سیستم های آب رسانی ساختمانهای بلند مرتبه

سیستم های آب رسانی

طراحی و نقشه لوله کشی سیستم های  آ برسانی برای ساختما نهای بلند تجاری مختلف عمدتا متاثر از فشار هیدرواستاتیک روی سیستم  لوله کشی و در نتیجه  ارتفاع ساختمان است. این وضعیت روی طراحی سیستم های  لوله کشی آب سرد، آب گرم و آب مخزن بخار در ساختمان اثر م یگذارد. لوله کشی آب داخلی و لوله آ بپاش به خاطر جزییات دقیق طراحی کمتر با مشکلات هیدرواستاتیک مواجه م می شوند.

سیستم های  آب سرد و گرم همیشه سیستم های  سرپوشیده و بسته هستند، در حالی که سیستم های آب مخزن معمولا یک سیستم  آبی باز است. یک سیستم  آبی بسته سیستم هایی است که جریان پمپا ژشده آن در هیچ نقط های در معرض جو و اتمسفر قرار نم یگیرد. نمونه سیستم های  آبی سرپوشیده و بسته در یک ساختمان میتواند سیستم های  آبی سرد و گرم باشد که آب را به دستگا ههای انتقال حرارت مختلفی میفرستند که وظیفه این دستگا ه ها تهیه هوای مطبوع برای ساختمان است. این سیستم ها همیشه حاوی مخزن بزرگی هستند که م یتواند یک مخزن بزرگ باز یا بسته باشد. مخزن بزرگ باز همیشه در بالاترین نقطه سیستم های قرار م یگیرد و رو به جو باز است (سطح رویی مخزن باز است) ولی میزان آب در مخزن تا انداز های دارای اهمیت است که به مفهوم یک سیستم آبی بسته (یعنی سیستمی که در معرض هوا قرار ندارد) صدمه نزند.

یک سیستم باز سیستم ی است که در آن جریان پمپاژ شده، در یک یا چند نقطه در سیستم  لول های در معرض فشار هوا قرار م یگیرد. به عنوان مثال برج خن ککننده در نقط های در معرض هوا قرار م یگیرد، که آب به داخل برج خن ککننده تخلیه م می شود و در حوضچه برج خن ککننده در معرض هوای باز قرار م یگیرد. اگر به جای یک برج خن ککننده از یک کولر تبخیری یا یک کولر خشک استفاده شود، حرارت را از دستگاه سرمایش منتقل م یکند، و در این صورت سیستم  لوله کشی به جای یک سیستم  باز یک سیستم  بسته است. در یک ساختمان اداری و تجاری کاملا بزرگ خیلی به ندرت از کولرهای تبخیری یا خشک استفاده م می شود؛ ولی معمولا از آ نها برای جاب هجایی حرارت از سیستم های  سرمایش فرعی در بخ شهایی از ساختما نهای تجاری بلند استفاده م می شود. آ نها بیشتر در فضاهای مخزن خن ککننده اضافی یا روی یک ایستگاه عملیاتی بزرگ مثل یک مرکز اطلاعات نصب می شوند.

هما نطور که در کتاب Ashrae بخش تجهیزات آمده است، تفاوت اصلی بین هیدرولیک سیستمهای باز و بسته این است که ویژگیهای خاص هیدرولیکی سیست مهای باز نمیتوانند در سیستمهای بسته نمایان شوند. به طور مثال برخلاف ویژگیهای هیدرولیکی یک سیستم باز، خصوصیات یک سیستم بسته عبارتند از:

  • جریان با تفاوتهای فشاری استاتیک، تحریک نمی شود.
  • پمپهای فشار، بالابرنده استاتیکی را تامین نمیکنند.
  • کل سیستم های لوله ای همیشه پر از آب است

ملاحظات هیدرواستاتیکی

ویژگی اصلی در طراحی سیستم  لوله کشی در یک ساختمان بلند فشار هیدرواستاتیکی است که به واسطه ارتفاع ساختمان به وجود م یآید. این فشار  هیدرواستاتیک نه تنها روی لول هکشی، اسباب و شی رهای مربوط به آن، بلکه روی تجهیزات نصب شده در ساختمان نیز تاثیر م یگذارد. در مورد سیستم  آب سرد احتمالا از دستگاهی استفاده می شود که شامل قطعات خنک کننده، لوله کشی مخصوص به پم پهای آب سرد، رادیاتو رهای خنک کننده نصب شده در سیستم های

سرمایش هوا و مبد لهای حرارتی است. فهرست مشابهی از لوله ها، شی رها و لوازم را نیز م یتوان برای هر سیستم  پمپاژ موجود در پروژه (مثل سیستم  آب مخزن یا هر نوع سیستم  آب گرم) در نظر گرفت.

علاوه بر افزایش فشار استاتیکی که به واسطه ارتفاع هیدرواستاتیک ساختمان به وجود آمده است، فشارهای دینامیکی هم وجود دارند که لزوما از طریق پم پها در هر ساختمان بلندی به وجود م یآیند و این فشارها را باید به فشار استاتیکی اضافه کرد تا بتوان فشار کاری موجود در هر بخش از سیستم لوله کشی ساختمان را برآورد کرد.

فشار دینامیک موجود در پمپ تلفیق عناصر زیر خواهد بود:

  • افت حاصل از لول هکشی و اجزای مربوط به آن.
  • فشار در دورترین تجهیزات که لازمه حرکت و کارکرد دستگاه است.
  • این مقوله م یتواند شامل افت فشار در شیر کنترل دستگاه و افت حاصل از اصطکاک یا افت فشار در سرتاسر دستگاه باشد.

افزایش فشار حاصل از پمپها، زمانی به وجود م یآید که آ نها با جریان کم و نزدیک به خروجی بسته پمپ کار میکنند. تعیین فشار کاری لوله و دستگاهی که در ارتفاعات مختلف ساختمان به سیستم لوله کشی وصل شده است، امری ضروری است. این کار به واسطه افزودن حداکثر فشار هیدرواستاتیکی در یک محل

خاص به حداکثر فشار دینامیکی است که میتواند از طریق پم پها در آن نقطه و محل خاص به وجود آید. حداکثر فشار دینامیک در نظر گرفته

شده باید به میزانی باشد که توسط پمپ و با حداکثر سرعت در نزدیکی نازل پمپ به وجود آید. حتی اگر از سرع تهای مختلف پمپی هم استفاده شود باز هم باید چنین حالتی در نظر گرفته شود. چون این امکان وجود دارد که پم پها در نقطه نهایی هم با حداکثر سرعت، کار خود را انجام دهند.

چیدمان های لوله کشی آب سرد

چیدمان لوله های آب سرد در هر پروژ های با توجه به تجربه مهندس طراح تاسیسات، در محل استقرار پروژه و نیازهای پروژه با فرضیات مختلفی روبرو میشود. اساسا دو روش وجود دارد که در ساختما نهای تجاری بلند، دارای کاربرد مناسبی هستند. هر دو را هکار اصلی ممکن است توسط مهندس طراح دستخوش تغییرات گردد و منجر به اصلاح مفاهیم پایه شود. اولین روش، چیدمانی است که در آن پم پهای مربوط به قطعات چیلر آب سرد را به حلق ههای خن ککننده آب سرد و یکی دیگر از رادیاتو رهای نصب شده در پروژه منتقل م یکند که نیازمند آب سرد است. نمودار جریانی این روش در تصویر ( ۸) نشان داده شده است.

8

شکل۸

این تصویر سه چیلر را از سه قطعه خن ککننده نشان م یدهد. هر دستگاه ی کسوم کل فشار را در ساختمان جاب هجا م یکند. در بسیاری از پروژ هها معمولا از دو قطعه استفاده م یشود که هر کدام پنجاه درصد کل فشار محاسبه شده را جاب هجا م یکنند.استفاده از چهار قطعه هم امری غیرعادی نیست. دو قطعه در ی کسوم مجموع فشار محاسبه شده و دو قطعه دیگر، در کشش فشار قرار میگیرند. این ویژگی م یتواند دستگا ههایی برای عملیا تهای فشار سبک همانند نیازهای اضافی

یک مرکز داد ه محدود در داخل یک ساختمان بزرگ، تولید کند. تعداد دستگا هها و ظرفیت نسبی آ نها به عنوان تابعی از فشار کل پروژه به صورت موازنه ای است که باید به عنوان تابعی از نیازهای ساختمان و کاربری آن در ساعات کاری فوق العاده و آخر هفت هها که ممکن است نیمی از ساختمان به کار گرفته شود در نظر گرفت و توسط مهندس پروژه مطرح و بررسی شود. فراهم کردن قطعات یدکی چیلر در بیشتر ج اهایی که قطعات یدکی از طرف کارخانه یا مراکز ارائه

خدمات و فروش تامین میشوند، امری غیرمعمول و نادرست است. در بخشهایی از دنیا که دسترسی به قطعات و خدمات محدود است، تهیه و ارائه فهرست قطعات یدکی در محل کاربرد آ نها، برای دستگا ههایی که ممکن است بخشی از نیازهای پروژه باشد، امری عاقلانه و محتاطانه است. در تصویر ( ۸) علاوه بر سه قطعه، چهار پمپ آب سرد وجود دارد. هر کدام از این پم پهای آب سرد برای جریان کند و آهسته موجود در هر سیستم خن ککننده انتخاب م یشوند.

مساله مهم این است که، اگر کنترل جریان آب سرد در دستگاه انتقال حرارت تحت تاثیر شیر کنترل دوطرفه باشد، مقدار آب پمپاژ شده با توجه به فشارهای چیلرها در ساختمان متفاوت و متغیر خواهد بود. بنابراین پمپها، باید از نوع پم پهایی با جریا نهای متغیر باشند، که نیازمند موتورهایی با فرکان سهای مختلف هستند. علاوه بر این از آنجا که پم پها نقش خنک کنند هها را دارند به صورت موازی لول هکشی م یشوند. بنابراین هر دستگا ه م یتواند با هر پمپی کار کند. این ویژگی

باعث م یشود که اگر بنا به هر دلیل پمپی خراب شود، پم پهای دیگر در دسترس باشند. ظرفیت پم پها و پمپ یدک نسبتا یکسان است، چون پم پها برای تعمیر یا سرویس شدن به طور تصادفی پایین آورده میشوند و این مساله با نیازهای پروژه یا شرایط سرویس کردن خن ککنند هها هماهنگ نیست. هرچند این نکته ذکر نشده، ولی کندانسورهای روی دستگا ههای سرمایش نیز به شکلی لوله کشی میشوند که در آ نها از چهار پمپ با سه دستگاه استفاده شده است و از هر پمپ میتوان برای هر سه دستگاه استفاده کرد. این پمپهای آب کندانسور، تغییر جریانی با تغییر بار خود نخواهند داشت، بنابراین آ نها نیازمند محر کهای فرکانس متغیر نخواهند بود.دومین چیدمان شامل پم پهای اولیه و ثانویه است که در تصویر ( ۹) نشان داده شده است. در این چیدمان، برخلاف چیدمان تصویر (۸)، هر چیلر به همراه یک پمپ

اولیه اختصاصی کار م یکند که این پمپ با یک سرعت و جریان ثابت کار خواهد کرد. لول هکشی موازی خن ککنند هها و پم پها و افزودن یک قطعه یدک، امکان پذیر است.

پمپهای ثانویه دارای سرعت متغیر، که در تصویر ( ۹) نشان داده شد هاند، آب را در حلق ههای آب سرد نصب شده در تجهیزات سرمایش هوا و به الما نهای انتقال حرارت دیگری که لازمه پروژه است، توزیع م یکنند. مخالفان این چیدمان به این حقیقت اشاره م یکنند که جریان در سرتاسر هر چیلر ثابت است و تغییری نخواهد کرد؛ به این دلیل که شی رهای کنترل روی رادیاتو رها و مبد لهای حرارتی، زمانی جریان آب سرد را کم میکنند که بار سرمایشی روی حلقه یا دستگاه کاهش

یافته باشد. بیشتر تولیدکنندگان سیستم خن ککننده حداکثر سرعت ۳) است؛ m/s)10fps را در سرتاسر چیلر در نظر گرفت هاند که معمولا ((۱m/s) ۳fps ولی این میزان جریان نباید به زیر حداقل سرعت (تقریبا کاهش یابد. چیدمان لول های تصویر ( ۹) این اطمینان را حاصل م یکند که جریان ثابت است و این چیدمان هر مشکل جریان احتمالی را رفع میکند.

در چیدمان تصویر ( ۸) مسیر فرعی۱ زمانی برای پم پها لازم م یشود که کنترل ظرفیت خن کسازی در هر قطعه دستگاه انتقال حرارت از طریق شی رهای کنترل دوطرفه به دست آمده باشد. هر نوع مسیر فرعی که در چیدمان تصویر ( ۹) لازم باشد، در پم پهای ثانویه قرار خواهد گرفت. در هر مورد، سیستم تحت یک فشار سبک، آبی بیشتر از حد نیاز دستگاه انتقال حرارت پمپاژ خواهد کرد که این طرح نیازمند وجود یک مسیر فرعی برای رهاسازی آب مازاد پمپاژ شده خواهد بود؛ ولی طر حهای تکمیلی امروزی حاوی پم پهایی با سرعت متغیر هستند.

با این طراحی، جریان در یک حالت متناسب با فشار قرار خواهد گرفت و نیاز به یک مسیر فرعی نیز به وجود خواهد آمد. در هر دو تصویر ( ۸) و ۹) مسیر فرعی، نشان داده شده است و اگر از پم پهایی با سرعت متغیر استفاده شود، وجود این مسیر فرعی لازم نیست.

9

شکل۹

تاثیر مکان قطعه خنک کننده

تصمی مگیری مرتبط با سطحی که قطعات چیلر و پمپهای پشتیبانی آب سرد و آب مخزن در ساختمان روی آن مستقر میشود، م یتواند روی دستگاه چیلر، پم پها، لوله کشی و اسباب و شیرهای مربوط به لول هکشی نیز تاثیر به سزایی داشته باشد. این تاثیر اقتصادی نتیجه تغییر در طراحی فشار کاری خواهد بود که در آن همه دستگا هها، لول هها و شی رها تحت تاثیر سیستم قرار خواهند گرفت.

دستگاه خنک کننده را م یتوان در هر سطحی از یک ساختمان، از یک موتور خانه در زیرزمین تا روی پش تبام مستقر کرد. برای شرح بیشتر تاثیر مکان دستگاه خن ککننده در سطوح مختلف ساختمانی تصویر ( ۱۰ ) مکان انتخابی را در یک ساختمان ۷۰ طبقه دارای  ۹۰۰ فوت (۲۷۶cm ) بلندی به صورت حلقه های خنک کننده یا دستگاه انتقال حرارت در طبقه زیر، در یک اتاق شوفاژخانه در طبقه میانی و یک اتاق تعمیر در روی پش تبام نشان م یدهد.

در هر را هکار، مخزن بزرگ بالای ساختمان، یک مخزن باز است که در بالاترین نقطه سیستم قرار گرفته است. اگر از یک مخزن بزرگ بسته استفاده م یشد باید حداکثر فشار در نظر گرفته م یشد و به کمک آن فشار کاری سیستم نیز تعیین م یگردید. فشار کاری موجود روی دستگاه، لول هها، شی رها و اتصالات در هر مکانی از ساختمان، مجموع ارتفاع هیدرواستاتیک آب بالای نقطه مورد نظر و فشار دینامیک تولید شده توسط پمپ در آن نقطه است. فشارهای هیدرواستاتیک و دینامیک بر اساس آب تعیین م یشوند. مجموع این فشارها فشار کلی یا فشار کاری در نقطه مورد نظر نامیده م یشود. برای تعیین فشار کاری  درPSIG باید فشار کلی پایه را بر عدد۲٫۳۱ تقسیم کرد . این فاکتور ضریب تبدیل فشار از فوت آب به PSIG است. به طور مثال در در راه کار A نشان داده شده در تصویر ۱۰ ارتفاع عمودی ستون آب بالای دستگاه خنک کننده ۲۷۶ سانتی متر است.

بنابراین فشار کلی مجموع این دو فشار ft (43m) در حدود ۱۰۴۰ م یباشد که وقتی تقسیم بر ۲٫۳۱ شود فشار کاری ۳۱۰۰ کیلوپاسکال را روی ماشین دارد. محاسبات انجام شده برای انتخاب مکان دستگاه خنک کننده در سطح میانی ساختمان و در بالای ساختمان در تصویر ( ۱۰ ) نشان داده شد ه است. فشار کاری روی دستگاه خنک کننده مستقر در سطح میانی ساختمان  (۱۷۶۰ KPa) و۲۵۵PSIG است. فشار (۴۴۸KPa) 65PSIG کاری استاندارد برای کولرها و مخازن تراکمی موجود روی دستگا ههای برای دستگاه مستقر در بالای ساختمان خنک کننده بزرگ در همه کارخان ههای بزرگ ایالات متحده    ۱۰۰۰KPa است. دستگا هها را میتوان با یک هزینه مازاد، برای هر فشار کاری بیش از ۱۰۰۰ کیلو پاسکال تولید کرد. افزایش هزینه مخزن برای هر واحد افزایش فشاری کاری بالاست. بنابراین تعیین و شناسایی دقیق فشار کاری موجود در کولر و مخزن دستگاه های خنک کننده برای مهندس طراح امری حیاتی است.

اگر پمپ آب سرد به جای محل مکش در سمت تخلیه قرار بگیرد، فشار کاری کم م یشود. اگر این عمل انجام شود، فشار باق یمانده پمپ در محفظ ههای آب دستگاه خن ککننده به حداقل ممکن خواهد رسید و فشار کاری مخزن تا حد مجموع فشار هیدرواستاتیک و فشار دینامیک حاصله از پم پها کاهش م ییابد. این امر م یتواند منجر به کاهش هزینه دستگاه های خنک کننده شود؛ ولی فشار پر هها، لوله و ضخامت دیواره پمپ را تغییر نخواهد داد، به این دلیل که فشار طراحی باید مجموع فشار استاتیک و دینامیک باشد.

10

تصویر ۱۰

منبع: نشریه تهویه مطبوع

0 پاسخ

ارسال یک پاسخ

می خواهید در گفتگو ها شرکت کنید؟
Feel free to contribute!

پاسخی بگذارید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *