مقاله طرح و محاسبه سیستم لوله کشی آب و فاضلاب ساختمان

توجه : به همراه فایل word این محصول فایل پاورپوینت (PowerPoint) و اسلاید های آن به صورت هدیه ارائه خواهد شد

  مقاله طرح و محاسبه سیستم لوله کشی آب و فاضلاب ساختمان دارای ۶۱ صفحه می باشد و دارای تنظیمات در microsoft word می باشد و آماده پرینت یا چاپ است

فایل ورد مقاله طرح و محاسبه سیستم لوله کشی آب و فاضلاب ساختمان  کاملا فرمت بندی و تنظیم شده در استاندارد دانشگاه  و مراکز دولتی می باشد.

توجه : در صورت  مشاهده  بهم ریختگی احتمالی در متون زیر ،دلیل ان کپی کردن این مطالب از داخل فایل ورد می باشد و در فایل اصلی مقاله طرح و محاسبه سیستم لوله کشی آب و فاضلاب ساختمان،به هیچ وجه بهم ریختگی وجود ندارد

بخشی از متن مقاله 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.

۱- 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 لخاظ 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 : ویژگیهایی از قبیل دما، رنگ، تیرگی ، 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 تدقیق قرار می گیرند. تیرگی آب که مربوط به گل و لای معلق در آن است، در سیستم آمریکایی بر حسب قسمت در میلیون (ppm) مواد معلق در آب که معادل میلی گرم در لیتر می باشد، بیان می گردد. مثلاً اگر میزان مواد معلق در آب برابر ۱۰ ppm باشد، آب در لیوان به صورت غبارآلود دیده می‌شود. تیرگی مناسب برای آب معمولا ۵ 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 ۱۰۰۰ ppm و در بعضی موارد از ۵۰۰ppm تجاوز نماید. جدول A-5 میزان حداکثر مجاز مواد شیمیایی موجود در آب را بر حسب ppm نشان می‌دهد.

جدول A-5 : حداکثر مجاز مواد شیمیایی موجود در آب
Ppm
۰.۱ Lead
۰.۰۵ Arsenic
۰.۲ Copper
۵.۰ Zinc
۱۲۵ Magnesium
۰.۳ Iron
۲۵۰ Chlorides
۲۵۰ Sulfates
۰.۰۰۱ Phenol (in comounds)
۱.۰ (optimum concentration for prevention of tooth decay) Fluorine
درجه سختی آب در سیستم آمریکایی از روی میزان کربنابت کلسیم 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 رمایش 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 ۱۵۰ ppm باشد. از طرف دیگر ، آبی که درجه سختی آن کمتر از ۳۰ 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 سننجیده می شود، یکی دیگر از موارد قابل بررسی است. چنانچه عدد pH آب برابر ۷ 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 ۰۳ ppm باشد ممکن است رنگ لباس را تغییر دهد و اگر افزون بر ۰۲ 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 آب (PS) 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:

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 آب (PV) – 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 آب (Pt)- فشار کل در هر نقطه از مسیر جریان آب برابر است با مجموع فشارهای استاتیک 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 ، مانومتر و پیزومتر استفاده می‌شود که همگی فشار نسبی آب را نشان می دهند.

د- فشانر مطلق (Pa) – عبارتست از فشار نسبی باضافه فشار آتمسفر: که در آن : Pg فشار نسبی یا فشاری که گیج نشان می دهد[psi] و ۷/۱۴ فشار آتمسفر [psi]
معادله برنولی
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 بصورت زیر نوشته می‌شود (در ارتباط با شکل ۱-۵):

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:
.
که در آن :
افت فشار بر حسب فوت آب h :
ضریب اصطکاک بین سیال و لوله f:
طول لوله بر حسب فوت l:
قطر لوله بر حسب فوت d:
سرعت متوسط جریان بر حسب فوت بر ثانیه V:
شتاب ثقل بر حسب فوت بر مجذور ثانیه g:

ب – افت فشار سرعتی- این افت فشار تابع سرعت جریان است و هر قدر عواملی که موجب تغییر سرعت سیال می‌شوند بیشتر باشند، مقدار افت فشار سرعتی افزونتر می‌شود. عوامل مزبور یکی تغییر جهت جریان و در نتیجه بوجود آمدن حالت آشفتگی در مسیر جریان می باشد که موجب افت سرعت می گردد، مثل تغییر جهت جریان آب در زانویی ها و زانو سه راهه ها و دیگر تغییر مقطع لوله و وجود شیرها و موانع در مسیر جریان آب. مقدار افت فشار سرعتی از رابطه زیر بدست می آید:

که در آن K ضریبی است که بستگی به نوع وصاله دارد. بطوریکه ذکر شد، افت فشار کلی (hlt) برابر با حاصلجمع افت فشارهای استاتیک و سرعتی است:.

خط گرادیان هیدرولیکی :
این خط که چگونگی افت فشار آب را در طول مسیر جریان بطور عینی نشان می دهد عبارتست از مکان هندسی در طول مسیر جریان که آب تا آن نقطه در داخل لوله پیزومتر بالا می‌آید. این خط بطوریکه در شکل ۲-۵ ملاحظه می‌شود، دارای شیبی در جهت جریان آب می باشد. شیب این خط معلول اختلاف فشاری است که در اثر افت فشار در مسیر جریان در لوله ایجاد می‌شود

. از نقطه A تا B افت فشار آب ناشی از اصطکاک که آن با جدار لوله است (افت فشار استاتیک). از B تا C که در اثر عبور آب از شیر افت فشار سرعتی ایجاد می شود، شیب خط گرادیان هیدرولیکی ناگهان تند گردیده از C تا D مجدداً تنها افت فشار استاتیک وجود دارد، لذا شیب خط کمتر می‌شود. از D تا E که مقطع لوله ناگهان کوچک می‌شود بدلیل افت فشار سرعتی، شیب خط گرادیان

هیدرولیکی بشدت زیاد می گردد. به این ترتیب علت کاهش فشار و یا قطع جریان آب در طبقات بالای ساختمان را هنگامی که مصرف طبقات پایین افزایش می یابد، بهتر درک خواهیم نمود. بعنوان مثال ساختمان نشان داده شده در شکل ۳-۵ را در نظر می گیریم. اگر مصرف آب در طبقه اول زیاد شود، مثلاً همه شیرها را باز کنیم، بعلت افزایش دبی آب شیب خط گرادیان هیدرولیکی (یعنی افت فشار) زیاد شده نتیجتا فشار آب در شرهای طبقه دوم کمتر از حالت مصرف معمولی خواهد بود. با بازکردن شیر باغبانی G در طبقه همکف، بعلت ازدیاد دبی در لوله A-B و در نتیجه افزونی افت فشار، حط گرادیان هیدرولیکی ab شیب زیادی پیدا می نماید و سطح آب منبع T روی سقف پایین آمده به نقطه C می رسد. چناچنه مقدار دبی شیر باغبانی باز هم زیاد شود ، ازدیاد تدبی در لوله A-B موجب تندتر شدن هرچه بیشتر شیب خط گرادیان هیدرولیکی ab شده این خط را بوجود می آورد که سطح آب در لوله B-C از ارتفاع شیر V2 نیز پائین تر آمده جریان آب در کلیه دستگاهای مصرف طبقه دوم بکلی قطع گردد.
شکل ۲-۵ : خط گرادیان هیدرولیکی

شکل ۳-۵ : اثر ازدیاد مصرف آب در طبقه همکف بر روی فشار آب در طبقات بالاتر ساختمان
تأمین فشار آب ساختمان:
فشار آب ساختمان باید به اندازه ای باشد که آب را به بالاترین واحد بهداشتی ساختمان رسانده فشار لازم و مجاز (که بعداً توضیح داده خواهد شد) را برای آن تأمین نماید. فشار آب‌ ساختمان ممکن است توسط فشار آب شهر، مخزن ثقلی (در ارتفاع) و یا مخزن تحت فشار تأمین گردد:
۱- سیستم توزیع آب در ساختمان با فشار آب شهر:

در صورتیکه ساختمان از آب لوله کشی شهر استفاده نماید کافی است لوله اصلی ورودی به ساختمان را به لوله آب شهر در خیابان مجاور وصل کنیم. فشار آب اغلب شهرها معمولاً بین ۳۰ تا ۸۰ پاوند براینچ مربع (psi) می باشد. در صورتیکه فشار مجاز آب شهر برای رساندن آب به طبقات بالای ساختمان و تأمین فشار مجاز آب در وسایل بهداشتی این طبقات کافی نباشد، باید از مخزن ثقلی یا مخزن تحت فشار که متعاقباً‌ در موردشان توضیح خواهد شد برای تأمین فشار لازم کمک گرفته شود. مهندس طراح سیستم آبرسانی ساختمان باید قبلا از فشار آب در خیابان مجاور ساختمان اطلاع حاصل نماید تا بر مبنای آن بتواند برآورد کند که آیا فشار آب شهر در این محل برای رساندن آب به بالاترین طبقه ساختمان کافی است یا خیر. فشار مورد نیاز عبارتست از :

که در آن:
فشار لازم برای ساختمان [psi] H:
ارتفاع بالاترین وسیله بهداشتی متصله به h1
سیستم لوله کشی ساختمان [ft]
میزان افت فشار آب در لوله از محل اتصال به لوله آب شهر تا بالاترین وسیله بهداشتی، که با احتساب ضریب اطمینان معمولا برابر ۲۵psi در نظر گرفته می‌شود. h2
فشار آب لازم برای وسیله بهداشتی مورد نظر که بستگی به نوع آن دارد و طبق مقررات حداقل برابر ۸psi در نظر گرفته می‌شود. فشار آب مورد نیاز برای وسایل بهداشتی مختلف در جدول ۱-۵ (آخر فصل پنجم) ارائه شده است.
شکل ۴-۵ چگونگی توزیع آب با استفاده از فشار آب شهر را در یک ساختمان دو طبقه نشان می دهد.
شکل ۴-۵ : توزیع آب در ساختمانی که از آب لوله کشی شهر استفاده می‌کند.
سیستم توزیع آب در ساختمان با استفاده از مخزن ثقلی :
این سیستم در مواقعی بکار می رود که آب ساختمان بطور اختصاصی از منابعی نظیر چاه، قنات، و غیره تأمین گردد و یا فشار آب شهر برای رساندن آب به طبقات بالای ساختمان کافی نباشد. مخزن ثقلی روی برج و یا پشت بام ساختمان و حداقل ۶ فوت بالاتر از بالاترین وسیله بهداشتی مصرف کننده نصب می‌شود.

آب توسط فشار آب شهر و یا پمپ به مخزن ارسال شده از آنجا در ساختمان توزیع می گردد. حجم مخزن ثقلی بر حسب احتیاج روزانه ویا مدت مورد نظر، برای یک ساختمان ، مجتمع مسکونی و یا شهرک برآورده می‌شود. مقدار مصرف روزانه بر حسب جمعیت ساختمان با استفاده از جدول ۲-۵ (آخر فصل پنجم) محاسبه می گردد. در ساختمانهای بیش از پنج طبقه که از این سیستم استفاده می‌کنند، باید در طبقات پایین تر شیرهای فشار شکن تعبیه نمود تا فشار آب را در وسایل

بهداشتی این طبقات کاهش داده مانع از بروز سروصدا در آنهاو آسیت دیدن لوله ها در اثر فشار زیاد گردند. همچنین می توان ترتیبی داد که طبقات پایین تر با فشار آب شهر و طبقات بالاتر با فشار آب مخزن تغذیه شوند. اگر قرار است این مخازن روی پشت بام نصب شوند باید سقف طبقه آخر قدرت تحمل وزن آنها را داشته باشد. شکل ۵-۵ چگونگی توزیع آب در ساختمان را با استفاده از مخزن ثقلی نشان می دهد.

شکل ۵-۵ : توزیع آب در ساختمان با استفاده از مخزن ثقلی

۳- سیستم توزیع آب در ساختمان با استفاده از مخزن تحت فشار:
مخزن تحت فشار یک مخزن بسته هوابندی شده است که حدود دوسوم یا سه چهارم حجم آن از آب و بقیه از هوا پرشده است. موارد استفاده این مخزن مشابه مخزن ثقلی است، با این تفاوت که چون فشار آب در این مخازن توسط بالشتک هوا ایجاد می‌شود می توان آنرا در هر جای ساختمان حتی در زیرزمین یا موتورخانه تاسیسات نصب نمود. در این سیستم، هوا توسط کمپرسور و آب

بوسیله پمپ یا فشار آب شهر بداخل مخزن ارسال می‌شوند. فشار مخزن توسط یک کنترل کننده فشار همیشه ثابت نگهداشته می‌شود. هرگاه سطح آب مخزن در اثر مصرف به پایین ترین حد تعیین شده برسد، فشار هوای درون مخزن نیزی به حداقل پیش بینی شده خواهد رسید و در این زمان پمپ و یا شیر موتوری با فرمانی که از کنترل کننده فشار دریافت می‌کنند بطور خودکار وارد عمل شده آب را به مخزن می فرستند. سطح آب در مخزن رفته رفته بال می آید تا به حداکثر

تعیین شده (حدود دو سوم حجم مخزن) برسد. در این هنگام هوا نیز به حداکثر فشار پیش بینی شده رسیده پمپ خاموش و یا شیر موتوری بسته می‌شود. اگر فشار مخزن از حد مجاز فراتر رود، فشار اضافی توسط یک شیر رها کننده فشار تخلیه می گردد. یک شیر خلاء گیر نیز از پیدایش خلاء در داخل و ضایعات ناشی از آن از جمله ایجاد فشار معکوس، جلوگیری می‌کند. تغییرات مجاز بین حداقل و حداکثر فشار مخزن در جدول B-5 نشان داده شده‌اند.
هرچه حجم مخزن کوچکتر باشد طبعاً ارزانتر خواهد بود ولی تعداد دفعات خاموشی و روشن شدن پمپ زیادتر می‌شود که نتیجه آن گرم شدن موتور و کاسته شدن عمر آن و بالاخره افزایش مصرف برق می باشد، لذا باید حجم مخزن را طوری انتخاب نمود که تعداد دفعات خاموش و روشن پمپ بیش از یک مرتبه در هر ۱۵ یا ۳۰ دقیقه نباشد. ظرفیت این مخازن که بهمان ترتیب مخازن ثقلی محاسبه می‌شود نباید از ۳۰ گالن برای ساختمانهای کوچک و ۷۰ گالن برای ساختمانهای بزرگ کمتر باشد. ظرفیت این مخزن بستگی دارد به تعداد ساکنین ساختمان و مدت زمان مورد نظر برای مصرف که درآن مدت آبی وارد مخزن نشود. اگر اطلاعات کافی برای محاسبه ظرفیت مخزن در

اختیار نداشته باشیم می توانیم برای هر ۱۰۰۰ فوت مربع سطح زیربنای ساختمان حدود ۳۰۰ گالن در نظر بگیریم و این کافی است که مصرفی ۱۲ ساعت ساختمان را بدون آنکه آبی وارد مخزن شود تأمین نماید. مخازن تحت فشار در دو نوع قائم و افقی ساخته می‌شوند. شکل ۶-۵ یک مخزن تحت فشار افقی را با تجهیزات آن نشان می دهد. اندازه‌های استاندارد مخازن تحت فشار قائم و افقی نیز در جداول c-5 و D-5 ارائه شده‌اند.

جدول B-5 : حداکثر و حداقل مجاز فشار در مخزن تحت فشار

شکل ۶-۵ : مخزن تحت فشار افقی و تجهیزات آن