مقاله و پروژه تهویه مطبوع

مقاله و پروژه تهویه مطبوع

سیستم های آبرسانی

طراحی و نقشه لوله کشی سیستم های آبرسانی برای ساختمان های 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 می گذارد. لوله کشی آب داخلی و لوله آبپاش به خاطر جزییات دقیق طراحی کمتر با مشکلات هیدرواستاتیک مواجه 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 پمپاژ شده آن در هیچ نقطه ای در معرض جو و اتمسفر قرار نمی گیرد. نمونه سیستم های آبی سرپوشیده و بسته در یک ساختمان می تواند سیستم های آبی سرد و گرم باشد که آب را به دستگاه های انتقال حرارت مختلفی می فرستند که وظیفه این دستگاه ها تهیه هوای مطبوع برای ساختمان است. این سیستم ها همیشه حاوی مخزن بزرگی هستند که  می تواند یک مخزن بزرگ باز یا بسته باشد. مخزن بزرگ باز همیشه در بالاترین نقطه سیستم های قرار می گیرد و رو به جو باز است (سطح رویی مخزن باز است) ولی میزان آب در مخزن تا اندازه ای دارای اهمیت است که به مفهوم یک سیستم آبی بسته (یعنی سیستمی که در معرض هوا قرار ندارد) صدمه نزند.

یک سیستم باز سیستمی است که در آن جریان پمپاژ شده، در یک یا چند نقطه در سیستم لوله ای در معرض فشار هوا قرار می گیرد. به عنوان مثال برج خنک کننده در نقطه ای در معرض هوا قرار می گیرد، که آب به داخل برج خنک کننده تخلیه می شود و در حوضچه برج خنک کننده در معرض هوای باز قرار می گیرد. اگر به جای یک برج خنک کننده از یک کولر تبخیری یا یک کولر خشک استفاده شود، حرارت را از دستگاه سرمایش منتقل می کند، 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 می شود؛ ولی معمولا از آنها برای جابجایی حرارت از سیستم های سرمایش فرعی در بخش هایی از ساختمان های تجاری بلند استفاده می شود. آنها بیشتر در فضاهای مخزن خنک کننده اضافی یا روی یک ایستگاه عملیاتی بزرگ مثل یک مرکز اطلاعات نصب می شوند.

همانطور که در کتاب Ashrae بخش تجهیزات آمده است، تفاوت اصلی بین هیدرولیک سیستم های باز و بسته این است که ویژگی های خاص هیدرولیکی سیستم های باز نمی توانند در سیستم های بسته نمایان شوند. به طور مثال برخلاف ویژگی های هیدرولیکی یک سیستم باز، خصوصیات یک سیستم بسته عبارتند از:

• جریان با تفاوت های فشاری استاتیک، تحریک نمی شود.
• پمپ های فشار، بالابرنده استاتیکی را تامین نمی کنند.
• 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 می آید. این فشار هیدرواستاتیک نه تنها روی لوله کشی، اسباب و شیرهای مربوط به آن، بلکه روی تجهیزات نصب شده در ساختمان نیز تاثیر می گذارد. در مورد سیستم  آب سرد احتمالا از دستگاهی استفاده می شود که شامل قطعات خنک کننده، لوله کشی مخصوص به پمپ های آب سرد، رادیاتورهای خنک کننده نصب شده در سیستم های سرمایش هوا و مبدل های حرارتی است. فهرست مشابهی از لوله ها، شیرها و لوازم را نیز می توان 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 پمپ ها در هر ساختمان بلندی به وجود می آیند 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 لوله کشی و اجزای مربوط به آن.
• فشار در دورترین تجهیزات که لازمه حرکت و کارکرد دستگاه است.

این مقوله می تواند شامل افت فشار در شیر کنترل دستگاه و افت حاصل از اصطکاک یا افت فشار در سرتاسر دستگاه باشد.

افزایش فشار حاصل از پمپ ها، زمانی به وجود می آید که آنها با جریان کم و نزدیک به خروجی بسته پمپ کار می کنند. 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 می تواند از طریق پمپ ها 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 سرعت های مختلف پمپی هم استفاده شود باز هم باید چنین حالتی در نظر گرفته شود. چون این امکان وجود دارد که پمپ ها 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 پروژه ای با توجه به تجربه مهندس طراح تاسیسات، در محل استقرار پروژه و نیازهای پروژه با فرضیات مختلفی روبرو می شود. اساسا دو روش وجود دارد که در ساختمان های تجاری بلند، دارای کاربرد مناسبی هستند. هر دو راهکار اصلی ممکن است توسط مهندس طراح دستخوش تغییرات گردد و منجر به اصلاح مفاهیم پایه شود. اولین روش، چیدمانی است که در آن پمپ های مربوط به قطعات چیلر آب سرد را به حلقه های خنک کننده آب سرد و یکی دیگر از رادیاتورهای نصب شده در پروژه منتقل می کند که نیازمند آب سرد است.

شکل 8: چیدمان های لوله کشی آب سرد

این تصویر سه چیلر را از سه قطعه خنک کننده نشان می دهد. هر دستگاه یک سوم کل فشار را در ساختمان جابجا می کند. در بسیاری از پروژه ها معمولا از دو قطعه استفاده می شود که هر کدام پنجاه درصد کل فشار محاسبه شده را جابجا می کنند. استفاده از چهار قطعه هم امری غیرعادی نیست. دو قطعه در یک سوم مجموع فشار محاسبه شده و دو قطعه دیگر، در کشش فشار قرار می گیرند. این ویژگی می تواند دستگاه هایی برای عملیات های فشار سبک همانند نیازهای اضافی یک مرکز داده محدود در داخل یک ساختمان بزرگ، تولید کند. تعداد دستگاه ها و ظرفیت نسبی آنها 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 هفته ها 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 جاهایی که قطعات یدکی از طرف کارخانه یا مراکز ارائه خدمات و فروش تامین می شوند، امری غیر معمول و نادرست است.

در بخش هایی از دنیا که دسترسی به قطعات و خدمات محدود است، تهیه و ارائه فهرست قطعات یدکی در محل کاربرد آنها، برای دستگاه هایی که ممکن است بخشی از نیازهای پروژه باشد، امری عاقلانه و محتاطانه است. در تصویر (8) علاوه بر سه قطعه، چهار پمپ آب سرد وجود دارد. هر کدام از این پمپ های آب سرد برای جریان کند و آهسته موجود در هر سیستم خنک کننده انتخاب می شوند.

مساله مهم این است که، اگر کنترل جریان آب سرد در دستگاه انتقال حرارت تحت تاثیر شیر کنترل دو طرفه باشد، مقدار آب پمپاژ شده با توجه به فشارهای چیلرها در ساختمان متفاوت و متغیر خواهد بود. بنابراین پمپ ها، باید از نوع پمپ هایی با جریان های متغیر باشند، که نیازمند موتورهایی با فرکانس های مختلف هستند. علاوه بر این از آنجا که پمپ ها نقش خنک کننده ها را دارند به صورت موازی لوله کشی می شوند. بنابراین هر دستگاه می تواند با هر پمپی کار کند.

این ویژگی باعث می شود که اگر بنا به هر دلیل پمپی خراب شود، پمپ های دیگر در دسترس باشند. ظرفیت پمپ ها و پمپ یدک نسبتا یکسان است، چون پمپ ها برای تعمیر یا سرویس شدن به طور تصادفی پایین آورده می شوند و این مساله با نیازهای پروژه یا شرایط سرویس کردن خنک کننده ها هماهنگ نیست. هر چند این نکته ذکر نشده، ولی کندانسورهای روی دستگاه های سرمایش نیز به شکلی لوله کشی می شوند که در آنها از چهار پمپ با سه دستگاه استفاده شده است و از هر پمپ می توان برای هر سه دستگاه استفاده کرد. این پمپ های آب کندانسور، تغییر جریانی با تغییر بار خود نخواهند داشت، بنابراین آنها نیازمند محرک های فرکانس متغیر نخواهند بود. دومین چیدمان شامل پمپ های اولیه و ثانویه است که در تصویر (9) نشان داده شده است. در این چیدمان، برخلاف چیدمان تصویر (8)، هر چیلر به همراه یک پمپ اولیه اختصاصی کار می کند که این پمپ با یک سرعت و جریان ثابت کار خواهد کرد. لوله کشی موازی خنک کننده ها و پمپ ها و افزودن یک قطعه یدک، امکان پذیر است.

پمپ های ثانویه دارای سرعت متغیر، که در تصویر (9) نشان داده شده اند، آب را در حلقه های آب سرد نصب شده در تجهیزات سرمایش هوا و به المان های انتقال حرارت دیگری که لازمه پروژه است، توزیع می کنند. مخالفان این چیدمان به این حقیقت اشاره می کنند که جریان در سرتاسر هر چیلر ثابت است و تغییری نخواهد کرد؛ به این دلیل که شیرهای کنترل روی رادیاتورها و مبدل های حرارتی، زمانی جریان آب سرد را کم می کنند که بار سرمایشی روی حلقه یا دستگاه کاهش یافته باشد. بیشتر تولیدکنندگان سیستم خنک کننده حداکثر سرعت 3m/s) 10 fps) است؛ را در سرتاسر چیلر در نظر گرفته اند که معمولا 1m/s) 3fps) ولی این میزان جریان نباید به زیر حداقل سرعت تقریبا کاهش یابد. چیدمان لول های تصویر (9) این اطمینان را حاصل می کند که جریان ثابت است و این چیدمان هر مشکل جریان احتمالی را رفع می کند.

در چیدمان تصویر (8) مسیر فرعی 1 زمانی برای پمپ ها لازم می شود که کنترل ظرفیت خنک سازی در هر قطعه دستگاه انتقال حرارت از طریق شیرهای کنترل دو طرفه به دست آمده باشد. هر نوع مسیر فرعی که در چیدمان تصویر (9) لازم باشد، در پمپ های 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 طرح های تکمیلی امروزی حاوی پمپ هایی 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 (8) و (9) مسیر فرعی، نشان داده شده است و اگر از پمپ هایی با سرعت متغیر استفاده شود، وجود این مسیر فرعی لازم نیست.

شکل 9: طراحی پمپ های اولیه و ثانیویه

تاثیر مکان قطعه خنک کننده

تصمیم گیری مرتبط با سطحی که قطعات چیلر و پمپ های پشتیبانی آب سرد و آب مخزن در ساختمان روی آن مستقر می شود، می تواند روی دستگاه چیلر، پمپ ها، لوله کشی و اسباب و شیرهای مربوط به لوله کشی نیز تاثیر به سزایی داشته باشد. این تاثیر اقتصادی نتیجه تغییر در طراحی فشار کاری خواهد بود که در آن همه دستگاه ها، لوله ها و شیرها تحت تاثیر سیستم قرار خواهند گرفت.

دستگاه خنک کننده را می توان در هر سطحی از یک ساختمان، از یک موتور خانه در زیرزمین تا روی پش تبام مستقر کرد. برای شرح بیشتر تاثیر مکان دستگاه خنک کننده در سطوح مختلف ساختمانی تصویر (10) مکان انتخابی را در یک ساختمان 70 طبقه دارای 900 فوت (276cm) بلندی به صورت حلقه های خنک کننده یا دستگاه انتقال حرارت در طبقه زیر، در یک اتاق شوفاژ خانه در طبقه میانی و یک اتاق تعمیر در روی پشت بام نشان می دهد.

تاثیر مکان دستگاه خنک کننده در سطوح مختلف ساختمانی

در هر راهکار، مخزن بزرگ بالای ساختمان، یک مخزن باز است که در بالاترین نقطه سیستم قرار گرفته است. اگر از یک مخزن بزرگ بسته استفاده می شد باید حداکثر فشار در نظر گرفته می شد و به کمک آن فشار کاری سیستم نیز تعیین می گردید. فشار کاری موجود روی دستگاه، لوله ها، شیرها 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 می شوند. مجموع این فشارها فشار کلی یا فشار کاری در نقطه مورد نظر نامیده  می شود. برای تعیین فشار کاری در PSIG باید فشار کلی پایه را بر عدد 2.31 تقسیم کرد. این فاکتور ضریب تبدیل فشار از فوت آب به PSIG است. به طور مثال در راهکار A نشان داده شده در تصویر 10 ارتفاع عمودی ستون آب بالای دستگاه خنک کننده 276 سانتی متر است.

بنابراین فشار کلی مجموع این دو فشار  (43 m) در حدود 1040ft می باشد که وقتی تقسیم بر 2.31 شود فشار کاری 3100 کیلوپاسکال را روی ماشین دارد. محاسبات انجام شده برای انتخاب مکان دستگاه خنک کننده در سطح میانی ساختمان و در بالای ساختمان در تصویر (10) نشان داده شده است.

فشار کاری روی دستگاه خنک کننده مستقر در سطح میانی ساختمان  (1760 KPa) و 255 PSIG است. فشار 448KPa) 65 PSIG) کاری استاندارد برای کولرها و مخازن تراکمی موجود روی دستگاه های برای دستگاه مستقر در بالای ساختمان خنک کننده بزرگ در همه کارخانه های بزرگ ایالات متحده 1000 KPa است. دستگاه ها را می توان با یک هزینه مازاد، برای هر فشار کاری بیش از 1000 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 می شود. اگر این عمل انجام شود، فشار باقیمانده پمپ در محفظه های آب دستگاه خنک کننده به حداقل ممکن خواهد رسید و فشار کاری مخزن تا حد مجموع فشار هیدرواستاتیک و فشار دینامیک حاصله از پمپ ها کاهش می یابد. این امر می تواند منجر به کاهش هزینه دستگاه های خنک کننده شود؛ ولی فشار پره ها، لوله و ضخامت دیواره پمپ را تغییر نخواهد داد، به این دلیل که فشار طراحی باید مجموع فشار استاتیک و دینامیک باشد.

این مطلب بروزرسانی شد و فایل پروژه تهویه مطبوع با شکل و محاسبات کامل به موضوعات زیر پیوست شد.

• مقدمه
• محاسبات بار گرمای
  • بار گرمایی طبقه اول
  • بار گرمایی طبقات دوم و سوم
  • بار گرمایی طبقه چهارم
  • بار گرمایی کل ساختمان
• محاسبه مقدار آب گرم مصرفی
• محاسبه ظرفیت دیگ
• محاسبه ظرفیت مشعل
• محاسبه مصرف سوخت دیگ
• محاسبه حجم منبع انبساط
• محاسبات تعداد پره های رادیاتورها
• محاسبات پمپ
• محاسبات بار سرمایی
  • الف- بار سرمایی طبقه اول
  • ب- بار سرمایی طبقات دوم و سوم
  • ج- بار سرمایی طبقه چهارم
  • د- بار کل ساختمان
•  انتخاب چیلر
• طراحی برج خنک کن
• محاسبات پمپ های سیستم سرمایش
• منبع انبساط
• انتخاب فن کویل

حتما بخوانید:

⇐ طراحی تهویه مطبوع در صنایع نساجی

⇐ کتابچه طراحی سیستم تهویه مطبوع

⇐ سیستم های نوین تهویه مطبوع

⇐ دستگاه های تهویه مطبوع