اصول لوله کشی: انتخاب بهترین شیر

دولت آمریکا با اتخاذ قوانین بی سابقه جدیدی که لوله کش ها ملزم به اجرای آن می باشند، در
پی گشایش عرصه جدیدی در صنعت لوله کشی می باشد. در پروژه های بازسازی یکی از
مسائل مهم و حیاتی برای مهندسین لوله کشی، انتخاب لوازم صحیح برای تامین نیازهای هر
واحد می باشد. برای رسیدن به این نقطه باید درک کاملی از دو نوع شیر اصلی و منفرد داشته
باشیم.

شیرهای اصلی

شیرهای اصلی ترموستاتیک بیشتر در ساختمان های تجاری به کار می روند و به مقادیر آب زیادی نیاز دارند. این شیرها آب خروجی از دیگ یا آبگرمکن را به دمای پایین تری تعدیل مینمایند. برای مثال یک شیر اصلی در یک هتل یا یک آپارتمان برای تعدیل آب ١٨٠ درجه فارنهایت که از یک دیگ خارج می شود به دمای حداکثر ١۴٠ درجه فارنهایت به کار می رود. شیر اصلی اولین شیری است که در سیستم به کار می رود؛ هر چند که این شیر مصرف کننده را در برابر سوختن یا تاول زدن محافظت نمی کند. چرا که این شیر در هنگام نصب بر روی یک درجه حرارت معین تنظیم می شود و باعث می شود که دمای آب ورودی مطابق با دمای برنامه ریزی شده باشد. در بسیاری از موارد شیر اصلی در طبقه اول و یا طبقه همکف قرار می گیرد. یعنی تا حد امکان در نزدیکی منبع تامین آب گرم. وقتی که دمای آب توسط شیر اصلی تعدیل گردید با تکیه بر سیستم گردش مجدد می توان از تامین دمای مورد نظر برای آب اطمینان حاصل نمود. مهندسین لوله کشی باید در خصوص افت دمای حاصل از گردش مجدد، تمهیدات لازم را در نظر بگیرند. اگر سیستم حفاظت از گرما در سیستم نصب نشده باشد، دمای آب ممکن است تا ۱۰۰ یا ١٠۵ درجه فارنهایت پایین بیاید حتی اگر شیر اولیه روی دمای ١٢٠ درجه فارنهایت تنظیم شده باشد.
یک روش مشهور برای گرمایش آب در حین گردش (Heat Tracing) امروزه روش جستجوی دما مجدد تبدیل شده است. بدین ترتیب که آب به وسیله عبور پیوسته و همیشگی از یک مسیر که توسط نوارهای داغی نوارپیچ شده است به صورت ترموستاتیکی کنترل و گرم نگه داشته می شود. شیر اصلی با استفاده از یکی از سه مکانیزم زیر آب را کنترل می کند: موتور وکس، بی متال و یا لوله کاپیلاری؛ که هر یک از یک نوع خاص ترموستات بهره می برند. اما هدف مشترک هر سه تولید آب با دمای ثابت می باشد. وقوف کامل به چگونگی عملکرد هر یک از این سه مکانیزم برای عیب یابی و تعمیر این شیرها امری حیاتی به شمار می رود. در شیر ترموستاتیکی با موتوروکس، یک پیستون تعدیل جریان را برعهده دارد. وقتی موتور وکس،تغییر دما را حس کند، پیستون کنترل کننده جابجا می شود تا جریان آب داغ را باز و یا بسته نماید. با تکامل نسل این شیر در صنعت خودرو که در جهت کنترل حداکثر دمای موتور به کار می روند، شیرهای موتور وکس شیرهای قابل اطمینان، در دسترس و با عمر طولانی به شمار می روند. در شیر اصلی بی متال دو واشر فلزی با ضرایب انبساط مختلف به یکدیگر چسبیده و به شکل فنری در آمده اند. وقتی دمای آب تغییر می کند به همان نسبت شکل فنر عوض می شود و موجب حرکت کوچکی در هر یک از واشرها می گردد. این حرکت کوچک خود موجب تغییر بزرگتری می گردد که باعث می شود پیستون از جای خود حرکت کرده و جریان آب را کنترل نماید. آخرین مدل شیر ترموستاتیکی از یک لوله کاپیلاری که با گاز پرشده است، بهره می برد. در این حالت لوله با انبساط و انقباض خود دما را تعدیل کرده و مسیر عبور آب را فراخ تر و یا کوچکتر می نماید. فارغ از این که چه نوع ترموستاتی برای شیر در نظر گرفته می شود، لوله کش باید در هنگام نصب دمای شیر اصلی را تنظیم نماید. دمای مناطق مختلف و مناطق خاص به وسیله آیین نامه های محلی لوله کشی معین می شود، اگر چه محدوده دما بین ١٠٠ تا ١۴٠ درجه فارنهایت می باشد اما در برخی مناطق دما حداکثر به ١٢٠ درجه فارنهایت می رسد. طراحان باید فصل و مساحت منطقه ای که در آن قرار دارند را در نظر بگیرند. در ایالات شمالی آمریکا که دکای آب سرد تا ۴٠ درجه فانهایت افت می کند، لوله کش باید شیر اصلی را برای دمای بالاتری تنظیم نماید. در ایالات جنوبی و بیابانها که دمای آب شیر می تواند تا ٨٠ درجه فارنهایت بالا رود، شیر اصلی باید آب را به دماهای پایین تری محدود نماید. وقتی دما تنظیم شد،شیر اصلی دمای آب تنظیم می کند. حداکثر تغییر دما برای دبی های بیش از ٨٠ گالن در دقیقه ۷ درجه فارنهایت خواهد بود. برای شیرهای کوچکتر،حداکثر تغییر دما کمتر خواهد بود.

شیرهای مورد مصرف در مناطق منفک از یکدیگر
علاوه بر شیرهای اصلی، لوله کش باید شیرهای مناطق را مجزا نصب نماید به طوری که مصرف کننده قادر باشد جریان آب را قطع و وصل نماید. در منازل این اولین مرحله کار یک لوله کش محسوب می شود. چرا که در منازل شیر اصلی به کار برده نمی شود و آب مستقیما از منبع تامین آب داغ وارد خانه می شود. دو نوع شیر مجزا در کل صنعت به کار برده می شود: شیری که با فشار متعادل می شود و شیر ترکیبی.

شیر ترموستاتیکی
دانش فنی این شیر نظیر همان دانشی است که در شیر اصلی به کار گرفته می شود. این شیر مجهز به یک ترموستات داخلی است که تغییرات دمای آب ورودی را حس کرده و جریان را مطابق با آن تنظیم می نماید. بمانند حالت قبل در این جا هم شیر ترموستاتیک ٣ مدل دارد: مدل موتور وکس، بی متال و کاپیلاری.

شیر موازنه فشاری
این شیر در مصارف خانگی بیشترین کاربرد را دارد. شیر موازنه فشاری با حس کردن نوسانات فشار در جریان آب داغ یا سرد ورودی و با تنظیم سریع دبی دمای آب را کنترل می کند. این شیر٢ نوع پیستونی و دیافراگمی را دربرمی گیرد، مدل پیستونی اختلاف فشار بین جریان سرد و گرم ورودی را حس کرده و میزان دبی را تغییر می دهد. در مقابل مدل دیافراگمی با تفکیک آب داغ و آب سرد، نوسانات فشار را از بین می برد. در نتیجه مدل دیافراگمی بسیار حساس تر و از نظر اندازه بزرگتر از مدل پیستونی می باشد. نتیجه ترکیب هر دوشیر، یک وسیله ترموستاتیکی خواهد شد که با فشار متعادل می شود. این شیر با حس کردن تغییر دما و اختلاف فشار، دمای خروجی را ثابت نگه می دارد. اندازه ورودی ١اینچ تغییر می نماید. در هنگام تعیین اندازه شیر، لوله کش / ٣ تا ٢ / هر سه نوع شیر مجزا از ٨ها باید به این مسئله توجه کنند که شیرهای مجزا تحت دبی کامل بهترین عملکرد را از خود نشان می دهند. لذا اگر شیر به درستی انتخاب شود و یا مقدار جزیی کوچکتر در نظر گرفته شود، کنترل بهتری امکان پذیر شده و نگهداری شیر نیز آسان تر خواهد شد، در حالی که اگر شیر بزرگتر از حد لازم در نظر گرفته شود، سیستم با افت فشار مواجه خواهد شد که در این صورت کنترل سیستم از حالت مناسب و مطلوب خارج شده و این امر تاثیر نامطلوبی برعمر قطعات داخلی سیستم خواهد داشت. حداکثر دمایی که برای شیرهای مجزا در نظر گرفته می شود از ٩۵ درجه فارنهایت الی ١١٠درجه فارنهایت می باشد. در هنگام تنظیم شیرهای مجزا، لوله کش باید تغییرات احتمالی در تامین آب گرم را که به علت کاهش و یا افزایش در طول شب و یا به علت تغییر فصل رخ می دهد را در نظر بگیرد. حتی تغییرات کوچک و ناگهانی دما ممکن است باعث وارد شدن شوک به مصرف کننده و موجب بروز سانحه، شوک حرارتی و یا آتش سوزی گردد. برای محافظت از مصرف کننده در قبال این چنین حوادثی، باید محاسبه نماید که چگونه تغییر دما بر دمای خروجی تاثیر می گذارد در حال که نسبت آب گرم و سرد ثابت می ماند. پس از اینکه تغییرات دما مشخص شد و دمای بهینه تعیین گردید، می توان نسبت به تنظیم شیر اقدام نمود. شیرهای مجزا برای تعدیل آب تا ٣± درجه فارنهایت انحراف نسبت به دمای از پیش تنظیم شده طراحی شده اند. ویژگی دیگر شیرهای مجزا محافظ در برابر معایب احتمالی خط آب سرد و ممانعت از سوختن و تاول زدن می باشد. بدین ترتیب که شیر ظرف مدت ۵ ثانیه بعد از اینکه فشار آب سرد افت کرد دبی آب ١ گالن در دقیقه و یا کمتر تقلیل می دهد. بدین ترتیب این جریان آرام و کوچک باعث / گرم را به ٢می شود که مصرف کننده دچار سوختگی نشود.

مزایا
هر یک از شیرها فراخور شکل خود دارای مزایایی هستند به عنوان مثال شیر موازنه فشاری نوسانات فشار را اصلاح می کند اما قادر به تعدیل نوسانات دما نمی باشد. در مقابل شیر ترموستاتیکی تغییرات دمای خروجی را حس کرده و جریان را به گونه ای تنظیم می کند که دمای خروجی مطلوب به دست آید. با توجه به اینکه شیر ترموستاتیکی نوسانات فشار را به صورت غیر مستقیم و در اثر احساس تغییرات دمای خروجی حس می کند لذا عکس العمل شیر ترموستاتیکی در مقابل نوسانات فشار به مراتب ضعیف تر از شیر موازنه فشاری می باشد. بیشترین سطح مراقبت از جریان مربوط به شیر ترکیبی می باشد. این شیر هم تغییرات فشار و هم تغییرات دما را حس کرده و نسبت به اصلاح شرایط در اثر هر یک از این تغییرات واکنش نشان می دهد.
در راستای تعیین محل صحیح کاربرد هر یک از شیرها، طراح باید چندین عامل را در نظر بگیرد. اگر احتمال تغییر دمای آب ورودی به شیر حمام وجود داشته باشد، شیر ترموستاتیکی انتخاب مناسبی به شمار می رود. از سوی دیگر اگر طراح احتمال نوسانات فشار را بدهد بهتر است از شیر موازنه فشاری استفاده شود. اگر امکان داشته باشد که هر دو مشکل به وقوع بپیوندد بهتر است از شیر ترکیبی استفاده شود. اکثر طراحان شیر موازنه فشاری را به عنوان حداقل نیاز کاربردهای تجاری می پندارند چرا که این شیرها کم هزینه ترین شیرها می باشد و مصرف کنندهرا تا حد معینی تحت پوشش و مراقبت قرار می دهند. شیر ترموستاتیک و شیر ترکیبی محافظت و پوشش بهتری ارائه می دهند اما به خاطر ساختار پیچیده ای که دارند معمولا گران تر هستند در نتیجه طراحان باید با توجه به شرایط و ملاحظات اقتصادی پروژه و ارائه محافظت مطلوب نسبت به انتخاب شیر اقدام نمایند.

استاندارها
هدف اصلی استفاده از هر شیر محافظت و مراقبت از مصرف کننده در برابر سوختگی شدید و یا شوک های حرارتی می باشد. برای جلوگیری از نقص فنی شیر که منجر به آسیب دیدن استانداردهایی برای تعدیل و (ASSE) مصرف کننده می گردد انجمن مهندسین بهداشتی آمریکا آزمایش شیرهای اصلی و مجزا تدوین کرده است. علاوه بر آزمایشات تغییر دما و دمای بالا، شیرهای اصلی و مجزا باید تحت آزمایشات ترکیدگی شیر نیز قرار گیرند. شیرهای مجزا باید آزمایشات مربوط به مدت عمر و مقاومت در برابر نقایص فنی آب سرد را نیز پشت سر بگذارند. مهندسین لوله کشی برای توفیق در کسب و کارشان و همچنین برای تامین سلامتی مصرف کنندگان باید نسبت به استانداردها و ضرباتی که شیرها به خودشان وارد می سازند احاطه
کاملی داشته باشند.

منبع: عمران ۱۱۸

;

;