محاسبات سریع تاسیسات مکانیکی ساختمان
طراحی و اجرای تاسیسات مکانیکی ساختمان فرمولهای سرانگشتی، جداول مرجع و ابزارهای پیشطراحی
این راهنما برای مهندسان محاسب، طراحان و مجریان تاسیسات مکانیکی ساختمان تدوین شده است. فرمولهای ارائه‌شده به شما کمک می‌کند در مرحله پیشطراحی و کنترل سریع، پارامترهایی نظیر قطر لوله، ظرفیت دیگ، دبی فن و حجم مخزن را به‌صورت سرانگشتی تخمین بزنید. شرکت تاسیسات مکانیکی در تهران (آرمیکام) این محتوا را به‌صورت رایگان در اختیار فعالان صنعت ساختمان قرار می‌دهد.
محاسبات سریع تاسیسات مکانیکی چیست؟ محاسبات سریع یا سرانگشتی، مجموعهای از فرمولهای سادهشده و تقریبی است که برای تخمین اولیه پارامترهای تاسیساتی مانند قطر لوله، ظرفیت دیگ، دبی فن، حجم مخزن و ظرفیت سرمایش به کار میرود. این محاسبات سرعت طراحی را افزایش می‌دهند اما جایگزین محاسبات دقیق مهندسی نیستند.
نکات کلیدی
- سرعت توصیهشده آب در لوله‌کشی خانگی: ۲ تا ۶ فوت بر ثانیه
- ظرفیت مخزن ذخیره آب: ۳۰۰ لیتر به ازای هر واحد
- تعویض هوا در سرویس بهداشتی: ۳۰ تا ۵۰ بار در ساعت
- ظرفیت کولر آبی: ۱۵ cfm به ازای هر متر مکعب فضا
- ظرفیت ایرواشر: ۱۰ cfm به ازای هر متر مکعب فضا
- دبی برج خنککن: ۳ گالن بر دقیقه به ازای هر تن تبرید
- سطح دریچه هوای موتورخانه: ۱۶۰۰ mm² به ازای هر کیلووات
در مراحل اولیه طراحی تاسیسات مکانیکی، دسترسی سریع به اعداد تخمینی برای تعیین ظرفیت تجهیزات و ابعاد سیستم‌ها بسیار ضروری است. محاسبات سریع به شما کمک می‌کند در چند دقیقه به تخمین مناسبی از ظرفیت دیگ، قطر لوله، دبی فن و حجم مخزن دست یابید. برای مطالعه بیشتر درباره تاسیسات بهداشتی، راهنمای چاه جذبی فاضلاب و اجرای فاضلاب ساختمان را ببینید.
آرمیکام به عنوان یک مجری تاسیسات مکانیکی در غرب تهران و شمال غرب تهران، با تکیه بر این محاسبات و نرم‌افزارهای دقیق، آماده ارائه خدمات فنی به شماست. برای آشنایی با نمادهای نقشه‌کشی، راهنمای علائم نقشه‌کشی تاسیسات مکانیکی را مطالعه کنید.
هشدار مهم: این محاسبات فقط برای تخمین اولیه و پیشطراحی کاربرد دارند. برای طراحی نهایی و اجرایی، محاسبات دقیق مهندسی مطابق مبحث ۱۶ مقررات ملی ساختمان و استانداردهای مربوطه الزامی است.
محاسبات سریع لوله‌کشی آب
تعیین قطر لوله، حجم مخزن ذخیره و مخزن موقت بعد از کنتور.
تعیین قطر لوله آب به اینچ
A = 0.64 × √(gpm / fps)gpm: دبی آب بر حسب گالن بر دقیقه
fps: سرعت آب بر حسب فوت بر ثانیه
نکته: سرعت آب می‌تواند از ۲ تا ۶ فوت بر ثانیه برای مقاصد خانگی و ۶ تا ۲۰ فوت بر ثانیه در محوطه ساختمان‌های صنعتی در نظر گرفته شود. هرچه سرعت را بالاتر در نظر بگیرید، قطر لوله کاهش و هزینه پایپینگ کمتر میشود، اما سر و صدای سیال درون لوله نیز افزایش می‌یابد.
حجم مخزن ذخیره آب منازل مسکونی
V [Lit] = 300 × تعداد واحدهاحجم مخزن هوایی یا زمینی (بدون مصرف آتشنشانی) بر حسب لیتر برابر است با ۳۰۰ ضرب در تعداد واحدها.
حجم مخزن موقت بعد از کنتور: در صورتی که یک مخزن هوایی و اصلی روی بام قرار داده شود، حجم مخزن موقت برابر است با:
VR = V / 3مثال کاربردی: برای یک ساختمان ۱۰ واحدی، حجم مخزن ذخیره معادل ۳,۰۰۰ لیتر و حجم مخزن موقت بعد از کنتور ۱,۰۰۰ لیتر خواهد بود.
محاسبات سریع گاز و وسایل گازسوز
تعیین فضای لازم برای وسایل گازسوز و سایزینگ لوله‌های گاز.
فضای لازم برای وسایل گازسوز
A = (Q × 8117) / 177 / HQ: مصرف کل وسایل گازسوز بر حسب متر مکعب بر ساعت
۸۱۱۷: ارزش حرارتی گاز شمال
H: ارتفاع کف تا سقف واحد مسکونی (معمولاً ۳ متر)
نتیجه: حداقل متراژ بر حسب متر مربع که واحد با وجود وسایل گازسوز می‌بایست داشته باشد.
نکته: در صورت کم بودن فضای موجود از متراژ محاسبه، استفاده از دریچه دائم هوا یا کم کردن وسیله گازسوز الزامی است.
میزان مصرف گاز مشعل و سایزینگ لوله گاز
برای مکان‌هایی که هنوز تجهیزات موتورخانه و مشعل خریداری نشده ولی گازرسانی اجرا میگردد، از رابطه زیر برای برآورد مصرف مشعل و سایزینگ لوله استفاده کنید (برای واحدهای بین ۸۰ تا ۱۲۰ متر مربع):
- واحد اول (واحد اصلی): ۷ متر مکعب بر ساعت
- هر واحد مابقی: ۱.۵ متر مکعب بر ساعت
مثال — ساختمان ۱۰ واحدی:
7 + (9 × 1.5) = 20.5 m³/h
بنابراین مصرف مشعل ۲۱ متر مکعب بر ساعت است و محاسبات سایزینگ لوله از رگولاتور تا شیر مشعل قابل طراحی میباشد.
محاسبات دیگ، موتورخانه و مشعل
تخمین ظرفیت دیگ، حجم منبع انبساط، مخزن آب گرم و سایز دودکش.
تخمین ظرفیت دیگ — روش اول (مبنای BHP)
به ازای هر ۱۰۰۰ فوت مربع، حدود ۱ BHP معادل ۳۳۵۲۰ BTU/HR در نظر گرفته میشود.
- ظرفیت کم (تجاری و مسکونی): ۶۷۰,۰۰۰ تا ۳,۴۰۰,۰۰۰ BTU/HR ≈ ۲۰ تا ۱۰۰ BHP
- ظرفیت متوسط (تجاری و صنعتی کوچک): ۲,۵۰۰,۰۰۰ تا ۱۰,۰۰۰,۰۰۰ BTU/HR ≈ ۱۰۰ تا ۳۰۰ BHP
- ظرفیت زیاد (تجاری و صنعتی بزرگ): ۱۰,۰۰۰,۰۰۰ تا ۳۳,۵۰۰,۰۰۰ BTU/HR ≈ ۳۰۰ تا ۱۰۰۰ BHP
تخمین ظرفیت دیگ — روش دوم
Q = A × (H/3) × 550A: مساحت ساختمان به متر مربع
H: ارتفاع ساختمان به متر
Q: ظرفیت تقریبی دیگ بر حسب BTU/HR
حجم منبع انبساط باز و بسته
حجم منبع انبساط باز معادل ۳ درصد حجم کل آب درون سیستم است. حجم منبع انبساط بسته معمولاً ۴/۳ حجم منبع انبساط باز در نظر گرفته میشود (به دلیل افزایش حجم آب در اثر گرمایش).
حجم مخزن ذخیره آب گرم مصرفی
روش اول — مبنای BTU/HR:
GAL = BTU/HR (Boiler) / 640
روش دوم — مبنای Kcal/hr:
LIT = Kcal/hr (Boiler) × 1.5 / 1000
قطر دودکش دیگ
D [in] = 0.018 × (BTU/hr)^0.4یا از رابطه زیر بر مبنای دبی گالن بر دقیقه:
D [in] = 0.047 × (GPM)^0.4
محاسبه سطح مقطع دودکش
سوخت مایع و گاز:
A = 0.02 Q / √H
سوخت جامد:
A = 0.04 Q / √H
A (cm²): سطح مقطع دودکش | Q (Kcal/hr): ظرفیت حرارتی دیگ
H (m) = h₁ + 0.5 h₂ — که h₁ طول عمودی و h₂ طول افقی دودکش است.
سایز دریچه هوای تازه موتورخانه
به طور تجربی به ازای هر کیلووات توان دیگ، ۱۶۰۰ میلیمتر مربع سطح دریچه برای تأمین هوا در نظر گرفته میشود.
برای موتورخانه‌های صنعتی که توسط فن‌های مکانیکی تأمین هوا صورت می‌گیرد:
- هوای احتراق: ۸ cfm به ازای هر اسب توان دیگ
- هوای تهویه: ۲ cfm به ازای هر اسب توان دیگ
- مجموع: ۱۰ cfm به ازای هر اسب توان دیگ
انتخاب پمپ تغذیه دیگ
مقدار دبی پمپ: یک‌دهم گالن ظرفیت مخزن آب تغذیه دیگ.
مقدار هد پمپ: فشار تنظیم‌شده شیر اطمینان دیگ × ۱.۰۳ + افت فشار بین دیگ و پمپ.
تخمین ظرفیت مخزن آب تغذیه دیگ: به ازای هر ۳۳۵,۰۰۰ BTU/HR، یک گالن (۳.۷۸ لیتر) حجم مخزن ذخیره دیگ میباشد.
محاسبات تهویه و انتخاب فن
انتخاب فن برای فضاهای مختلف، تعیین دبی و محاسبه هوای تازه پارکینگ.
محاسبه ظرفیت فن
Q [m³/h] = V × nV: حجم فضا بر حسب متر مکعب (مساحت × ارتفاع)
n: تعداد تعویض هوا در ساعت
اگر این عدد را بر ۱.۷ تقسیم کنید، ظرفیت فن بر حسب cfm به دست میآید.
مثال — فن سرویس بهداشتی منزل:
- حجم فضا: ۴ متر مربع × ۳ متر ارتفاع = ۱۲ متر مکعب
- تعداد تعویض هوا: ۳۰ بار در ساعت
- دبی فن: ۱۲ × ۳۰ = ۳۶۰ m³/h
- معادل cfm: ۳۶۰ ÷ ۱.۷ ≈ ۲۱۱ cfm
هوای تازه پارکینگ
Q₁ = n × Vبه عنوان یک قانون تخمینی:
- پارکینگ‌ها: تعویض هوا ۴ تا ۶ بار در ساعت
- تعمیرگاه‌ها و کارگاه‌های خودرو: تعویض هوا ۲۰ تا ۳۰ بار در ساعت
پارکینگ‌هایی با مساحت بیشتر از ۵۰ متر مربع باید تهویه مکانیکی توسط فن داشته باشند. در پارکینگ‌های کوچک‌تر، تخلیه طبیعی هوا توسط یک کانال با سطح مقطع بزرگ‌تر از ۰.۲٪ مساحت پارکینگ صورت می‌گیرد.
محاسبات سرمایش تبخیری و چیلر
تخمین ظرفیت کولر آبی، ایرواشر و دبی آب کندانسور چیلر.
تخمین ظرفیت سرمایش تبخیری
CFM = (V × 8) / NV: حجم فضا بر حسب فوت مکعب
N: از رابطه زیر به دست میآید:
N = (T_dry − T_wet) / 10
نکته کاربردی:
- ظرفیت کولر آبی: ۱۵ cfm به ازای هر متر مکعب فضا
- ظرفیت ایرواشر: ۱۰ cfm به ازای هر متر مکعب فضا (راندمان بالاتر)
دبی آب کندانسور چیلر
GPM = Q / 5000Q: بار سرمایشی بر حسب BTU/hr
دبی آب برج خنککن
GPM = 3 × TRTR: بار سرمایشی بر حسب تن تبرید
محاسبات پمپ‌ها
انتخاب پمپ آبرسانی، پمپ آتشنشانی، پمپ آب گرم مصرفی و پمپ‌های چیلر.
انتخاب پمپ آبرسانی — محاسبه هد کل
H = H₁ + H₂ + H₃ + H₄H₁: ارتفاع عمودی از دهانه بوستر پمپ تا آخرین مصرف‌کننده
H₂: افت فشار طولی و افت فشار اتصالات درون واحد
H₃: فشار مورد نیاز در پشت شیر بالاترین وسیله بهداشتی
H₄: فاصله عمودی از دهانه لوله مکش مخزن ذخیره آب تا دهانه مکش بوستر پمپ
دبی پمپ آتشنشانی
GPM = 50 × nn: تعداد جعبه‌های آتشنشانی
دبی یک جعبه آتشنشانی در حالت کار معادل ۵۰ gpm در نظر گرفته میشود.
انتخاب پمپ برگشت آب گرم مصرفی
اگر طول لوله آب گرم مصرفی بیشتر از ۱۰۰ فوت یا ۳۰ متر باشد، به منظور جلوگیری از هدر رفتن آب، یک لوله برگشت و پمپ سیرکولاسیون آب گرم در نظر گرفته میشود. طولانی‌ترین مسیر رفت و برگشت محاسبه و مجموع آن ضرب در ۵۰٪ (برای افزایش حاشیه اطمینان) میگردد.
Q = 2 × L × (3.0 × R^0.5)
GPM = Q / 10000
H = 2.5 / 100 × L
معمولاً اختلاف دمای آب رفت و برگشت را ۵ درجه سانتی‌گراد در نظر می‌گیرند. قطر لوله آب گرم مصرفی باید طوری انتخاب شود که سرعت آب در محدوده ۲ تا ۶ فوت بر ثانیه باشد.
هد پمپ کندانسور چیلر
L = (l × 1.5) + افت کلکتور + افت فن کویل + افت کندانسور
- افت کلکتور = ۵ فوت
- افت فن کویل = ۱۰ فوت
- افت کندانسور (از کاتالوگ چیلر) = ۲۵ فوت
تبدیل واحدهای کاربردی
تبدیل واحدهای پرکاربرد در محاسبات سریع تاسیسات مکانیکی.
تبدیل واحدهای کاربردی
۸ ردیف| واحد اصلی | فرمول تبدیل | واحد نتیجه |
|---|---|---|
| تن تبرید | TR = 12000 BTU/hr | BTU/hr |
| BTU/hr | BTU/hr ÷ 4 = Kcal/hr | Kcal/hr |
| متر مکعب بر ساعت | m³/hr × 4.4 = GPM | گالن بر دقیقه |
| گالن | Gal × 3.785 = Lit | لیتر |
| CFM | CFM ÷ 0.6 = m³/hr | متر مکعب بر ساعت |
| اسب بخار | HP × 0.735 = kW | کیلووات |
| BTU/hr | BTU/hr × 0.29287 = Watts | وات |
| ارزش حرارتی گاز خط سراسری | 9407 Kcal/m³ | کیلو کالری بر متر مکعب |
جداول مرجع سرعت‌ها و مقادیر
جدول سرعت‌های مجاز سیالات و مقادیر مرجع در تاسیسات مکانیکی.
سرعت‌های مجاز و مقادیر مرجع
۱۵ ردیف| موضوع | مقدار |
|---|---|
| حداکثر دمای آب گرم مصرفی ساختمان مسکونی | ۱۴۰ درجه فارنهایت |
| اختلاف دمای رفت و برگشت در سیستم گرمایش | ۲۰ درجه فارنهایت |
| اختلاف دمای رفت و برگشت در سیستم سرمایش | ۱۰ درجه فارنهایت |
| افت دما هنگام عبور از روی اپراتور | ۱۸ تا ۲۰ درجه فارنهایت |
| حداکثر افزایش دمای هوا هنگام عبور از روی کندانسور | ۳۰ درجه فارنهایت |
| سرعت مناسب آب در لوله‌های تاسیسات مناطق مسکونی | ۲ تا ۴ فوت بر ثانیه |
| حداکثر سرعت آب در لوله‌های تاسیسات مناطق مسکونی | ۸ فوت بر ثانیه |
| سرعت مناسب آب در لوله‌های کارخانجات و مناطق غیرمسکونی | ۱۰ فوت بر ثانیه |
| حداکثر سرعت آب در لوله‌های اصلی آب بهداشتی ساختمان | ۱۰ فوت بر ثانیه |
| سرعت مناسب آب در سیستم گرمایش بسته برای انتقال حرارت | ۲ فوت بر ثانیه یا ۰.۶ متر بر ثانیه |
| دبی جرمی پمپ سوخت‌رسانی مشعل | ۱ تا ۳ کیلوگرم در ساعت |
| بهترین سرعت حرکت هوا از نظر ساکنین داخل اتاق | ۲۵ فوت بر دقیقه |
| حداقل تعداد دفعات تعویض هوا در موتورخانه تاسیسات | ۴ دفعه در ساعت |
| حداقل تعداد دفعات تعویض هوا در سالن سینما و تئاتر | ۵ تا ۱۰ دفعه در ساعت |
| حداقل تعداد دفعات تعویض هوا در آشپزخانه | ۶ دفعه در ساعت |
نکته: برای مشاهده جداول کامل تعویض هوا در کاربری‌های مختلف به مقاله تامین هوای تازه و جدول دفعات تعویض هوا مراجعه کنید یا با کارشناسان آرمیکام در تماس باشید.
پرسش‌های رایج درباره محاسبات سریع
محاسبات سریع تاسیسات مکانیکی چیست؟
محاسبات سریع یا سرانگشتی، مجموعهای از فرمولهای سادهشده و تقریبی است که برای تخمین سریع پارامترهای تاسیساتی مانند قطر لوله، ظرفیت دیگ، دبی فن و حجم مخزن به کار میرود. این محاسبات جایگزین محاسبات دقیق مهندسی نیستند و فقط برای پیشطراحی و کنترل سریع کاربرد دارند.
فرمول تعیین قطر لوله آب به اینچ چیست؟
فرمول A = 0.64 × √(gpm/fps) که در آن gpm دبی بر حسب گالن بر دقیقه و fps سرعت آب بر حسب فوت بر ثانیه است. سرعت توصیهشده برای مقاصد خانگی ۲ تا ۶ فوت بر ثانیه و برای محوطه صنعتی ۶ تا ۲۰ فوت بر ثانیه است.
حجم مخزن ذخیره آب ساختمان مسکونی چگونه محاسبه میشود؟
حجم مخزن ذخیره هوایی یا زمینی (بدون مصرف آتشنشانی) بر حسب لیتر برابر است با ۳۰۰ ضرب در تعداد واحدها. حجم مخزن موقت بعد از کنتور نیز یکسوم حجم مخزن اصلی است.
تخمین ظرفیت دیگ حرارت مرکزی چگونه انجام میشود؟
روش اول: به ازای هر ۱۰۰۰ فوت مربع، یک BHP معادل ۳۳۵۲۰ BTU/hr. روش دوم: Q = A × (H/3) × 550 که A مساحت ساختمان به متر مربع، H ارتفاع ساختمان به متر و Q ظرفیت تقریبی دیگ بر حسب BTU/hr است.
میزان تعویض هوا برای انتخاب فن چگونه محاسبه میشود؟
با ضرب میزان تعویض هوا در ساعت در حجم فضا، ظرفیت فن بر حسب متر مکعب بر ساعت به دست میآید. اگر این عدد را بر ۱.۷ تقسیم کنید، ظرفیت فن بر حسب cfm محاسبه میگردد. برای مثال، سرویس بهداشتی ۱۲ متر مکعبی با ۳۰ بار تعویض هوا در ساعت نیاز به فنی با دبی ۳۶۰ متر مکعب بر ساعت معادل ۲۱۱ cfm دارد.
ظرفیت کولر آبی و ایرواشر به ازای هر متر مکعب فضا چقدر است؟
میزان تقریبی ظرفیت کولر آبی به ازای هر متر مکعب فضا ۱۵ cfm و برای ایرواشرها به علت راندمان بالاتر ۱۰ cfm در نظر گرفته میشود.
سایز دریچه هوای تازه موتورخانه چگونه تعیین میشود؟
به طور تجربی به ازای هر کیلووات توان دیگ، ۱۶۰۰ میلیمتر مربع سطح دریچه برای تأمین هوا در نظر گرفته میشود. در موتورخانه‌های صنعتی با فن مکانیکی، مجموع ۱۰ cfm به ازای هر اسب توان دیگ برای کل هوای احتراق و تهویه لازم است.
دبی آب کندانسور چیلر چگونه محاسبه میشود؟
GPM = Q / 5000 که Q بار سرمایشی بر حسب BTU/hr است. همچنین دبی آب در گردش برج خنککن برابر است با GPM = 3 × TR که TR بار سرمایشی بر حسب تن تبرید میباشد.
آیا محاسبات سریع قابل استناد در طراحی رسمی هستند؟
خیر. محاسبات سریع فقط برای تخمین اولیه، پیشطراحی و کنترل سرانگشتی کاربرد دارند و جایگزین محاسبات دقیق مهندسی طبق مبحث ۱۶ مقررات ملی ساختمان و استانداردهای مربوطه نمیشوند.
منبع این محاسبات سریع چیست؟
این محاسبات برگرفته از جزوه «محاسبات سریع در تاسیسات مکانیکی» تألیف دکتر مهرزاد خراسانی (ویرایش سوم، آبان ۱۳۹۵) است. کانال تلگرامی ایشان: @khanehtasisatmazand
پاسخ سوالات بیشتر در حوزه تاسیسات مکانیکی ساختمان را در صفحه تماس با آرمیکام یا آرشیو مقالات تخصصی ببینید.
طراحی و اجرای تاسیسات مکانیکی پروژه خود را به آرمیکام بسپارید
شرکت تاسیسات مکانیکی در تهران (آذر رانش موتور) به عنوان مجری تاسیسات مکانیکی در غرب تهران و شمال غرب تهران، با رعایت کامل مبحث ۱۶ مقررات ملی و استانداردهای بین‌المللی، آماده ارائه خدمات طراحی، محاسبه و اجرای تاسیسات مکانیکی ساختمان است. برای مشاهده نمونه پروژه‌های اجرا شده، به صفحه پروژه‌های آرمیکام مراجعه کنید یا با تیم فنی ما آشنا شوید.
