کنترل لرزش سیستم های HVAC و لوله کشی تأسیسات

آلودگی صوتی یکی از ناهنجاری های زندگی جدید بشر است. استفاده از مواد سبک ولی بادوام در فضای زندگی کوچک انسان ها، باعث اجباری شدن استاندارهای جدید جهت کنترل صدا در محیط زندگی شده است.
در این بین تجهیرات تاسیساتی از قبیل لوله کشی ها ،هواکش،پمپ به‌علت اینکه به طرق مختلف در ساختمان ها اعم از مسکونی یا تجاری به‌کار برده می‌شوند از مهمترین عوامل به وجود آوردن نویز هستند.
گروه صنعتی لینکران به صورت تخصصی در زمینه تولید انواع اتصالات و لرزه‌گیر ها و عایق الاستومری حرارتی و صوتی فعالیت می‌کند . که می‌توانند برای انواع سیستم‌های HVAC ، فن‌ها، پمپ‌ها، ژنراتورها، بالابرها و انواع دستگاه‌های صنعتی استفاده کرد . تا میزان نویز و لرزش ایجاد شده توسط تجهیزات را به طور چشمگیری کاهش داد .
در این مقاله به طور اختصاصی درخصوص کنترل لرزش سیستم های HVAC  و لوله کشی تاسیسات در ساختمان صحبت خواهیم کرد .

چالشی با عنوان لرزش سیستم های تأسیسات

ملزومات سیستم های سرمایش ، گرمایش و تهویه مطبوع ( سیستم های HVAC ) و سیستم های لوله کشی تأسیسات بر اساس نوع کاربری می توانند بسیار متفاوت باشند. سیستم های HVAC از لوله کشی برای انتقال سیالات به منظور جابجایی انرژی بین فضاهای مختلف ساختمان بهره می برند .  لوله های تأسیسات آب مصرفی را به داخل ساختمان هدایت کرده و همزمان فاضلاب را از آن خارج می کنند . این جابجایی انرژی و حرکت آب بایستی بطور مداوم و موثر بدون ایجاد اختلال در شرایط زندگی و کار ساکنین یک ساختمان انجام می شود . بنابراین، می تواند چالشی برای طراحان سیستم ها باشد .

سیال ناقل گرما (معمولاً آب) و آب مصرفی ، به درون ساختمان پمپ می شوند . پمپ ها در زمان انتقال آب دچار لرزش می شوند و طبیعتاً نویز ایجاد می کنند . معمولاً پمپ ها در یک موتورخانه مرکزی قرار می گیرند . معماران متهم به جانمایی این فضا در بدترین جای ممکن در ساختمان هستند ؛ که غالباً در مجاورت دفتر کار شخصی مهم است . حتی اگر موتورخانه و محل تجهیزات در محلی دور قرار داشته باشند ، نویز و لرزش ممکن است از طریق لوله ها انتقال یابد و باعث آزار و اذیت ساکنین سایر فضاهای ساختمان شود .
این مشکلات می توانند برای مهندسان مشاور سیستم های HVAC و لوله کشی تأسیسات بسیار دردسر ساز باشند، زیرا وقتی که ساختمان در حال اتمام است و حتی ممکن است افراد در آن ساکن باشند ، اعمال تغییرات عموماً بسیار گران قیمت و سخت است .
کلید مؤثر در کاهش نویز و لرزش ، جداسازی کامل و دقیق تجهیزات از سازه ساختمان در مرحله طراحی پروژه است.

اجزای مؤثر در ایجاد نویز و لرزش

نویز و لرزش به تنهایی لزوماً مشکل زا نیستند . در حقیقت بایستی سه جزء دخیل باشند تا مشکل به وجود آید که باید توجه داشت حذف هر یک از این سه جزء به معنی نبود مشکل است :

یک منبع تولید (پمپ یا سایر تجهیزات دوار)
یک مسیر (لوله کشی یا سازه)
یک گیرنده (ساکنین ساختمان)

راه های انتقال لرزش سیستم ها و تأسیسات

دو راه برای انتقال لرزش سیستم ها و تأسیسات وجود دارد :

از طریق سازه ساختمان

از طریق لوله کشی

این مقاله بر انتقال نویز و لرزش از طریق لوله کشی تأسیسات تمرکز دارد .

معمولاً ، مهندسان از لرزه گیر های لاستیکی یا فنری به منظور جدا سازی پمپ ها از سازه ساختمان استفاده می کنند . برای خطوط لوله نیز راهکارهایی وجود دارد.

یک متخصص می تواند شیلنگ زره دار را انتخاب کند. دیگری ممکن است لاستیک یا اتصال پلی تترافلورواتیلن (PTFE) را انتخاب کند.

بهترین لرزه گیر برای لوله کشی تأسیسات

سیستم های HVAC و لوله کشی تأسیسات بطور معمول در فشار و دمای پایین کار می کنند ، و این مسأله سبب می شود تا اتصالات عایق الاستومریک بهترین گزینه برای آنها باشند . شیلنگ های زره دار و عایق الاستومریک بطور معمول در هر موتورخانه ای دیده می شوند .

مقایسه لرزه گیر ها جهت کنترل لرزش سیستم های HVAC و لوله کشی تأسیسات

شیلنگ زره دار

اتصالات شیلنگی زره دار شامل یک شیلنگ موج دار استیل یا برنز به همراه زرهی از جنس استیل یا برنز است

این شیلنگ ها می توانند دارای پایانه ها و اتصالات متفاوتی (فلنج، جوشی، رزوه ای، شیاردار یا ترکیبی) باشند و فشار و دمای بالا را تحمل کنند .
اما برای اتصال انتهای خطوط لوله به بارهای هیدرواستاتیک مناسب نیستند .

این شیلنگ ها در حقیقت برای کل طول عمر خطوط لوله کشی تأسیسات و کاهش نیاز به بازرسی و نگهداری مداوم مورد استفاده قرار می گیرند .
شیلنگ های زره دار برای مهار حرکات جانبی طراحی شده اند . و نمی توانند حرکات محوری را پوشش دهند مگر اینکه با یک لوپ ادغام شوند .
همچنین الزاماتی برای رعایت حداقل طول لازم جهت کنترل موثر لرزش توسط آنها وجود دارد .

اتصال (PTFE)

اتصالات PTFE نیز به منظور لرزه گیری مورد استفاده قرار می گیرند. PTFE یک فلوروپلیمر است که توانایی مقاومت در برابر دما و فشار بالا را داراست و

می تواند برای انتقال بسیاری از سیالات خورنده که فلز یا سایر مواد الاستومریک را می خورند مورد استفاده قرار گیرد .

این اتصالات دارای فلنج بوده و حرکت آنها توسط راد مهار می شود .

اتصالات الاستومریک

اتصالات الاستومریک معمولاً دارای فلنج و با شکل بدنه قرقره ای یا کروی هستند. انواع مختلفی از آنها با ترکیبات الاستومریک وجود دارد، نئوپرن و

 EPDM متداول

ترین آنها در سیستم های تأسیساتی و HVAC هستند. ساختار استاندارد آنها شامل سه لایه اصلی است: لوله، ضمایم محکم کننده و پوشش.

نوع بدنه قرقره ای، دارای فلنج های کامل دارای نخ های تقویتی محکم کننده یا فلنج های تقویت شده خاص هستند. نوع بدنه کروی، دارای واشر آب بند بوده و سیستم تقویت کننده اضافه تری ندارند. معمولاً بر روی آنها رادهای کنترلی نصب می شود و می توانند فشار قابل توجهی را تحمل کنند. اتصالات الاستومریک معمولاً نمی توانند برای کل عمر ساختمان مورد استفاده قرار گیرند و بایستی به صورت دوره ای بازرسی و جایگزین شوند.

تعیین مشخصات نویز در سیستم های HVAC و لوله کشی تأسیسات

نویز سیستم های HVAC و لوله کشی تأسیسات می تواند توسط تجهیزات بزرگ (چیلرها، بویلرها، برج های خنک کننده، پمپ ها و هواسازها) یا هر یک از تجهیزات کوچک تر (فن ها، شیرها، یونیت های انتهایی، دیفیوزرها یا گریل ها) تولید شود . اما همواره، نتایج آزمایشات ارائه شده موکداً بر سیستم های جابجایی آب و لوله های همراه آنها تمرکز دارد. هیچ پیکربندی استانداردی برای لوله کشی تأسیسات وجود ندارد، بنابراین نتایج در حقیقت بازتاب وضعیت چیدمان لوله ها در شرایط مختلف است.

تجهیزات، صدا و لرزش را در محدوده فرکانسی وسیعی تولید می کنند. برای مثال، سیستم های هواساز بزرگ می توانند صداهای فرکانس پایین (۱۶ تا ۱۲۵ هرتز) تولید کنند، در حالی که نویز تولید شده توسط فن ها و پمپ ها در محدوده فرکانس های متوسط (۶۳ تا ۱۰۰۰ هرتز) است. نویز تولید شده جریان هوا می تواند تا ۸۰۰۰ هرتز باشد و به شکل صدای سوت یا هیس شنیده می شود. اما اغلب صداهای تولید شده در سیستم لوله کشی تأسیسات در محدوده فرکانس های متوسط قرار دارند.

پمپ ها عامل تولید نویز سازه برد

پمپ ها به ندرت عامل تولید مشکل نویز هوابرد هستند ؛ اما به شدت عامل تولید نویز سازه برد هستند. این مسأله غالباً ناشی از جداسازی ناکافی پمپ یا لوله های متصل به آن از سازه است. نویز ممکن است به صورت یک تون بسیار قوی در محل تیغه های پروانه پمپ شنیده شود، این مشکل می تواند با انتخاب پروانه ای که قطر آن حداکثر ۸۵ درصد شعاع cut-water باشد، به حداقل برسد.

مقادیر قابل قبول نویز بستگی به چه مواردی دارد ؟

مقادیر قابل قبول نویز بستگی به نوع کاربری فضاها دارد. سالن های تئاتر و موسیقی نسبت به فضاهای اداری و ورزشی دارای قواعد سختگیرانه تری در این زمینه هستند. بر این اساس مهندسان، تجهیزات را مطابق با ضوابط مورد نیاز هر فضا با رعایت اصول استانداردهایی مانند ASHRAE یا NC انتخاب می کنند.

مقایسه عملکرد اتصالات انبساطی
نویز و لرزش از هر دو طریق دیواره لوله یا سیال انتقال پیدا می کنند. اما بسته به نوع تجهیز بیشتر از طریق دیواره لوله.
بطور معمول- نه همیشه- چیلرها و بویلرها لرزش را بیشتر از طریق دیواره لوله و پمپ ها بیشتر از طریق سیال انتقال می دهند.
لرزش منتقل شده توسط دیواره لوله به شکل یک موج خمشی و توسط سیال به شکل یک موج فشاری است.
همه ی انواع اتصالات انعطاف پذیر عمل کنترل لرزش را با کاهش سختی دیواره لوله انجام می دهند. اتصالات الاستومریک بیشتر لرزش منتقل شده توسط سیال را به وسیله جذب فشار، کاهش می دهند. دیواره های لاستیکی می توانند به صورت محیطی منبسط و با امواج لرزش منطبق شوند؛ دیواره شیلنگ های فلزی این توانایی را ندارند.
اما قابل ذکر است که بالا رفتن همزمان فشار و دما ما را ناگزیر به استفاده از شیلنگ های فلزی می کند.

انتخاب ماده جهت کاهش نویز و لرزش

طبیعتاً لاستیک برای کاهش نویز و لرزش ایجاد شده توسط سیستم های HVAC  و لوله کشی تأسیسات بهتر است .
اما واضح است که در برخی کاربردها ناگزیر به استفاده از شیلنگ های فلزی هستیم و بسیار مهم است . که  تفاوت های موجود در میزان کاهش لرزش بین این دو ماده را بدانیم .
همچنین، با وجود تنوع لاستیک ها، نمی توان با قاطعیت گفت که کدام از بقیه بهتر است!

همه ی الاستومرها و پلیمرهای تست شده (Neoperan, EPDM, PTFE) مشخصات لرزه گیری مشابهی در مورد لوله های آب دارند.

تأثیر طراحی سیستم های HVAC و لوله کشی تأسیسات بر نویز و لرزش

میزان تأثیر نویز و لرزش در طراحی سیستم های HVAC و لوله کشی تأسیسات خیلی زیاد است . و عملاً غیر ممکن است که تمامی اشکال اجرای سیستم لوله کشی تأسیسات را مدل یا تست کنیم؛ به همین دلیل اصولی کلی در این مورد وضع شده اند .

تأثیرات فلنج

فلنج و سایر اجزای سنگین مانند شیرها و ساپورت های صلب بر لرزش دیواره لوله تأثیر گذاشته . و امواج پایدار را شکل می دهند . آنها اساساً به عنوان گره هایی در سیستم های HVAC و لوله کشی تأسیسات عمل می کنند . که تقریباً می توان حدس زد سبب تشدید فرکانس های خط لوله می شوند .

تأثیرات ساپورت لوله

ساپورت های لوله تأثیری بر انتقال لرزش ندارند مگر اینکه خیلی محکم باشند ، که در حقیقت در این شرایط بخشی از سازه ساختمان محسوب می شوند . بطور مثال بست های کلویس جزو این ساپورت ها محسوب می شوند . در حالی که آویزهای نگهدارنده فنری (Spring Hangers) غالباً باعث انتقال لرزش به سازه نمی شوند .

تأثیرات خم های لوله

زانویی های لوله امواج خمشی دیواره لوله را به امواج پیچشی تبدیل کرده یا آنها را تغییر جهت می دهند . آزمایشات نشان می دهد که اتصالات انعطاف پذیر عملکرد خوبی در کاهش امواج خمشی دارند . اما در مهار امواج پیچشی چندان خوب عمل نمی کنند . بنابراین اگر امواج پیچشی باشند قرار دادن یک اتصال انعطاف پذیر بلافاصله بعد از زانویی چندان تأثیری بر کاهش لرزش ندارد .

تأثیرات فشار

معمولاً افزایش فشار تا حد ۵۰ psi تأثیرات ناچیزی دارد .

تأثیر رادهای کنترلی

یکی از نگرانی های معمول مهندسان متخصص این است که رادهای کنترلی می توانند سبب ایجاد “اتصال کوتاه” در عملکرد اتصالات لاستیکی شوند . آزمایشات نشان می دهد که رادهای کنترلی تأثیر چندانی بر خصوصیات مهار لرزش توسط اتصالات ندارند . از آنجا که فلنج ها مانند گره های سیستم عمل می کنند . لرزش درون اتصال توسط عکس العمل دیواره اتصال کاهش می یابد .

آزمایشات لرزش نشان می دهد که مواد الاستومریک در قیاس با شیلنگ های فولادی زره دار، لرزه گیر های بهتری هستند . انعطاف پذیری اتصالات الاستومریک در هر دو جهت محوری و جانبی به آنها اجازه می دهد تا لرزش های ناشی از دیواره لوله و سیال را جذب کنند.
با اینحال، به دلیل اینکه خصوصیات لرزه ای هر ساختمانی بنا بر وابستگی شدید آن به طرح سیستم های HVAC و لوله کشی تأسیسات و اجزای آن متفاوت است، نمی توان یک راهکار و متریال یکسان برای مهار لرزش و نویز در همه ی ساختمان ها پیشنهاد کرد و توصیه می شود در این زمینه نظرات فنی کارشناسان و متخصصین در تطابق با استانداردهای موجود ملاک عمل قرار گیرد.

نویسنده : مهندس پدرام بداقی