حتی صفر است.

به منظور دست یافتن به میزان واقعی مصرف آب در یک ساختمان که مبنای محاسبات سیستم لوله کشی قرار خواهد گرفت باید واحدهای مصرف مستخرجه از جدول ذکر شده را در ضریبی به نام ضریب تقاضا ضرب نمود و میزان مصرف آب را بر حسب گالن بر دقیقه برای واحدهای مصرف مختلف با در نظر گرفتن ضریب تقاضا ارائه نمود.

7 – 2 – 2 – 3 – حداقل تسهیلات بهداشتی

پیش بینی حداقل تسهیلات بهداشتی در ساختمان که مستقیماً با آسایش و بهداشت ساکنین آن ارتباط خواهد داشت از اهم مسایلی است که باید مورد توجه قرار گیرد.

7 – 2 – 2 – 4 – افت فشار در لوله ها

افت فشار در لوله ها بخش مهمی از افت فشار در سیستم لوله کشی را تشکیل می دهد میزان آن بر حسب نوع لوله های مصرفی و چگونگی سطح داخلی آن ها متفاوت است.

7 – 3 – مراحل طرح و محاسبه سیستم لوله کشی آب سرد مصرفی

1. ترسیم کروکی سیستم لوله کشی شامل کنتور، لوله اصلی، رایزرها و شاخه ها و نشان دادن لوازم بهداشتی مورد استفاده بر روی نقشه ساختمان
2. تعیین واحدهای مصرف هر یک از وسایل بهداشتی متصل به سیستم لوله کشی
3. تعیین میزان واقعی تقاضای آب بر حسب گالن
4. مشخص نمودن مرتفع ترین، دورترین و پر فشارترین وسیله بهداشتی موجود در سیستم و تعیین طول مسیر لوله کشی از محل اتصال به لوله اصلی آب خیابان تا آن وسیله بهداشتی با احتساب طول معادل وصاله ها و شیرهای این مسیر بابت افت فشار در کلیه اتصالات مسیر می توان 50 درص به طول مسیر لوله کشی اضافه نمود.
5. تعیین حداقل فشار آب در لوله اصلی خیابان و هم چنین فشار لازم برای بالاترین وسیله بهداشتی
6. محاسبه نرخ تقریبی افت فشار در سیستم با استفاده از فرمول زیر:

F متوسط نرخ افت فشار در سیستم لوله کشی

Ps فشار در لوله اصلی خیابان

؟؟؟ حداقل فشار مورد نیاز در بالاترین و دورترین وسیله بهداشتی

Pm افت فشار در کنتور آب

h ارتفاع بالاترین وسیله بهداشتی از لوله اصلی خیابان

L طول کل مسیر لوله کشی مذکور

Y تعیین قطر لوله اصلی با معلوم بودن نرخ افت فشار و میزان واقعی دبی کل ساختمان مذکور

8. تعیین قطر لوله های فرعی با معلوم بودن نرخ افت فشار و دبی واقعی آب در هر قسمت از سیستم.

7 – 4 – نحوه تولید

نحوه تولید به دو صورت Welded و Seamless انجام می پذیرد. قیمت  Seamlessتقریباً دو برابر نوع Welded بوده ولی تقریباً اکثر سازندگان بزرگ دنیا نوع Welded را زیر سایز 6ⁱⁿ نمی سازند.

7 – 4 – 1 – لوله بدون درز (Seamless)

• در استاندارد حداکثر تا 48^’’ تعریف گردیده است.
• در بازار معمولاً بین 36^’’ – 32^’’ تولید می گردد.
• معمول استفاده از آن در طراحی حداکثر بین 20^’’ – 18^’’ می باشد.

7 – 4 – 2 – لوله درزدار (Welded)

در صورت اجازه دادن ابعاد ضخامت و جنس پلیت و هم چنین داشتن خط تولید پیوسته امکان تولید این نوع لوله می باشد.

• روش تک ورق که با انجام دو مرحله Uing (یوینگ) و Oing (اوینگ) و انجام جوشکاری مستقیم (Straight Seam Welding) می توان این نوع لوله را تولید نمود.
• روش Spiral (Helical) Seam:

در این روش ورق را به صورت مارپیچ تابانده و آن را جوشکاری می نمایند.

گاهی از Trimmer برای ایجاد لوله های درز مخفی استفاده می شود.

این لوله ها از نظر فشار P و دمای T هیچ گونه تفاوتی برای طراحی با هم ندارند ولی مشکلات اجرایی و تداخل درز جوش ها با سر جوش ها مانع از استفاده لوله های مارپیچ می گردد.

• در لوله های Seamless، Ej = 1 در نظر گرفته می شود.
• در لوله های Welded با جوشکاری از نوع EFW (Electric Fusion Weld) مثل (SAW , GTAW , GMAW EFW)، مطابق Ej = 0.95 , ASME B31.3 Table A1.13 در نظر گرفته می شود.
• در لوله های Welded با جوشکاری از نوع ERW (Electric Resistance Weld)، مطابق Ej = 0.85 , ASME B31.3 Table A1.13 در نظر گرفته می شود.
• در جوشکاری لوله های A 333 از فیلر پر کننده استفاده نمی شود و جوش از ذوب لبه های فلز ایجاد می گردند.

تحریریه تیم خدمات فنی مهندسی به فیکس