در این مبحث ابتدا به معرفی سیستم های مختلف لوله کشی برای تاسیساتی که در آنها سیال ناقل حرارت آب است پرداخته سپس روش محاسبه شبکه لوله کشی را نشان می دهیم. لازم به ذکر است که روش های طرح و محاسبه شبکه لوله کشی که در این مقاله مورد بحث قرار می‌گیرند برای آب گرم (در گرمایش) و هم آب سرد (در سرمایش) معتبر خواهند بود.

سیستم های لوله کشی آب:

1_ سیستم باز 

در این سیستم آب به سوی یک مخزن که به هوای آزاد باز می‌باشد جریان می‌ یابد.
برج های خنک کن و هوا شوی ها که در فصل تهویه مطبوع در موردشان توضیح خواهیم داد مثال های خوبی برای سیستم باز می باشند

2_ سیستم بسته 

در این سیستم جریان آب در هیچ نقطه ای در معرض هوای آزاد قرار نمی گیرند.
چنین سیستم هایی معمولا شامل یک منبع انبساط می باشند که با هوای ازاد در ارتباط است ولی سطح آبی که در منبع در معرض هوای آزاد است زیاد قابل ملاحظه نمی باشد.
پس با این تعریف سیستم حرارت مرکزی آبی یک سیستم بسته خواهد بود.
از نقطه نظر دیگری می‌توان سیستم‌های لوله کشی را به ترتیب زیر طبقه‌بندی نمود:

1_ سیستم تک گذر :

در این سیستم آب یکبار از وسیله ای عبور نموده تخلیه می شود.

2_سیسنم گردشی:

در این سیستم آب پس از رسیدن به وسیله مورد نظر تخلیه نمی گردد بلکه توسط یک مدار لوله کشی بین مبدل حرارتی و مبدا حرکت خود که می تواند مثلا یک دیگ حرارتی مرکزی با دستگاه سرد کننده آب (چیلر) باشد گردش می نماید .

گردش آب چنانکه قبلا ذکر گردید می تواند تحت نیروی ترموسفر ناشی از اختلال وزن مخصوص آب گرم رفت و برگشت و یا به صورت اجباری توسط پمپ صورت گیرد .

هر دو سیستم فوق ممکن است باز یا بسته باشند.

ترتیبات برگشت آب:

یک سیستم گردشی به نوبه خود بر حسب چگونگی برگشت آب ه صورت زیر طبقه بندی می‌شود:

1_سیستم لوله کشی با برگشت معکوس:

هرگاه در یک سیستم بسته مبدل‌های حرارتی دارای افت فشار تقریباً یکسانی باشند سیستم لوله کشی با برگشت معکوس توصیه می‌گردد.

این ترتیب لوله کشی را نمی‌توان برای سیستم‌های باز مورد استفاده قرار داد در سیستم با برگشت معکوس طول مسیر گردش بوده ذا افت فشار برای نزدیک‌ترین و دورترین مبدل حرارتی نسبت به دیگ برابر خواهد بود و به ندرت ممکن است لازم آید که سیستم را معتدل کنیم.

شکل زیر سیستم با برگشت معکوس را به طور شما یک نشان می‌دهد:

2_سیستم لوله کشی با برگشت مستقیم:

اگر افت فشار در تمام مبدل‌های حرارتی یکسان نباشد استفاده از سیستم برگشت مستقیم از نظر اقتصادی بیشتر مقرون به صرفه است این روش که علاوه بر سیستم‌های بسته برای سیستم‌های باز نیز قابل استفاده است قطر لوله برگشت در تمام طول مسیر برابر قطر لوله رفت متناظر خواهد بود.

به طوری که ذکر شد سیستم برگشت مستقیم برای تاسیسات که در آنها مبدل‌های حرارتی از قبیل رادیاتور یا فن کویل رای افت فشار داخل و یا ظرفیت‌های متفاوت باشند به کار می‌رود.

به لحاظ اینکه در این سیستم افت فشار در مسیر لوله کشی مبدل‌های زدیک‌تر به دیگ کمتر از افت فشار در مسیر لوله کشی به مبدل‌های دورتر از دیگ بوده ر مبدل‌های حرارتی نزدیک‌تر با سرعت بیشتری نسبت به مبدل‌های دورتر گردش می‌کند.

سیستم متعادل نیست و برای متعادل کردن آن باید از شیرهای متعادل کننده موسوم به شیر زانویی قفلی که در مسیر برگشت آب از مبدل رارتی نصب می‌شود و شیر فلکه‌های گلویی در مسیر لوله برگشت آب به کلکتور برگشت در موتورخانه استفاده نمود.

بدین ترتیب می‌توان افت فشار را از دیگ تا تمام مبدل‌های حرارتی را کسان کرده سرعت گردش آب را در نزدیک‌ترین و دورترین مبدل حرارتی برابر نمود.

این سیستم نسبت به سیستم برگشت معکوس از نظر مصالح لوله کشی ارزان‌تر تمام می‌شود ولی برای معتدل کردن آن باید وقت بیشتری صرف نمود.

شکل زیر سیستم‌های لوله کشی با برگشت مستقیم را به طور شما تیک نشان می‌دهد:

3_سیستم یک لوله ای :

در این سیستم برای برگشت آب از مبدل‌های حرارتی به دیگ وله مستقلی در نظر گرفته نمی‌شود بلکه همانطور که در شکل ۱ مشاهده می‌گردد ت رفت و برگشت آب به مبدل‌های حرارتی تنها از یک لوله اصلی استفاده می‌شود برای اتصال لوله‌های رفت و برگشت مبدل حرارتی به لوله اصلی در این سیستم وساله‌های مخصوص استفاده می‌شود که در شکل ۲ نشان داده شده‌اند در این سیستم قطر لوله اصلی در تمام طول مسیر ثابت بوده دمای آب ورودی به واحدهای نزدیک‌تر به دیگ بیشتر و واحدهای دورتر به تدریج کمتر می‌شود ذا مبدله‌های حرارتی دورتر را باید بزرگتر در نظر گرفت.

شکل_1

شکل_2

به تدریج کمتر می‌شود ذا مبدله‌های حرارتی دورتر را باید بزرگتر در نظر گرفت.

افت فشار در سیستم لوله کشی :

در هر لوله‌ای که سیالی جریان داشته باشد فت فشار نیز به وجود می‌آید میزان افت فشار تابع عوامل زیر است:

1_سرعت
2_قطر لوله
3_زبری سطح داخلی لوله و ویسکوزیته سیال
4_طول لوله

تمام این عوامل را میتوان در فرمول زیر خلاصه نمود:

فشار سیستم بر مقدار افت فشار تاثیری ندارد ولی هرچه فشار بیشتر باشد ما را مجبور به استفاده از لوله‌ها ل‌ها و شیرهای سنگین‌تر و مقاوم‌تری می‌کند.

نمودارها:

برای انجام محاسبات لوله کشی نمودارهایی براساس رابطه بین دبی جریان سرعت قطر لوله و افت فشار رسم شده اند.

با معین بودن دو عامل از این عوامل می توان دوتای دیگر را با استفاده از نمودار بدست آورد.

نمودار های ۱ و ۲ به ترتیب برای لوله های آهنی و مسی در سیستم بسته ارائه گردیده است .

این نمودار ها میتوان هم برای محاسبات لوله کشی آب گرم(گرمایش) و هم آب سرد (سرمایش) مورد استفاده قرار داد. مزیت عمده ی این نمودارها در این است که میتوان با در دست داشتن بار حرارتی که توسط آب در لوله مورد نظر حمل می شود (فقط در گرمایش) بدون احتیاج به محاسبه دبی آب مستقیما به آنها مراجعه نمود زیرا محور پایینی این نمودار ها بر پایه مقدار حرارتی که توسط آب حمل می شود مدرج گردیده است .

نمودار_1 

 نمودار_2

محور بالایی آنها بر اساس مقدار دبی آب مدرج شده که می تواند برای محاسبه قطر لوله های حامل آب سرد(در سرمایش) مورد استفاده قرار گیرد. نمودار های ۳ و ۴ نیز برای سیستم های باز قرار میگیرند.

شکل_3

شکل_4

محاسبات سیستم لوله کشی:

پس از انتخاب سیستم برگشت مناسب برگشت مستقیم یا معکوس برای طرح و محاسبۀ سیستم لوله کشی قدم به قدم مطابق دستور زیر عمل میکنیم.
1_ تعیین مناسبترین محل نصب واحدهای مبدل حرارتی و رسم بهترین مسیر لوله کشی از دیگ به مبدلها برروی نقشه ساختمان (پلان).
2_ انتخاب محدوده سرعت مناسب برای گردش آب این سرعت باید به میزانی باشد که با توجه به وضع ،محل، از نظر تولید سر و صدا ایجاد ناراحتی .نکند سرعت مناسب حرکت آب در لوله ها بین ۲ تا ۱ فوت بر ثانیه و برای مکانهایی که در آنها سر وصدا اهمیت چندانی ندارد از قبیل ،کارخانجات تا بیش از ۱۰ فوت بر ثانیه است.

3_ تعیین مقدار دبی آبی که توسط لوله مورد نظر حمل می شود از طریق فرمول زیر:

که در آن:

(اختلاف دمای آب رفت و برگشت F ) 20

لازم به ذکر است که بهترین اختلاف دمای آب رفت و لازم به توضیح برگشت در سیستم اجباری (پمپی) برابر F 20 برای گرمایش و F 10 برای سرمایش میباشد که در سیستمهای طبیعی این اختلاف دما بیشتر است. بنابراین در سرمایش با سیستم اجباری مخرج فرمول فوق ۵۰۰۰ خواهد بود. محور بالایی نمودارهای ۱ و ۲ براساس مقادیر دبی آب و محور پایینی آنها بر پایه مقدار حرارتی که توسط آب در گرمایش حمل میگردد مدرج گردیده است، لذا برای استفاده از این نمودارها در گرمایش) احتیاجی به تعیین آب از فرمول فوق نیست و میتوان با در دست داشتن مقدار دبی حرارتی که توسط آب داخل لوله حمل میشود مستقیماً به نمودارهای مذکور مراجعه نمود. نکته قابل تذکر اینست که محور پایینی با توجه به 20F اختلاف دمای آب رفت و برگشتAt گردیده است و برای At غیر از F 20 باید مقدار حرارتی را که توسط آب حمل می شود در ضریب At×۲۰ ضرب نمود آنگاه به نمودار مراجعه کرد.

4_ تعیین نرخ افت فشار مناسب از آنجایی که بازا افت فشار زیاد هزینه پمپاژ بالا رفته و از طرف دیگر برای افت فشار کم طر لوله‌ها بزرگتر و در نتیجه هزینه لوله کشی افزون می‌گردد.

محدوده‌ای برای نرخ افت فشار تعیین گردیده که بین ۱۰۰ تا ۵۰۰ یلی اینچ برای هر فوت طول لوله می‌باشد.نرخ مناسب افت فشار برابر ۳۰۰ میلی اینچ آب بر فوت معادل ۲.۵ فوت بر صد توله لوله می‌باشد.

5_ تعیین قطر لوله‌ها با معلوم بودن مقدار حرارتی که توسط آب در لوله مورد نظر حمل می‌ شود به نمودار ۱ (بالاتر) مراجعه نموده از تقاطع خطوط بار حرارتیو افت فشار مناسب (۳۰۰ میلی اینچ آب بر فوت) نقطه ای بدست می آورید که با توجه بت موقعیت آن می توانیم قطر لوله مورد نظر و سرعت جریان را بدست می آید.

با توجه به موقعیت آن میتوانیم قطر لوله مورد نظر و سرعت جریان را روی خطوط مورب نمودار بخوانیم اگر سرعتی که بدین ترتیب بدست می آید در محدوده سرعت مناسب مذکور باشد قطر بدست آمده قابل قبول است و در غیر اینصورت باید قطر بزرگتر را اختیار نمود. ضمناً باید توجه داشت که در این نمودار سرعت برحسب اینچ برثانیه داده شده است. اگر نقطه بدست آمده از تقاطع دو خط بار حرارتی و افت فشار بین دو قطر لوله واقع شود باید قطر بزرگتر انتخاب شود. جدول ۵ مشخصات فیزیکی لوله های استاندارد فولادی را نشان میدهد. ضمناً باید توجه داشت که در مورد لوله های آهنی بکار بردن قطر کوچکتر از ۱/۲ جایز نیست.

شکل_5

6_ تعیین قطر کلکتورهای موتورخانه – کلکتور لوله قطوری است در حکم یک مخزن کوچک و هنگامی که قرار است آب از چند مسیر مختلف به دستگاههایی مثل پمپ یا دیگ وارد یا خارج شود، مورد استفاده قرار میگیرد نقش کلکتور عبارتست از ایجاد جریان صحیح آب در هر یک از مسیرها طول کلکتور به این ترتیب تعیین میگردد که فاصله بین لوله هایی که به کلکتور وارد یا از آن خارج می شوند حداقل ۱۲ و از طرفین نیز حدود ۸ در نظر گرفته می شود (شکل۶) قطر کلکتور نیز از فرمول تجربی زیر تعیین می گردد:

شکل_6

نوشته شده از کتاب محاسبات تاسیسات ساختمان مهندس طباطبایی