لوله کشی و فشار آب در ساختمانهای بلند مرتبه

ساختمان های بلند مرتبه دارای سیستم های لوله کشی بسیار پیچیده و چالش برانگیزی هستند. متاسفانه دستورالعمل، ضابطه یا مقررات لوله کشی زیادی وجود ندارد که به طور خاص به چگونگی طراحی یک ساختمان مرتفع از منظر صرفه جویی در مصرف انرژی ، صرفه جویی در مصرف آب و ایجاد تأسیسات ساختمانی پایدار و ایمن برای مالک و ساکنین بپردازد.

هدف اصلی هر ضابطه یا مقررات در زمینه لوله کشی این دسته از ساختمانها باید معطوف به جلوگیری از برگشت جریان ، نحوه مقابله با فشارهای حداقلی و حداکثری در ساختمان، ایجاد شبکه لوله کشی فاضلاب و هواکش فاضلاب مناسب باشد.

مشکلات در ساختمانهای بلند مرتبه شامل موارد زیر است:

• مشکلات تامین فشار(مثلا انتخاب بوستر پمپ)
• مشکلات مربوط به فشارهای حداکثری و حداقلی
• مشکل کاویتاسیون (مرتبط با فشار اشباع آب)
• مسائل مربوط به پمپاژ آب گرم مصرفی
• مسائل مربوط به دفع فاضلاب و لوله هواکش

ضابطه ها و یا مقررات لوله کشی کنونی، بسیاری از موضوعات مهندسی در زمینه تاسیسات بهداشتی ساختمان را روشن نمیکند و در نتیجه نمیتوان در بسیاری از مواقع یک سیستم لوله کشی با مصرف انرژی بهینه و کارآمد یا پایدار را یافت. یکی از رایج­ترین مشکلاتی که میتوان در سیستم های لوله کشی ساختمان های بلند مرتبه پیدا کرد ، مشکلات مربوط به منطقه بندی فشاری ساختمان است. مشکلات زمانی رخ می دهد که طراح لوله کشی یا پیمانکار طراحی ساختمان به حداقل نیازهای فشار و حداکثر نیازهای فشار در سیستم لوله کشی توجه نمیکند.

این مقررات بیانگر ویژگیهای حداقلی است و طبعا بمنظور بهینه کردن هزینه های اولیه(خرید و نصب سیستمها، تجهیزات و مصالح) و هزینه جاری ساختمان(هزینه انرژی و سرویس و نگهداری) تدوین شده است. البته لازم به ذکر است که غالباً ، ساختمانهای بلند مرتبه چهار برابر ساختمانهایی که دارای سیستم پمپ تقویت کننده آب خانگی با مهندسی مناسب هستند ، انرژی مصرف می کنند.

در یک ساختمان بلندمرتبه معمولی، بمنظور تامین فشار از یک بوستر پمپ استفاده میشود که در زیرزمین قرار میگیرد. در طبقه های پایینی ساختمان که توسط این پمپ تغذیه میشوند باید شیر فشارشکن نصب گردد. این نوع طراحی سیستم یعنی یک بوستر پمپ به همراه شیرهای فشارشکن، یک سیستم لوله کشی ناکارآمد در مصرف انرژی و نگهداری است. اما بدلیل سادگی طرح، متاسفانه بسیار مورد استفاده واقع میشود.

شیرهای فشارشکن 

 در بیشتر ساختمانهای بلند، شیرهای فشارشکن(که میتوان آین شیرها را شیرهای اتلاف انرژی نامید) در طبقات پایین (که میزان فشار آب بالایی به جهت نزدیکی به بوستر پمپ دارند) نصب میشوند و در نتیجه در بالاترین منطقه فشاری، یعنی در 10 طبقه بالایی ساختمان، هیچ شیرفشارشکنی وجود ندارد. این نوع طراحی میلیونها تومان انرژی را در طول عمر ساختمان هدر خواهد داد. شیرهای فشار شکن و بوستر پمپ ها سطح کیفی متفاوتی دارند و اغلب در ساختمانهای بلند ساخته شده ، این شیرها و پمپ ها ممکن است از کیفیت پایینی برخوردار باشند و از انواع ارزانی انتخاب شده باشند که معمولاً زودخراب می شوند. بوستر پمپ های بی کیفیت معمولا دارای خرابی زودهنگام و بروز نشتی در آب بندی میشوند. شیرهای فشارشکن با کیفیت پایین معمولاً دچار خوردگی شده و این در حالی است که در صورت طراحی نادرست و افزایش فشار بیش از حد مجاز حتی شیرهای فشارشکن با کیفیت بالا نیز دچار مشکلاتی در آب بندی می شوند.هنگامی که شیر فشارشکن فرسوده می شود، هزینه زیادی برای خرید قطعات و تعویض صرف میشود. با ادامه خرابی، این شیر نمیتواند وظیفه خود را بدرستی انجام دهد. در نتیجه فشار پایین دست افزایش یافته و پدیده هایی چون ترکیدگی لوله، خرابی شیرالات بهداشتی، بروز نشتی اجتناب ناپذیر است.

منطقه بندی فشار در لوله کشی ساختمانهای بلند مرتبه

در طراحی سیستم آبرسانی ساختمانهای بلند مرتبه، منطقه بندی فشاری بیشتری برای ساختمان لازم است. هرچه ساختمان بلندتر باشد، در طبقات پایین، منطقه های فشاری باید فشار بالاتری را تجربه کنند و طبعا لوله ها، شیرآلات و اتصالات مربوط به آنها باید به فشار بالاتری را تحمل کند. بر همین اساس باید از لوله ها، شیرآلات و اتصالات با تحمل فشاری بالاتر استفاده شود. لذا بمنظور طراحی مناسب، طراح باید منطقه بندی فشار را به گونه ای در نظر بگیرد که طبقات بالا بتوانند حداقل فشار پشت شیر را مطابق مقررات ملی تحمل نمایند. بصورتی که این فشار در بیشترین میزان مصرف آب تغییر نکند و طبعا از ایجاد فشاری اضافه پشت شیرالات بهداشتی اجتناب کنند. چرا که با طراحی منطقه فشار بالا در حداقل لازم، فشار طبقات پایینتر (که منطقه های فشاری بالاتری هستند) در حداقل ممکن خود هستند و در نتیجه هزینه خرید لوله، اتصالات و شیرالات صنعتی کاهش یافته و عمر آنها نیز افزایش می یابد.

مسائل مربوط به سرویس نگهداری

برخی از مشکلات مربوط به خرابی سیستم لوله کشی از استخدام کارکنانی بدون تجربه و دانش در امر نگهداری تاسیسات ساختمانی نشات میگیرد. اگر مالک ساختمان کارکنان تعمیر و نگهداری آموزش دیده یا دارای تجربه مناسب را استخدام نکند، باید حداقل هزینه کارکنان خود را پرداخت یا آنها را تشویق کند تا به دنبال آموزشهایی باشند که به مراقبت و نگهداری از سیستمهایی که برای نگهداری آنها استخدام شده اند.

راه اندازی بوستر پمپ

خرابی متداول دیگر زمانی است که قطع برق طولانی مدت وجود داشته باشد و به ساکنین ساختمان اجازه داده شود قبل از برقراری مجدد برق ، آب را از سیستم لوله کشی تخلیه کنند. اگر بوستر پمپ در حالی که در پایین دستش، لوله کشی بدون آب باشد، راه اندازی شود، بنابراین میزان سرعت جریان آب به طور قابل توجهی افزایش می یابد. به محض اینکه این جریان پر سرعت آب به مانعی(شیرالات بسته، سه راهی، خم) برسد، پدیده ضربه قوچ رخ میدهد. که این امر ممکن است باعث خرابی سیستم لوله کشی و اجزای آن بشود. ضربه قوچ هنگام راه اندازی بوستر پمپ اتفاق می افتد و باید با خاموش کردن این پمپ در هنگام قطع و بسته شدن شیرها کنترل شود. هنگامی که برق دوباره برقرار شد ، کارکنان تعمیر و نگهداری باید یک یا دو شیر آب در بالاترین منطقه فشاری ساختمان باز کنند(یا با نصب شیرهای هواگیری در شبکه لوله کشی) هوا را از نقاط بلند سیستم خارج کرده و سپس شیر روی خط دهش پمپ را تا حدی باز کنند که آب رفته رفته سیستم را پر کند. البته بهتر است در سیستم لوله کشی یک پمپ (کوچکتر) وجود داشته باشد تا به صورت دستی روشن شده و سیستم لوله کشی را پر نماید. این راهکارها به تدریج آب را به سیستم وارد می کند تا از بروز ضربه قوچ جلوگیری نماید.

منطقه بندی فشار برای جلوگیری استفاده از لوله ، شیرآلات و اتصالات دارای کلاس فشاری بالا

 روشهای مختلفی برای طراحی سیستم توزیع آب در یک ساختمان مرتفع وجود دارد. کارآمدترین طراحی سیستم با استفاده از یک بوستر پمپ مجزا برای هر منطقه فشاری در ساختمان حداکثر تا ارتفاع حدود 40- 60 میباشد.. وقتی ارتفاع ساختمان خیلی بیشتر می شود، کلاس فشاری لوله ، شیرآلات و اتصالات باید بیشتر باشد و طبعا هزینه آن افزایش یابد. در طراحی ساختمانهای بسیار بلند ، اغلب بصوروتی است که هر منطقه فشاری دارای یک مخزن ذخیره آب در طبقه بالایی بالاترین منطقه فشاری است و بوستر پمپ فقط آن مخزن را پر میکند. حال آن مخزن میتواند فشار لازم را برای تمامی طبقات آن منطقه فشاری تامین نماید. بدین صورت نیازی به نصب شیرهای فشارشکن و یا خرید اجزای لوله کشی دارای کلاس فشاری بالا منتفی میشود.

تعویض لوله،شیر، اتصالات

در طول عمر ساختمان موارد زیادی رخ میدهد که تعویض لوله،شیر، اتصالات اجتناب ناپذیر است. برای مهندس ، پیمانکار و مالک مهم است که میزان فشار ، خواص انبساط حرارتی و درجه حرارت لوله،شیر، اتصالات جایگزین را بررسی کنند. تا مطمئن شوید که مصالح جایگزین آیا مناسب آن قسمت از لوله کشی است و همچنین آیا مطابق با دستورالعمل های سازنده نصب شده است.

طراحی بگونه ای که نیازی به نصب شیر فشار شکن روی مسیر آب گرم مصرفی نباشد.

ممکن است در طراحی های بلندمرتبه، بجای منطقه بندی فشاری، برای سیستم آب گرم مصرفی، فقط یک منطقه فشاری درنظر گرفته شود. در این حالت سیستم تامین گرمایش برای آبگرم مصرفی(منبع دوجداره، منبع کویلی و یا مبدل حرارتی) در زیرزمین یا در بالاترین طبقه نصب میشوند. در این حالت نیاز به تامین فشار توسط بوستر پمپ بوده و همچنین شیرهای فشارشکن میباشد. این طراحی ضعیف، ممکن است دارای سیستم برگشت آبگرم مصرفی نیز باشد. بدلیل فشار بالا در مناطقی از مسیر آبگرم مصرفی(در مناطق نزدیک به بوستر پمپ) حتی با حضور شیر فشار شکن در معرض تحمل فشار بالا بوده و این شیر طبعا بدلیل گرمای بالای آب، سریعا دچار خرابی و نشتی میشود.

طراحی مناسب آن است که هر منطقه فشاری باید دارای سیستم گرمایش آبگرم مصرفی مجزا باشد و هر کدام از این مناطق فشاری باید دارای سیستم برگشت آبگرم مصرفی مربوط به خود باشد تا فشار این منطقه از حدی بالاتر نرفته و نیازی و انتخاب شیر فشارشکن و یا اجزای لوله کشی دارای کلاس فشاری بالا نباشد.