สิ่งที่ต้องคำนึงถึงในการออกแบบระบบท่อประปา

  1. คุณภาพและปริมาณของน้ำประปา

น้ำที่จ่ายให้แก่อาคารจะต้องมีคุณภาพสำหรับการบริโภคอุปโภค และต้องมีปริมาณเพียงพอต่อการใช้งาน

  1. วัสดุของท่อประปา

มีการกำหนดมาตรฐานวัสดุของท่อประปา ที่ใช้ในการจ่ายน้ำ ท่อประปาในอาคารส่วนใหญ่จะใช้เป็น ท่อเหล็กชุบสังกะสี(Galvanize) ท่อเหล็กดำ(Black Steel Pipe) ท่อทองแดง(Copper Pipe) ท่อเหล็กหล่อ(Cast Iron Pipe) หรือ ท่อพลาสติก(PE ,PVC)

  1. ระบบท่อประปาสำหรับอาคาร

ตามหลักแล้วท่อจะต้องเดินเป็นเส้นตรงเพื่อให้มีระยะที่สั้นที่สุด (เพื่อประหยัดต้นทุน)

ระบบท่อประปาสำหรัยอาคารไม่เกิน 3 ชั้น

ระบบท่อประปาสำหรัยอาคารไม่เกิน 3 ชั้น

ระบบท่อประปาสำหรัยอาคารไม่เกิน 10 ชั้น
ระบบท่อประปาสำหรัยอาคารไม่เกิน-10-ชั้น

ประเภทระบบการจ่ายน้ำของอาคาร

ระบบจ่ายน้ำในอาคารจะแบ่งตามลักษณะการออกแบบได้ 2 ประเภท คือ

  1. ระบบจ่ายขึ้น (Upfeed system)

ระบบจ่ายน้ำขึ้นคือท่อน้ำจะเดินจากด้านล่างขึ้นไปตามความสูงของอาคารเหมาะกับอาคารที่สูงไม่เกิน 10 ชั้นและพื้นที่น้อยกว่า 10,000 ตารางเมตร

ระบบจ่ายน้ำขึ้น

ระบบจ่ายน้ำขึ้น (Upfeed System)

  1. ระบบจ่ายลง (Downfeed system)

ระบบจ่ายน้ำลงคือท่อจ่ายน้ำจะเดินลงมาจากชั้นบนสุดของอาคารเหมาะกับอาคารและอาคารขนาดใหญ่

ระบบจ่ายน้ำลง

ระบบจ่ายน้ำลง (Downfeed System)

การจ่ายน้ำในอาคารสูงสามารถแบ่งได้หลายโซนเพื่อการบำรุงรักษาและการจัดการแรงดันในท่อได้สะดวกขึ้น

ระบบจ่ายน้ำลง

ระบบจ่ายน้ำลงโดยใช้ถังสูงหลายถัง

ระบบจ่ายน้ำลงโดยการวางถังน้ำไว้บนดาดฟ้าสุขภัณฑ์และอุปกรณ์ที่ใช้น้ำบริเวณชั้นด้านบนจะมีแรงดันน้ำและปริมาณน้ำไม่พอเราจึงแยกระบบจ่ายน้ำของชั้นบนออกมาและมีการเพิ่ม “ถังอัดความดัน” เพื่อเพิ่มแรงดันกับปริมาณน้ำให้เพียงพอต่อการใช้งาน

ระบบท่อประปา

ระบบจ่ายน้ำแบบผสม

การกระแทกของน้ำ หรือ ค้อนน้ำ (Water Hammer)

การเกิดค้อนน้ำ คือ การที่น้ำที่มีการไหลอยู่โดนขัดขวางการไหลทันที (การปิดวาล์ว, การปิดก็อกน้ำ) เมื่อน้ำไม่สามารถไหลต่อไปได้ก็จะเกิดการกระแทกและไหลย้อนกลับทางเดิม ทำให้ระบบท่อเกิดการสั่นสะเทือน เกิดเสียงดังและท่อน้ำจะเสียหายเร็วขึ้น

แรงดันของน้ำจากการกระแทกสามารถหาได้จากสูตร

P = 14.8V

เมื่อ

P = ความดันที่เพิ่มขึ้นจากการเกิดค้อนน้ำ (หน่วย บาร์ : bar)

V = ความเร็วของน้ำ (หน่วย เมตร/วินาที : m/s)

เราจะเห็นว่าความดันภายในท่อจะเพิ่มขึ้น 4 – 8 เท่าของความดันใช้งานปกติ

ค้อนน้ำ

การเกิดค้อนน้ำ (Water Hammer)

การป้องกันการกระแทกของน้ำ

เราสามารถป้องกันการเกิดการกระแทกของน้ำได้โดยการติดตั้งอุปกรณ์ที่ “ดูดกลืนพลังงานจากคลื่นความดัน” (water hammer arrestor) มาติดตั้งไว้ในระบบท่อ อุปกรณ์ที่ง่ายที่สุด เรียกว่า ห้องอากาศ (Air Chamber) เป็นท่อน้ำที่ต่อเลยยาวออกไปจากท่อที่ต่อเข้าสุขภัณฑ์

ห้องอากาศ

ห้องอากาศ (Air Chamber) จาก dongilmt.com

การกระแทกของน้ำ

การใช้ห้องอากาศสำหรับสุขภัณฑ์หลายชุด

อัตราการไหลและความดันของเครื่องสุขภัณฑ์

เครื่องสุขภัณฑ์แต่ละชนิดต้องการความดันและอัตราการไหลของน้ำตามคำแนะนำของผู้ผลิต สามารถดูความดันและอัตราการไหลต่ำสุดของสุขภัณฑ์ทั่วไปได้ที่ตารางด้านล่าง

ตารางแสดงความดันและอัตราการไหลสำหรับสุขภัณฑ์ทั่วไป

เครื่องสุขภัณฑ์

ความดัน
บาร์ (psi)

อัตราการไหล
Lps (gpm)

ก็อกน้ำ
Ordinary basin faucet

0.55 (8)

0.19 (3)

ก็อกน้ำแบบหยุดได้เอง
Self-closing basin faucet

0.84 (12)

0.16 (2.5)

ก็อกน้ำล้างจาน
Sink faucet (15 mm.)

0.35 (5)

0.28 (4.5)

ก็อกน้ำอ่างน้ำ
Bathtub faucet

0.35 (5) 

0.38 (6)

ก็อกน้ำซักผ้า
Laundry tub cock

0.35 (5)

0.32 (5)

ฝักบัว
Shower

0.84 (12)

0.32 (5)

ก็อกสำหรับสุขภัณฑ์
Ball cock for closet

1.00 (15)

0.19 (3)

ก็อกน้ำคันโยกสำหรับชักโครก
Flush valve for closet
0.7-1.4 (10-20)

0.9 – 2.5 (15 – 40)

ก็อกน้ำคันโยกสำหรับโถปัสสาวะ
Flush valve for urinal

1.00 (15)

0.95 (15)

เนื่องจากความดันในท่อจะมีการเปลี่ยนแปลงไม่คงที่ การติดตั้งอุปกรณ์ที่ควบคุมอัตราการไหลที่สุขภัรฑ์ที่ให้ผลดี คือ

  1. สามารถจำกัดอัตราการไหลเท่าที่จำเป็นให้กับสุขภัณฑ์แต่ละชนิดได้
  2. สามารถออกแบบท่อได้อย่างแม่นยำมากขึ้น
  3. ประหยัดพลังงานให้กับระบบน้ำ
Flexible Orifice

Flexible Orifice ภาพจาก bertfelt.com

ความต้องการน้ำต่อวัน

ในแต่ละวันอาคารแต่ละประเภทจะมีความต้องการน้ำที่แตกต่างกัน โดยปกติทั่วไปจะอยู่ที่ 75 – 300 ลิตร (20 – 80 แกลลอน) สามารถหาความต้องการน้ำในแต่ละวัน ของอาคารได้ตามตารางด้านล่างน้ำ

ประเภทอาคาร ความต้องการน้ำ
ลิตร/คน/วัน
อาคารที่อยู่อาศัย/อาพาทเม้นท์

100 – 300

อาคารสำนักงาน

40 – 70

โรงพยาบาล

600 – 1200

โรงเรียน

50 – 80

โรงแรม

200 – 400

หอพัก

200 – 300

โรงซักรีด

20 – 40

สนามบิน

15 – 25

ขนาดท่อสำหรับเครื่องสุขภัณฑ์

ขนาดของท่อประปาที่จ่ายให้แก่เครื่องสุขภัณฑ์แต่ละชนิดถูกกำหนดให้สามารถจ่ายน้ำให้เพียงพอ และมีแรงดันที่เหมาะสม ดังตารางด้านล่าง

ตารางแสดงขนาดท่อเล็กสุดสำหรับสุขภัณฑ์แต่ละชนิด

ชนิดของสุขภัณฑ์

ขนาดท่อ มม. (นิ้ว)

อ่างอาบน้ำ (bathtub)

15 (1/2)

น้ำพุสำหรับดื่ม (drinking fountain)

10 (3/8)

อ่างล้างชาม (dishwaher)

15 (1/2)

อ่างล้างมือ (lavatoroy)

15 (1/2)

ฝักบัวอาบน้ำ (shower)

15 (1/2)

โถปัสสาวะชายแบบก็อกหมุน (urinal angle valve)

15 (1/2)

โถปัสสาวะชายแบบคันโยก (urinal flush valve)

20 (3/4)

ชักโครกแบบมีแท็งค์น้ำ (water closet flush tank)

15 (1/2)

ชักโครกแบบไม่มีแท็งค์น้ำ (water closet flush valve)

25 (1)

ก็อกสนาม (hose bib)

15 (1/2)

อ่างซักล้าง (service sink)

20 (3/4)

การประมาณความต้องการน้ำสูงสุด

ในการออกแบบระบบท่อเราต้องคำนึงถึง

    • การมีน้ำให้พอกับสุขภัณฑ์ที่ใช้สอย
    • จำนวนเครื่องสุขภัณฑ์ที่ใช้พร้อมกัน

ความต้องการน้ำของสุขภัณฑ์ เราจะมีหน่วยที่เรียกว่า หน่วยสุขภัณฑ์ (fixture unit : FU) เราจะหาความต้องการน้ำได้จากการรวมค่า FU ของท่อเส้นนั้น จากนั้นนำไปหาอัตราการไหลได้จาก Hunter’s curve

เราจะมีวิธีการคำนวณปริมาณอัตราการไหลของน้ำได้ ดังนี้

1. รวมค่า FU ของท่อเส้นนั้น โดยดูจากตารางด้านล่าง

ตารางแสดงค่า FU ของสุขภัณฑ์

สุขภัณฑ์

ชนิดของวาล์วน้ำ

ลักษณะอาคาร

น้ำเย็น

น้ำร้อน

ชักโครก

วาล์วคันโยก

สาธารณะ

10

ชักโครก

แท็งค์น้ำ

สาธารณะ

5

โถปัสสาวะชาย

วาล์วคันโยก

สาธารณะ

10

โถปัสสาวะชาย

วาล์วคันโยก

สาธารณะ

5

โถปัสสาวะชาย

แท็งค์น้ำ

สาธารณะ

3

อ่างล้างหน้า

วาล์วแบบหมุน

สาธารณะ

1.5

1.5

อ่างอาบน้ำ

วาล์วแบบหมุน

สาธารณะ

3

3

ฝักบัว

วาล์วแบบหมุน

สาธารณะ

3

3

อ่างซักล้าง

วาล์วแบบหมุน

ออฟฟิศ

2.25

2.25

อ่างล้างจาน

วาล์วแบบหมุน

โรงแรม,ร้านอาหาร

3

3

น้ำพุสำหรับดื่ม

วาล์วแบบหมุน

ออฟฟิศ

0.25

ชักโครก

วาล์วคันโยก

ส่วนตัว

6

ชักโครก

แท็งค์น้ำ

ส่วนตัว

3

อ่างล้างหน้า

วาล์วแบบหมุน

ส่วนตัว

0.75

0.75

อ่างล้างหน้า

วาล์วแบบหมุน

ส่วนตัว

1.5

1.5

อ่างล้างจาน

วาล์วแบบหมุน

ส่วนตัว

1.5

1.5

2. หาอัตราการไหลของน้ำจาก Hunter’s curve

ตารางอัตราความต้องการน้ำสูงสุดของ Hunter’s Curve

สำหรับระบบจ่ายน้ำที่มีถังพักน้ำ
(Flush Tank)
ค่า FU รวม

สำหรับระบบจ่ายน้ำที่ไม่มีถังพักน้ำ
(Flush Tank)
ปริมาณน้ำที่ต้องการ
(gpm)

สำหรับระบบจ่ายน้ำที่ไม่มีถังพักน้ำ
(Flush Valve)
ปริมาณน้ำที่ต้องการ
(gpm)

6 5
8 6.5
10 8 27
12 9.2 28.6
14 10.4 30.2
16 11.6 31.8
18 12.8 33.4
20 14 35
25 17 38
30 20 41
35 22.5 43.8
40 24.8 46.5
45 27 49
50 29 51.5
60 32 55
70 35 58.5
80 38 62
90 41 64.5
100 43.5 67.5
120 48 72.5
140 52.5 77.5
160 57 82.5
180 61 87
200 65 91.5
225 70 97
250 75 101
275 80 105.5
300 85 110
400 105 126
500 125 142
750 150 178
1000 208 208
1250 240 240
1500 267 267
1750 294 294
2000 328 328
2250 348 348
2500 375 375
2750 402 402
3000 432 432
4000 525 525
5000 593 593
6000 643 643
7000 685 685
8000 718 718
9000 745 745
10000 769 769
Hunter-Curve
Hunter-Curve

Hunter's Curve

3. ปรับค่าอัตราความต้องการน้ำสูงสุดด้วย Water Factor

โดยน้ำค่า Water Factor X อัตราการไหลที่ได้จาก Hunter’s Curve

ตารางค่า Water Factor สำหรับโรงพยาบาล

FU

Water Factor

น้อยกว่า 400

1

401 – 600

0.9

601 – 1,200

0.77

1,201 – 1,500

0.74

1,501 – 2,000

0.7

2,001 – 2,500

0.69

2,501 – 3,000

0.68

3,001 – 4,000

0.65

4,001 – 5,000

0.64

5,001 – 6,000

0.63

6,001 – 8,000

0.62

8,001 – 10,000

0.61

10,001 – 13,000

0.6

ตารางค่า Water Factor สำหรับอาคารสำนักงาน, โรงเรียน และอพาทเม้นท์

FU

Water Factor

น้อยกว่า 400

1

401 – 600

0.87

601 – 900

0.75

901 – 1,200

0.64

1,201 – 1,500

0.63

1,501 – 2,000

0.61

2,001 – 2,500

0.60

2,501 – 3,000

0.59

3,001 – 4,000

0.58

4,001 – 5,000

0.56

5,001 – 6,000

0.56

6,001 – 7,000

0.56

7,001 – 8,000

0.55

*สำหรับ ฝักบัวอาบน้ำ และอ่างล้างมือ ให้นำอัตรการไหลมารวมทีหลัง

การคำนวณหาขนาดท่อ

เราสามารถคำนวณหาอัตราการไหลของน้ำได้จากสมการเบื้องต้น คือ

Q = AV

เมื่อ

Q = อัตราการไหล (หน่วย gpm)

A = พื้นที่หน้าตัดท่อ

V = ความเร็วของน้ำภายในท่อ

 

และเนื่องจากผนังของท่อจะมีผิวหยาบทำให้เกิดการไหลแบบปั่นป่วน (Turbulent Flow) ส่งผลให้เกิดแรงเสียดทานในท่อ และความดันภายในท่อจะลดลง เราสามารถคำนวณหาความดันลดได้จากสูตรของ Hazen-Williams

hf = (4.727/D4.87) L(Q/C)1.85

เมื่อ

hf = ความดันลด (หน่วย ฟุตน้ำ : ftw)

D = ขนาดเส้นผ่านศูนย์กลางของท่อ (หน่วย ฟุต : ft)

L = ความยาวท่อ (หน่วย ฟุต : ft)

Q = อัตราการไหล (หน่วย ลูกบาศก์ฟุต/วินาที : ft3/s)

C = สัมประสิทธ์ความหยาบของท่อ (Surface Coefficient of pipe)

 

ค่า C จะขึ้นกับความหยาบของผนังท่อในทางปฏิบัติแล้วการใช้ Q = AV และสูตรของ Hazen – William นั้นไม่เหมาะสมจึงมีการแปลงสูตรให้อยู่ในรูปของกราฟทำให้สามารถอ่านค่าของขนาดท่อความเร็วน้ำอัตราการไหลและความดันลดได้จากกราฟโดยตรง

(กราฟ – สำหรับท่อทองแดง)

(กราฟ – สำหรับท่อเหล็ก)

ในการออกแบบความเร็วของน้ำภายในท่อควรอยู่ระหว่าง 1.2 – 2.4 เมตร/วินาทีหรือ 4 – 8 ฟุต/วินาทีและความเร็วของน้ำควรไม่เกิน 3 เมตร/วินาทีเพื่อป้องกันการเกิดเสียงดังและลดการสึกกร่อนของท่อและวาล์ว

ตารางด้านล่างจะเป็นข้อมูลเพื่อช่วยในการออกแบบท่อย่อย

ตารางข้อมูลแสดง จำนวนท่อย่อย 15 มม. (1/2 นิ้ว) ที่สามารถต่อจากขนาดท่อประปา

ขนาดท่อประปา มม. (นิ้ว)

จำนวนท่อที่สามารถต่อได้เมื่อมีการใช้งานปกติ

จำนวนท่อที่สามารถต่อได้
เมื่อมีการใช้งานพร้อมกันทั้งหมด

15 (1/2)

1 1

20 (3/4)

4 3

25 (1)

10 6

30 (1-1/4)

20 12

40 (1-1/2)

30 20

50 (2)

50 35

65 (2-1/2)

90 60

80 (3)

125 85

100 (4)

225 150

ตารางข้อมูลแสดง จำนวนวาล์วแบบคันโยกขนาด 25 มม. (1 นิ้ว) ที่สามารถต่อจากขนาดท่อประปา

ขนาดท่อประปา มม. (นิ้ว)

จำนวนวาล์วแบบคันโยกขนาด 25 มม. ที่สามารถต่อได้

30 (1-1/4)

40 (1-1/2)

2 – 4

50 (2)

5 – 12

65 (2-1/2)

13 – 25

80 (3)

26 – 40

100 (4)

41 – 100

*ให้นับวาล์วคันโยก ขนาด 20 มม. จำนวน 2 ตัว มีค่าเท่ากับ วาล์วคันโยกขนาด 25 มม. จำนวน 1 ตัว และใช้ท่อจ่ายขนาด 25 มม. ได้

ความดันลดภายในท่อ

ในงานระบบท่อน้ำที่ไหลภายในท่อจะผ่านทั้งท่อตรง ข้อต่อ และวาล์วต่างๆ ในการออกแบบเราจะใช้ค่า ความยาวสมมูล (equivalent length) หมายถึง ความยาวของท่อตรงที่มีขนาดเท่ากับขนาดของข้อต่อหรือวาล์ว และจะให้ความดันลดเท่ากับความดันลดของอุปกรณ์ ตารางด้านล่างนี้จะแสดงขนาดความยาวสมมูลของข้อต่อและอุปกรณ์เป็นเมตร

ตารางแสดงความยาวสมมูลของข้อต่อ และอุปกรณ์ (หน่วย เมตร)

ขนาดท่อ
มม. (นิ้ว)

ข้องอ 90°

ข้องอ 45°

สามทาง
ทางแยก
(Tee 90°)

สามทาง
ทางตรง

เกทวาล์ว
(Gate Valve)

โกลบวาล์ว
(Globe Valve)

แองเกิ้ลวาล์ว
(Angle Valve)

10 (3/8″)

0.8

0.2

0.5

0.1

0.06

2.4

1.2

15 (1/2″)

0.6

0.4

0.9

0.2

0.12

4.5

2.4

20 (3/4″)

0.8

0.5

1.2

0.25

0.15

6

3.6

25 (1″)

0.9

0.6

1.5

0.3

0.18

7.6

4.5

30 (1-1/4″)

1.2

0.7

1.8

0.4

0.25

11

5.5

40 (1-1/2″)

1.5

0.9

2.1

0.5

0.3

14

6.7

50 (2″)

2.1

1.2

3

0.6

0.4

17

8.5

65 (2-1/2″)

2.4

1.5

3.6

0.8

0.5

20

10

80 (3″)

3

1.8

4.5

0.9

0.6

24

12

100 (4″)

4.2

2.4

6.4

1.2

0.8

38

17

125 (5″)

5.1

3

7.6

1.5

1

42

21

150 (6″)

6

3.6

9

1.8

1.2

50

24

ตัวอย่างการคำนวณที่ 1

อาคารสองชั้นมีสุขภัณฑ์ดังนี้ อาคารหลังนี้ต้องมีท่อประปาหลักขนาดเท่าไหร่ จึงจะจ่ายน้ำได้เพียงพอ

  • ชักโครก ชนิดแท็งน้ำ (Flush Tank) 2 ชุด
  • อ่างล้างมือ (Lavatory) 3 อ่าง
  • อ่างห้องครัว (Kitchen sink) 1 อ่าง
  • ก็อกน้ำ 15 มม. 1 ก็อก

สามารถหาจำนวนสุขภัณฑ์ได้จาก ตารางค่า FU

  • ชักโครก 2 ชุด = 2 x 3 = 6 FU
  • อ่างล้างมือ 3 อ่าง = 3 x 1 = 3 FU
  • อ่างห้องครัว 1 อ่าง = 1 x 2 = 2 FU

รวมทั้งหมด 11 FU

จากตารางของ Hunter’s Curve เราจะได้ว่า 11 FU มีค่าเท่ากับ 8.5 gpm

จากตาราง water factor เราจะได้ค่าเท่ากับ 1.0

ถ้ามีการใช้ก็อกน้ำพร้อมกับสุขภัณฑ์อื่นๆ และอัตราการไหลของก็อกน้ำเท่ากับ 5 gpm

อัตราการไหลในท่อน้ำ = 8.5 + 5 = 13.5 gpm หรือ (13.5 x 3.785)/60 = 0.85 lps (ลิตร/วินาที)

จากกราฟในการหาขนาดท่อเราจะได้ว่า

ควรใช้ท่อขนาด 20 มม. ความเร็วของน้ำในท่อ 2.8 เมตร/วินาทีและมีความดันลดในท่อประมาณ 80-100 เมตรแต่เนื่องจากความดันลดนั้นสูงเกินไปเราจะเปลี่ยนไปใช้ท่อขนาด 25 มม. (ท่อใหญ่ขึ้น) และความเร็วของน้ำประมาณ 1.7 เมตร/วินาทีมีความลด 25 เมตร