การเพิ่มความดันน้ำในระบบท่อ
3T แนะนำ
สามารถเลือกอ่านวิธีการออกแบบระบบท่อต่าง ๆ ได้ทั้งท่อประปา และท่อน้ำร้อนได้ที่บทความนี้
บทนำ
ในทุกอาคารความต้องการใช้น้ำ คือน้ำที่สะอาดและไหลแรงพอที่จะใช้งาน แต่เรามักจะพบว่าน้ำจากท่อเมนนั้นไหลเบา และไม่เพียงพอต่อการใช้งาน ไม่ว่าจะเป็นสุขภัณฑ์หรืออุปกรณ์ต่าง ๆ ซึ่งอาจมีสาเหตุมาจากสิ่งเหล่านี้
- ความดันน้ำในระบบท่อเมนต่ำเกินไป
- ท่อเมนเล็กเกินไป
- มีอาคารใหม่เกิดขึ้นและมีการแบ่งน้ำไปใช้ที่อาคารใหม่โดยใช้ท่อเมนเดิม
- ท่อต้นมีตะกรันมาก
- ช่วงเวลานั้นมีการใช้น้ำสูง
เราจึงต้องตรวจวัดความดันของน้ำ ก่อนที่เราจะเพิ่มความดันของน้ำ สำหรับระบบสูบน้ำในอาคารทั้วไปจะแบ่งเป็น 3 ระบบ
- ระบบใช้เครื่องสูบน้ำและถังยกสูง
- ระบบใช้เครื่องสูบน้ำเพิ่มความดันโดยตรง
- ระบบใช้เครื่องสูบน้ำและถังอัดความดัน
การคำนวนเกี่ยวกับเครื่องสูบน้ำ
ขนาดของเครื่องสูบน้ำ ได้จากอัตราการไหล (Flow rate ; Q̇) และความดัน (Pressure ; ΔP) ในขณะทำงาน การคำนวณขนาดของเครื่องสูบน้ำจะหาความกันรวมของทั้งระบบ จากภาพที่ 1 และ ภาพที่ 2
คำจำกัดความของความดันต่าง ๆ ในระบบท่อ
Static Head คือ ความสูงจากแหล่งน้ำไปถึงจุดปล่อยน้ำ หน่วยเป็นเมตร
Suction Head คือ ความสูงจากแนวศูนย์กลางของเครื่องสูบน้ำถึงผิวน้ำที่อยู่สูงกว่าเครื่องสูบน้ำ หน่วยเป็นเมตร (แหล่งน้ำอยู่สูงกว่าเครื่องสูบน้ำ)
Suction Lift คือ ความสูงจากแนวศูนย์กลางของเครื่องสูบน้ำถึงผิวน้ำที่อยู่ต่ำกว่าเครื่องสูบน้ำ หน่วยเป็นเมตร (แหล่งน้ำอยู่ต่ำกว่าเครื่องสูบน้ำ)
Discharge Static Head คือ ความสูงจากแนวศูนย์กลางของเครื่องสูบน้ำถึงระดับปล่อยน้ำ หน่วยเป็นเมตร
ภาพที่ 1 - ภาพของเครื่องสูบน้ำที่มีแหล่งจ่ายน้ำสูงกว่าระดับเครื่องสูบน้ำ
ภาพที่ 2 - ภาพของเครื่องสูบน้ำที่มีแหล่งจ่ายน้ำต่ำกว่าระดับเครื่องสูบน้ำ
ขนาดของเครื่องสูบน้ำ
น้ำที่ไหลภายในท่อจะเกิดความดันลด จากความเสียดทานและความดันลดอื่น ๆ เช่น เครื่องกรองผง (Stainer) ข้อต่อต่าง ๆ ความดันลดเหล่านี้ต้องน้ำไปรวมกับความดันอื่น ๆ เพื่อหาขนาดเครื่องสูบน้ำ เรียกว่า ความดันสุทธิ (Total Dynamic Head)
ความดันสุทธิของปั๊ม = Static Head + ความดันลดอื่น ๆ ในระบบท่อ
เมื่อได้ความดันสุทธิและอัตราการสูบนน้ำที่ต้องการแล้วจะสามารถคำนวณหาขนาดของมอเตอร์ที่ใช้ขับเครื่องสูบน้ำได้จากสมการที่ 3.1 และ 3.2 คือ
HP = QH/3690η …………………(3.1) BS Unit
HP = แรงม้าของมอเตอร์ (HP)
Q = อัตราการไหล (gpm)
H หรือ ΔP = ความดันสุทธิ (ft)
η = ประสิทธิภาพของเครื่องสูบน้ำ
kW = QH/102η …………………(3.2) SI Unit
kW = กิโลวัตต์มอเตอร์ (kW)
Q = อัตราการไหล (lps)
H หรือ ΔP = ความดันสุทธิ (m) ; Hydrulic Meter (เมตรน้ำ)
η = ประสิทธิภาพของเครื่องสูบน้ำ
ขนาดมอเตอร์มาตรฐาน
0.37 kW (0.5 HP). 0.75 kW (1 HP). 1.12 kW (1.5 HP)
1.49 kW (2 HP) 2.24 kW (3 HP) 3.73 kW (5 HP)
5.6 kW (7.5 HP) 7.46 kW (10 HP) 11.19 kW (15 HP)
14.92 kW (20 HP) 18.65 kW (25 HP) 22.38 kW (30 HP)
29.84 kW (40 HP) 37.3 kW (50 HP) 44.76 kW (60 HP)
55.95 kW (75 HP) 74.6 kW (100 HP)
ตัวอย่างที่ 1 ถ้าต้องการเครื่องสูบน้ำหอยโข่งสูบน้ำขึ้นถังเก็บน้ำด้านบนดากฟ้าด้วยอัตรา 20 lps ระยะความสูงต่าง ๆ ในระบบมีดังนี้ ความสูงของถังจากแนวศูนย์กลางของเครื่องสูบน้ำ 50 เมตร ความดันของน้ำในท่อด้านดูด 1 บาร์ ถ้าสมมติให้ความดันลดเนื่องจากความเสียดทานของระบบท่อเท่ากับ 12 เมตร อยากทราบว่าจะต้องเลือกชุดสูบน้ำขนาดเท่าไหร่ ถ้าประสิทธิภาพของเครื่องสูบน้ำเท่ากับ 70%
Discharge Static Head : = 50 เมตร
Suction Head : 1 bar = 10 เมตร
Net Pressure = 50 – 10 + 12 = 52 เมตร
kW = QH/102η = (20)(52) / 102(0.7) = 14.56
ดังนั้นเลือก เครื่องสูบน้ำ ขนาด 20 lps ความดันสุทธิ 52 เมตร และใช้มอเตรอร์ 14.92 kW
>>>> การเลือกมอเตอร์ขนาดต่ำกว่าจะทำให้มอเตอร์ไหม้
ระบบถังน้ำยกสูง (Elevated Tank)
เป็นถังน้ำสำรองเหมาะกับอาคารสูง 4 ชั้นขึ้นไป ที่มีความต้องการน้ำปริมาณมาก ขนาดของถังยกสูงจะขึ้นกับความต้องการน้ำสูงสุดและระยะเวลาใช้น้ำต่อเนื่อง และควรสามารถจ่ายน้ำได้อย่างน้อย 1 ชม. เมื่อเครื่องสูบน้ำมีปัญหา
หากต้องใช้ถังน้ำสำหรับจ่ายน้ำดับเพลิงด้วยควรเพิ่มความจุอีกอย่างน้อย 15 ลูกบาศก์เมตร ตามภาพที่ 3
ภาพที่ 3 - ระบบจ่ายน้ำโดยใช้ถังยกสูงเหนือดาดฟ้า
เครื่องสูบน้ำขึ้นถังจะถูกควบคุมด้วยสวิสต์ลูกลอย และควรมีเครื่องสูบน้ำไม่ต่ำกว่า 2 เครื่อง ที่แต่ละเครื่องสูบน้ำได้เพียงพอต่อความต้องการ เพราะในกรณีที่เครื่องเสีย 1 เครื่องจะมีชุดสำรองอีก 1 ชุดสับเปลี่ยนใช้งานแทน
ถ้าหากมีเครื่องสูบน้ำ 3 เครื่อง แต่ละเครื่องให้มีอัตราการสูบน้ำที่ 50% ของความต้องการใช้น้ำได้
การประมาณอัตราการสูบน้ำสำหรับอาคารประเภทต่าง ๆ ใช้ข้อมูลในตารางที่ 3.1 การประมาณขนาดความจุ จะมีหลัก 2 อย่างคือ
- ประมาณขนาดของถังน้ำโดยกำหนดวัฏจักร หรือ วงรอบการทำงานเครื่องสูบน้ำขึ้นถัง โดยปกติไม่ควรทำงานเกิน 4 ครั้ง ใน 1 ชั่วโมง
- ประมาณขนาดของถังน้ำโดยคิดถึงปริมาณน้ำสำรองที่ใช้ได้เมื่อเครื่องสูบน้ำขึ้นถังเกิดขัดข้อง ควรไม่น้อยกว่า 1 ชั่วโมง
ตารางที่ 1 ตัวประกอบสำหรับหาขนาดของเครื่องสูบน้ำ (ต่อ)
| จำนวน Fixtures | lpm (gpm)/Fixture | Min. Pump cap. lps (gpm) |
Max. Pump cap. lps (gpm) |
|---|---|---|---|
| Apartment | |||
| 1-25 | 2.27 (0.60) | 0.63 (10) | 0.95 (15) |
| 26-50 | 1.89 (0.50) | 1.00 (15) | 1.58 (25) |
| 51-100 | 1.32. (0.35) | 1.89 (30) | 2.21 (35) |
| 101-200 | 1.14 (0.30) | 2.52 (40) | 3.79 (60) |
| 201-400 | 1.06 (0.28) | 4.10 (65) | 7.25 (115) |
| 401-800 | 0.95 (0.25) | 7.6 (120) | 12.60 (200) |
| 801-UP | 0.91 (0.24) | 13.20 (210) | ……… |
| Hotels and Clubs | |||
| 1-50 | 2.46 (0.65) | 1.58 (25) | 2.08 (33) |
| 51-100 | 2.08 (0.55) | 2.21 (35) | 3.47 (55) |
| 101-200 | 1.70 (0.45) | 3.79 (60) | 5.68 (90) |
| 201-400 | 1.32 (0.35) | 6.31 (100) | 8.83 (140) |
| 401-800 | 1.04 (0.28) | 9.5 (150) | 13.20 (210) |
| 801-1200 | 0.95 (0.25) | 14.20 (225) | 18.90 (300) |
| 1201-up | 0.76 (0.20) | 18.90 (300) | ……… |
| Hospitals | |||
| 1-50 | 3.79 (1.0) | 1.58 (25) | 3.15 (50) |
| 51-100 | 3.03 (0.8) | 3.47 (55) | 5.05 (80) |
| 101-200 | 2.27 (0.6) | 5.36 (85) | 7.60 (120) |
| 201-400 | 1.89 (0.5) | 7.89 (125) | 12.60 (200) |
| 401-up | 1.51 (0.4) | 13.20 (210) | ……… |
ตารางที่ 1 ตัวประกอบสำหรับหาขนาดของเครื่องสูบน้ำ
| จำนวน Fixtures | lpm (gpm)/Fixture | Min. Pump cap. lps (gpm) |
Max. Pump cap. lps (gpm) |
|---|---|---|---|
| Office Buildings | |||
| 1-25 | 4.73 (1.25) | 1.58 (25) | 1.96 (31) |
| 26-50 | 3.41 (0.90) | 2.21 (35) | 3.03 (48) |
| 51-100 | 2.65 (0.70) | 3.15 (50) | 4.42 (70) |
| 101-150 | 2.46 (0.65) | 4.73 (75) | 6.18 (98) |
| 151-250 | 2.08 (0.55) | 6.31 (100) | 8.71 (138) |
| 251-500 | 1.70 (0.45) | 8.83 (140) | 14.20 (225) |
| 501-750 | 1.32 (0.35) | 14.51 (230) | 16.53 (262) |
| 751-1000 | 1.14 (0.30) | 17.03 (270) | 18.90 (300) |
| 1001-up | 1.04 (0.28) | 19.56 (310) | …… |
| Industrial Buildings | |||
| 1-25 | 5.08 (1.50) | 1.58 (25) | 2.40 (38) |
| 26-50 | 3.79 (1.oo) | 2.52 (40) | 3.15 (50) |
| 51-100 | 2.84 (0.75) | 3.79 (60) | 3.73 (75) |
| 101-150 | 2.65 (0.70) | 5.05 (80) | 6.62 (105) |
| 151-250 | 2.46 (0.65) | 6.94 (110) | 10.22 (162) |
| 250-up | 2.27 (0.60) | 10.41 (165) | …… |
| schools | |||
| 1-10 | 5.68 (1.50) | 0.63 (10) | 0.95 (15) |
| 11-25 | 3.79 (1.00) | 1.01 (16) | 1.58 (25) |
| 26-50 | 3.03 (0.80) | 1.89 (30) | 2.52 (40) |
| 51-100 | 2.27 (0.60) | 2.84 (45) | 3.79 (60) |
| 101-200 | 1.89 (0.50) | 4.10 (65) | 6.31 (100) |
| 201-up | 1.51 (0.40) | 6.94 (110) | …… |
ขนาดถังน้ำ
ขนาดของถังน้ำควรมีความจุเพียงพอต่อการใช้น้ำ ส่วนระยะเวลาเท่าใดขึ้นกับประเภทของอาคาร โดยทั่วไปหลักในการช่วยในการกำหนดขนาดของถังให้เป็นที่น่าพอใจ คือ
- ถ้าอัตราการสูบของเครื่องสูบน้ำไม่เกิน 380 lpm (100 gpm) ให้ขนาดความจุของถึงเก็บน้ำ มีขนาดอย่างต่ำเป็น 40 เท่าของอัตราการสูบน้ำต่อนาที
- ถ้าอัตราการสูบน้ำของเครื่องสูบน้ำเกิน 380 lpm ให้ความจุของถังเก็บน้ำสูงมีขนาดอย่างต่ำ 30 เท่าของอัตราการสูบน้ำต่อนาที แต่ต้องไม่น้อยกว่า 15 ลูกบาศก์เมตร
อย่างไรก็ตามปริมาณถังเก็บน้ำสูงรวมกับถังเก็บน้ำใต้ดินสำรองควรมีน้ำเพื่อให้ใช้สอยได้ประมาณ 1 วัน
กรณีที่ใช้ถังเก็บน้ำสูง เก็บน้ำดับเพลิงด้วยจะต้องเพิ่มความจุตามความต้องการของน้ำดับเพลิงด้วยและถ้าใช้เพื่อเป็นหอระบายความร้อน (Cooling Tower) ก็จะต้องเพิ่มความจุของถังน้ำอีก 15 เท่าของอัตราเติมน้ำหอระบายความร้อนต่อนาที
ตัวอย่างที่ 2 โรงแรมแห่งหนึ่งมีสุขภัณฑ์อยู่ 500 ชุด ระบบการจ่ายน้ำใช้การตั้งถังสูงบนดาดฟ้า ถ้าห้องซักรีดมีอัตราความต้องการน้ำเพื่อกาซัพรีด 1.0 lps และอัตราการเติมน้ำให้ หอระบายความร้อนของระบบปรับอากาศ 1.2 lps โดยใช้น้ำจากถังสูง ตงหาขนาดเครื่องสูบน้ำและขนาดของถังสูง ถ้าความดันสุทธิของเครื่องสูบน้ำเท่ากับ 30 เมตร
หาขนาดถังยกสูง
จากตารางที่ 1 น้ำใช้ของอาคารเฉพาะเครื่องสุขภัณฑ์ = 1.04 lpm/fixture
น้ำใช้สำหรับเครื่องสุขภัณฑ์ทั้งหมด = (1.04)(500) = 520 lpm
น้ำสำหรับห้องซักรีด = 1 lps = 60 lpm
น้ำสำหรับหอระบายความร้อน = 1.2 lps = 72 lpm
ขนาดของเครื่องสูบน้ำ = (520 + 60 +72) = 10.87 lps
ความจุถังยกสูง = (520 + 60)(30) + (72)(15) = 18.48 m3
ฉะนั้นควรใช้ถังยกสูงที่มีความจุอย่างน้อย = 20 m3
ระบบเพิ่มแรงดันน้ำในเส้นท่อโดยตรง (Direct Boosting System)
เครื่องสูบน้ำที่ต่อเข้ากับระบบจ่ายน้ำไปยังเครื่องสุขภัณฑ์โดยตรง ในภาพที่ 4 เครื่องสูบน้ำแบบนี้เรียกว่า บูสเตอร์ปั๊ม (Booster Pump) เหมาะกับอาคารที่ใช้น้ำไม่มากนัก เราอาจะเสริมถังยกสูงเพิ่มที่ชั้นบนได้
ภาพที่ 4 - ระบบการเพิ่มความดันในเส้นท่อโดยตรง โดยใช้บูสเตอร์ปั๊ม (Booster Pump)
ขนาดของเครื่องสูบน้ำทั้งหมดต้องไม่น้อยกว่าความต้องการน้ำสูงสุด โดยปกติจะใช้เครื่องสูบน้ำ 1 – 3 เครื่อง ถ้าระบบใช้เครื่องสูบน้ำมากกว่า 1 เครื่อง เราจะเลือกอัตราการสูบน้ำให้เหมาะกับอาคารได้ตามตารางที่ 2 การเลือกแบบนี้จะทำให้เราประหยัดพลังงานของเครื่องสูบน้ำลงได้
ตารางที่ 2 การแบ่งอัตราการสูบน้ำคิดเป็นเปอร์เซ็น
| ประเภทอาคาร | 0 lps – 10 lps | 10 lps – 32 lps | 32 lps – 63 lps |
|---|---|---|---|
| อพาทเม้นท์/ออฟฟิศ/โรงเรียน | 65% – 65% 20% – 40% – 40% 30% – 40% – 40% |
20% – 40% – 40% 30% – 40% – 40% 25% – 50% – 50% |
20% – 40% – 40% 30% – 40% – 40% 25% – 55% – 55% |
| โรงแรม | 50% – 50% 65% – 65% 20% – 40% – 40% |
20% – 40% – 40% 30% – 40% – 40% 25% – 55% – 55% |
20% – 40% – 40% 30% – 40% – 40% 25% – 55% – 55% |
| โรงพยาบาล | 65% – 65% 30% – 40% – 40% 30% – 70% – 70% |
30% – 40% – 40% 25% – 55% – 55% 30% – 70% – 70% |
30% – 40% – 40% 25% – 55% – 55% 30% – 70% – 70% |
| โรงงานอุตสาหกรรม | 50% – 50% 20% – 40% – 40% |
20% – 40% – 40% 30% – 40% – 40% |
20% – 40% – 40% 30% – 40% – 40% |
ระบบถังอัดความดัน (Pressure Tank)
ระบบถังอัดความดันจะเหมาะกับอาคารขนาดใหญ่ มากกว่าระบบอัดความดันโดยตรงด้วยบูสเตอร์ปั๊ม ระบบนี้เราจะแบ่งได้ 2 ชนิด คือ
- ชนิดที่ใช้เครื่องอัดอากาศ
- ชนิดที่อัดอากาศเอาไว้ในตัว
ระบบที่ใช้เครื่องอัดอากาศ (Pressure Tank System)
ภาพที่ 5 - ระบบจ่ายน้ำที่ใช้เครื่องอัดอากาศ
การแบ่งขนาดของเครื่องสูบน้ำตามประเภทอาคารสามารถดูได้ตามตารางที่ 2 ระบบที่ใช้เครื่องอัดอากาศ จะมีเครื่องอัดลมทำหน้าที่จ่ายลมเข้าไปภายในถัง เพื่อให้เกิดความดันที่พอเหมาะในการจ่ายน้ำ
ระบบจะมีประสิทธิภาพสูง เครื่องสูบน้ำทำงานไม่เกิน 4 ครั้ง/ชั่วโมง (เพื่อป้องกันมอเตอร์เสียหาย) เพื่อให้ได้การทำงานตามที่กล่าวมาถังอัดความดันควรมีความจุที่ 25 – 30 เท่าของอัตราการสูบน้ำต่อนาที
ระบบที่ใช้เครื่องอัดอากาศจะมีข้อเสีย คือ ใช้พื้นที่ในการติดตั้งเยอะ เพราะ ถังความดันจะมีขนาดใหญ่
ระบบชนิดที่อัดอากาศไว้ในตัว (Pre-charge hydro pneumatic system)
ภาพที่ 6 - ระบบชนิดที่อัดอากาศไว้ในตัว
ระบบที่มีการอัดอากาศไว้ในตัว ขนาดของความดันที่อัดไว้จะขึ้นกับความดันที่ระบบหลักต้องการใช้ และถังอัดความดันจะขนาดไม่ใหญ่เหมือนระบบที่ใช้เครื่องอัดอากาศ เพราะ ใช้เก็บน้ำส่วนเกินจากที่ระบบต้องการ โดยปกติจะขนาดไม่เกิน 500 ลิตร ถ้าต้องการความจุเพิ่มให้ใช้ถังมาต่อเพิ่ม สำหรับการแบ่งอัตราการสูบน้ำให้ใช้ตารางที่ 2