محاسبه دبی آب مصرفی

برای محاسبه دبی آب مصرفی روش‌های مختلفی وجود دارد.

1. روش امریکایی که به روش هانتر یا روش F.U هم شناخته می‌شود (در مبحث 16 ساختمان هم بر همین اساس میزان آب مصرفی تعیین می‌شود).
2. روش فرانسوی
3. جدول از پیش محاسبه شده – روش سریع
4. نمودار  AWWA– نمودار لگاریتمی (Peak flow/Mean flow)
5. روش آلمانی (استاندارد DIN)

در اینجا چهار روش رایج اول را بررسی کرده و بهترین روش را معرفی می‌کنیم.

محاسبه دبی آب مصرف با استفاده از روش امریکایی یا روش هانتر (روش F.U)

این روش که به روش هانتر هم مشهور است و در مبحث 16 ساختمان هم بر اساس جداول همین روش، F.Uها را محاسبه می‌کنیم و تبدیل به گالن بر دقیقه می‌کنیم.

دبی یا آبدهی (Flow Rate):

دبی آبی که در لوله‌ها، رایزرها، شاخه‌های اصلی و… جریان دارد، به ندرت برابر با مجموع دبی‌های آب وسایل بهداشتی مصرف‌کننده است. به بیان دیگر احتمال اینکه تمام وسایل مصرف‌کننده آب (شیر آشپزخانه‌ها، روشویی‌ها، دوش حمام‌ها و …) همگی در یک زمان باز باشند بسیار کم است. علاوه بر این الگوی آب مصرفی در طول شبانه روز متغیر بوده و در تمامی ساعت یکسان نیست که این امر را می‌توان به روشنی در تصویر زیر مشاهده کرد.

بر همین اساس مقدار واقعی آب مصرفی را که یکی از دو پارامتر اصلی برای انتخاب پمپ‌ها است را نمی‌توان به شکل دقیق و بر مبنای یک روش استاندارد مشخص تعیین کرد.

برای تعیین دبی آب مصرفی خانگی همیشه باید دو اصل اساسی را مدنظر قرار داد:

حداقل آب مورد نیاز انسان تا حدود بسیار زیادی به تعداد اعضای خانواده، سطح زندگی، رفاه و فرهنگ جامعه، آب مورد نیاز برای آبیاری باغ یا فضای سبز و مواردی از این قبیل، بستگی دارد. اما بطور معمول یک انسان در محدوده‌ی بین 30 تا 80 گالن مصرف دارد (113 تا 300 لیتر).

آمارها نشان می‌دهند که هر انسان به طور متوسط 100 تا 250 لیتر آب در شبانه روز مصرف می‌کند. در کشور ما ایران این مقدار به طور متوسط حدود 150 لیتر در شبانه روز است. برای برآورد مقدار آب مصرفی از معیاری به نام واحد مصرف استفاده می‌شود.

واحد مصرف:

در روش امریکایی میزان مصرف آب وسایل بهداشتی مختلف غالبا برحسب واحد مصرف تخمین زده می‌شود. در کتاب محاسبات تاسیسات ساختمانی و استانداردها، یک واحد مصرف برابر با 7.5 گالن بر دقیقه (7.5 gpm) بوده که معادل 0.5 لیتر بر ثانیه یا 30 لیتر بر دقیقه است، و این میزان برای مصرف یک شیر ساده (بطور مثال شیر روشویی) تعریف شده است. واحد مصرف در جداول استاندارد  و در مبحث 16 ساختمان برای وسایل مختلف مشخص شده است.

بار تقاضا:

همانطور که قبلا گفتیم احتمال استفاده همزمان از تمام وسایل بهداشتی موجود در ساختمان بسیار کم است. به هیمن خاطر طراحی سیستم و تعیین قطر لوله‌ها براساس حاصل جمع واحدهای مصرف باعث برآورد بیش از حد دبی و تحمیل هزینه‌های زیاد می‌شود. میزان مصرف آب در مدت زمان کوتاهی از شبانه‌روز حداکثر و در ساعات دیگر حداقل و حتی صفر خواهد بود.

به منظور تخمین میزان واقعی مصرف آب در یک ساختمان، باید واحدهای مصرف استخراج شده از جداول در ضریبی به نام ضریب همزمانی ضرب شود.

سپس به کمک نمودارهای تبدیل F.U به gpm می‌توان میزان واقعی مصرف آب را برحسب گالن بر دقیقه برای واحدهای مصرف مختلف با در نظر گرفتن ضریب همزمانی بدست آورد.

در هنگام استفاده از این منحنی‌ها باید به این نکته توجه داشت که منحنی‌های شماره 1 برای ساختمان‌هایی است که توالت آن‌ها دارای فلاش ولو (شیر فشاری) بوده و منحنی‌های شماره 2 برای ساختمان‌هایی است که توالت آنها دارای فلاش تانک (شیر مخزنی) می‌باشد.

بنابراین برای محاسبه‌ی دبی در روش امریکایی برای تعیین میزان واقعی مصرف آب در هر بخش از سیستم ابتدا باید مجموع واحدهای مصرف وسایل بهداشتی آن بخش را از جداول مرجع استخراج کرده، ضریب همزمانی را در نظر گرفته و در نهایت با توجه به نوع ساختمان به منحنی متناسب با آن مراجعه کرده و F.U را به gpm تبدیل کنیم.

ذکر این نکته لازم است که نمودارهای فوق تنها در ارتباط با وسایل بهداشتی آمده در جداول مرجع هستند و اگر در سیستم مصرف‌کننده‌های دیگری مانند تجهیزات حرارت مرکزی، تهویه مطبوع و … وجود داشته باشند، باید میزان مصرف این تجهیزات جداگانه محاسبه شود و به میزان مصرف واقعی آب اضافه شود. همچنین برای محاسبه واحد مصرف تجهیزانی که در داخل جدول وجود ندارند باید از تجهیزات مشابه موجود در جداول استفاده شود.

علاوه بر این تعداد فیکسچر یونیت لوازمی که دارای شیر مخلوط هستند در جداول بر مبنای 75% کل فیکسچر یونیت آمده است محاسبه می‌شود ولی برای تعیین میزان مصرف کل آب باید از ستون اعداد مربوط به مجمع که در جداول بصورت جداگانه آمده است استفاده کنیم.

تذکر: در روش امریکایی یا هانتر (براساس F.U ) دبی آب مصرفی معمولا بیشتر از میزان واقعی محاسبه می‌شود. زمانی که از این روش استفاده می‌شود، یکی راه‌حلی که طراح برای انتخاب پمپ باید در نظر می‌گیرد این است که دبی بدست آمده از این روش را بر 2 تقسیم می‌کند تا دو پمپ با کارکرد 50 درصد انتخاب شود.

در اینصورت با شروع مصرف پمپ اول بوستر پمپ وارد مدار می‌شود و با افزایش مصرف اگر نتوانست نیاز سیستم را برطرف کند پمپ دوم وارد مدار می‌شود. البته با توجه به اینکه احتمال اینکه هر دو پمپ باهم روشن شوند بسیار کم است (چون دبی محاسبه شده خیلی بالاتر از نیاز واقعی تخمین زده شده) می‌توان با یک پمپ هم نیاز آب مصرفی را تامین کرد و پمپ رزرو در نظر گرفته نشود اما باید به این نکته توجه داشت که حضور پمپ رزرو برای مواقعی که پمپ اصلی نیاز به تعمیر و تعویض قطعه‌ای دارد ضروری است و در صورت در نظر نگرفتن پمپ رزرو در این مواقع، آبرسانی به ساختمان مختل خواهد شد.

نکته مهم: بخاطر اینکه خیلی‌ها براساس مبحث 16 که بر مبنای روش هانتر است بسیاری از طراحان دبی آب مصرفی ررا از این روش محاسبه می‌کنند و نتیجه آن این می‌شود که پمپ با دبی بالا انتخاب شود و هزینه‌ی زیادی را برای مصرف کننده به همراه دارد زیرا دبی بیشتر نیاز به پمپ‌ بزرگتری دارد که خود منجر به افزایش قیمت پمپ می‌شود. علاوه بر این هزینه‌ی مصرف برق و استهلاک پمپ نیز بیشتر خواهد شد.

در بسیاری از پروژه‌های تاسیساتی شاهد این هستیم که فردی که وظیفه تامین و نگهداری تجهیزات را به عهده دارد، متذکر می‌شود که بطور مثال پمپ آبرسانی ساختمان سه پمپه است (سه خط) که دو پمپ اصلی و یک پمپ رزرو دارد، هیچوقت پمپ دوم روشن نمی‌شود، علت چیست؟ علت آن محاسبه‌ی دبی مصرفی براساس همین روش هانتر است که اصطلاحا دبی را Over تخمین می‌زند.

به همین خاطر لطفا از روش هانتر برای تعیین دبی بوستر پمپ آبرسانی استفاده نکنید.

محاسبه دبی مصرفی با روش فرانسوی

در این روش برای محاسبه‌ی میزان آب مصرفی، میزان مصرف به دو بخش مصارف کوچک و مصارف بزرگ تقسیم می‌شود.

1- محاسبه دبی برای برای مصارف کوچک

در این حالت ابتدا میزان مصرف روزانه را به کمک جدول زیر و یا سایر جداول مشابه محاسبه می‌کنیم. سپس دبی کل مصرفی روزانه از مجموع کل مقادیر مصرفی بدست می‌آید.

در نهایت برای بدست آوردن دبی مصرفی ساعتی، عدد بدست آمده از حاصل جمع مقادیر مصرفی دبی را بر 3 تقسیم می‌کنیم.

2- مصارف بزرگ

ابتدا مقدار کل مصرف تمام تجهیزات در طرح را براساس داده‌های جداول مرجع این روش محاسبه می‌کنیم. سپس با کمک ضرایب توزیع همزمانی مصرف که آن هم در جداول ذکر شده است، مقدار آب مورد نیاز را با در نظر گرفتن احتمال مصرف همزمان بدست می‌آوریم که عبارت است از حاصلضرب مقدار کل مصرف ضربدر ضریب همزمانی.

در روش فرانسوی برای ساده‌تر شدن کار می‌توان از جدول از پیش محاسبه شده زیر براساس نوع آپارتمان و تعداد واحدهای آن استفاده نمود.

تعیین دبی آب مصرفی با استفاده از جداول از پیش تعیین شده

در این روش که در کتاب “مرجع محاسبات تاسیسات مکانیکی ساختمان نالیف مهندس وحید وکیل‌الرعایا” آمده است، با استفاده از دو جدول به راحتی و با تقریب نسبتا خوبی می توان هد و دبی بوستر پمپ را محاسبه کرد.

جدول دبی آب مصرفی در ساختمان‌ها

برای مشخص شدن حداکثر دبی آب مصرفی در یک ساختمان مسکونی با استفاده از جدول فوق ابتدا از ستون سمت راست تعداد واحد مسکونی را پیدا می‌کنیم و سپس  در سطر متناظر آن در جهت افقی حرکت می‌کنیم. در نهایت میزان دبی آب مصرفی با توجه به اینکه واحد تک حمامه یا دو حمامه است، از محل تلاقی سطر تعداد واحدها با ستون متناسب با نوع واحد بدست می‌آید.

به عنوان مثال دبی آب برای یک ساختمان 50 واحده که واحدهای آن تک حمامه هستن 14 متر مکعب بر ساعت (234 لیتر بر دقیقه) بدست می‌آید.

برای تعیین دبی آب مصرفی برای ساختمان‌های اداری، هتل‌ها و بیمارستان‌ها نیز به کمک جدول زیر ابتدا از ستون سمت راست تعداد کارکنان اداری، یا مسافران هتل و یا تعداد تخت بیمارستان را پیدا می‌کنیم و با حرکت افقی در سطر متناظر آن در محل تلاقی با ستون مربوطه (بیمارستان، هتل، و یا ساختمان اداری) دبی آب مصرفی به راحتی بدست می‌آید.

به عنوان مثال دبی آب مصرفی برای یک هتل با 500 مسافر 69 متر مکعب بر ساعت است.

لازم به یادآوری است که هر دبی 1 مترمکعب بر ساعت معادل 4.4 گالن آمریکایی بر دقیقه است.

تعیین دبی آب مصرفی با استفاده از  نمودار AWWA

در این روش ابتدا میزان کل مصرف روزانه را براساس یکسری پیش‌فرض‌ها محاسبه کرده، سپس به نمودار AWWA مراجعه می‌کنبم و از تقاطع خط مصرف روزانه با نمودار، نسبت دبی در حالت بیشینه مصرف به دبی در حالت میانگین مصرف را بدست می‌آوریم. در نهایت از حاصلضرب ضریب استخراج شده با میزان مصرف کل در 12 ساعت، دبی آب مصرفی بدست می‌آید.

این روش را با ذکر یک مثال توضیح می‌دهیم.

مثال: فرض کنید یک ساختمان مسکونی دارای 45 واحد است. برای تامین فشار و آبرسانی این ساختمان به یک بوسترپمپ آبرسانی نیاز داریم. دبی ب مصرفی را به روش AWWA محاسبه می‌کنیم.

روش محاسبه:

فرض بر این است در هر واحد ساختمان 4 نفر سکونت دارند. در این صورت در این ساختمان که 45 واحد دارد، در مجموع 180 نفر زندگی می‌کنند. سرانه مصرف آب برای هر نفر 150 لیتر در شبانه روز است. در نتیجه کل مصرف آب این ساختمان 27000 لیتر در روز خواهد بود.

می‌دانیم برای تبدیل لیتر به گالن باید آن را بر 3.78 تقسیم کنیم. در نتیجه با تقسیم 27000 لیتر بر 3.78، مصرف روزانه برحسب گالن برابر با 7142 خواهد شد.

فرض دیگری که در روش AWWA وجود دارد این است که ساعت بیداری افراد در ساختمان که در طی آن آب مصرف می‌کنند 12 تا 18 ساعت است که بطور معمول 12 ساعت در شبانه‌روز در نظر می‌گیریم. در نتیجه:

27000 Lit/Day  ÷ 12 = 2250 Lit/hr  (میزان آب مصرفی ساختمان برای 12 ساعت)

با مراجعه به نمودار AWWA و تقاطع کل مصرف روزانه (یعنی 7142 گالن در روز) ضریب Peak Flow به Mean Flow تقریبا 3.4 بدست خواهد آمد.

در نهایت دبی از حاصلضرب ضریب بدست آمده (3.4) در میزان مصرف کل برای 12 ساعت از شبانه روز بدست می‌آید:

Q = 2250 Lit/hr × 3.4 = 7650 Lit/Day = 34 gpm

محاسبه فشار بوستر پمپ آبرسانی در ساختمان‌ها

مطابق با مقررات مبحث 16 ساختمان در بخش پیوست یک، افت فشار شبکه آبرسانی ناشی از عوامل زیر است:

• افت فشار در کنتور ورودی به ساختمان
• اختلاف فشار ناشی از اختلاف ارتفاع سطح نصب کنتور تا بالاترین نقطه شبکه لوله کشی آب ساختمان
• افت فشار در لوله‌ها با توجه به روش محاسبه‌س مقدار جریان
• حداقل فشار لازم در پشت شیرهای برداشت آب
• افت فشار در اتصالات، زانوها، شیرها و سایر اجزای سیستم لوله‌کشی