شيت حساب وتصميم مضخات رفع المياه وخزانات الضغط إكسيل

fx

المعادلات الهندسية ومنطق الحساب المضمن في الشيت

الدوال والمعادلات المبرمجة داخل هذا النموذج (جاهزة للنسخ بنقرة واحدة):

معادلة تدفق الذروة لمنحنى هنتر (Hunter's Curve Peak Flow)

 Q_{\text{peak}} (\text{GPM}) = f(\text{WSFU}) = \begin{cases} 0.25 \times \text{WSFU} + 8 & \text{if } \text{WSFU} \le 100 \\ 0.14 \times \text{WSFU} + 19 & \text{if } 100 < \text{WSFU} \le 500 \\ 0.08 \times \text{WSFU} + 49 & \text{if } 500 < \text{WSFU} \le 1000 \end{cases}

الصيغة الرياضية المحاكية لمنحنى هنتر لأنظمة صناديق الطرد وفق اشتراطات كود السباكة العالمي IPC وكود SBC 701.

ضغط الرفع الديناميكي الكلي للمضخة (Total Dynamic Head - TDH)

 H_{\text{TDH}} = H_{\text{static}} + H_{\text{residual}} + \left(\frac{10.67 \times L \times Q^{1.852}}{C^{1.852} \times D^{4.87}}\right) + \sum h_{\text{fittings}} + H_{\text{margin}}

المجموع الجبري لمكونات الرفع الاستاتيكي، والضغط المتبقي المطلوب، وفواقد الاحتكاك بهيزن-ويليامز وفواقد المحابس الخاصة.

القدرة الهيدروليكية والقدرة المقننة للمحرك (Hydraulic & Motor Power)

 P_{\text{hyd}} = \frac{\rho \cdot g \cdot Q \cdot H}{1000} = \frac{9.81 \times Q_{(\text{L/s})} \times H_{(\text{m})}}{1000} \quad \implies \quad P_{\text{motor}} = \frac{P_{\text{hyd}}}{\eta_{\text{pump}} \times \eta_{\text{motor}}} \times 1.15

حساب استطاعة المحرك الكهربائي بالكيلوواط والحصان مع تطبيق كفاءة المضخة والمحرك ومعامل أمان تشغيلي 15%.

حجم خزان الضغط الهيدرونيوماتيكي (Diaphragm Pressure Tank Sizing)

 V_{\text{acceptance}} = \frac{Q_{\text{single}} \times t_{\text{run}}}{4}, \quad PR = 1 - \frac{P_{\text{cut-in}} + 1.013}{P_{\text{cut-out}} + 1.013} \quad \implies \quad V_{\text{nominal}} = \frac{V_{\text{acceptance}}}{PR}

معادلة قانون بويل لحساب السعة الاسمية الإجمالية لخزان الضغط بناءً على أقصى عدد دورات تشغيل بالساعة ونطاق الضغوط.

معاينة تخطيط الطباعة الكامل لورقة العمل (.XLSX)

مقاس الطباعة القياسي A4

معاينة شيت حساب وتصميم مضخات رفع المياه وخزانات الضغط إكسيل - الأعمال الكهروميكانيكية (MEP) بصيغة XLSX جاهز للتحميل والتعديل — File: شيت_حساب_وتصميم_مضخات_رفع_المياه_وخزانات_الضغط_IPC_SBC.xlsx تحميل الملف الكامل (.XLSX) ←

ما هو شيت حساب وتصميم مضخات رفع المياه (Booster Pumps) وكيف يعمل؟

شيت حساب وتصميم مضخات رفع المياه وخزانات الضغط (Domestic Booster Pump Sizing Sheet) هو أداة هندسية احترافية متخصصة للأعمال الكهروميكانيكية (MEP) تهدف إلى تحديد السعة الهيدروليكية الدقيقة لمجموعات تعزيز وضخ المياه بالمباني والأبراج السكنية والتجارية، من خلال حساب معدل تدفق الذروة التصميمي ($Q_{\text{peak}}$) وفق وحدات التغذية للأجهزة الصحية (Water Supply Fixture Units - WSFU) وتطبيق منحنى هنتر الكودي (Hunter's Curve)، وحساب ضغط الرفع الديناميكي الكلي (Total Dynamic Head - TDH) متضمناً الفواقد الاحتكاكية وضغوط التشغيل المتبقية، بالإضافة إلى الحجم الاسمي لخزان الضغط الهيدرونيوماتيكي ذي الحجاب الحاجز (Diaphragm Pressure Tank) وسعة خزان التخزين الأرضي، بما يتطابق كلياً مع اشتراطات كود البناء السعودي (SBC 701) وكود السباكة العالمي (IPC Chapter 6) ومعايير الجمعية الأمريكية لمهندسي السباكة (ASPE).

يضمن الحساب الهندسي الدقيق لمجموعات الضخ استقرار ضغوط المياه في كافة الأدوار العلوية دون هبوط أثناء أوقات الذروة، مع منع الضغوط الزائدة المسببة للتلف في الطوابق السفلية، وحماية محركات المضخات من الاحتراق أو التردد السريع (Short Cycling) وترشيد استهلاك الطاقة الكهربائية عبر مغيرات السرعة الترددية (VFD).

المنهجية الهندسية لحساب تدفق الذروة ووحدات التغذية WSFU

تعتمد الحسابات الهيدروليكية لأنظمة تغذية المياه على الخطوات المعيارية التالية:

حصر وحدات التغذية للأجهزة الصحية (WSFU Inventory): يُخصص لكل جهاز صحي بالمبنى (مرحاض، مغسلة، دوش، بانيو، مجلى مطبخ، شطاف) عدد محدد من وحدات التغذية وفق جدول كود السباكة العالمي IPC Table 604.10 وكود SBC 701. وتختلف القيمة بحسب نوع الاستخدام (سكني خاص Private مقابل تجاري عام Public)، وبحسب نوع نظام الطرد (صناديق طرد Flush Tank مقابل صمامات فلاشوميتر Flush Valve).
تطبيق منحنى هنتر الاحتمالي (Hunter's Modified Curve): نظراً لاستحالة تشغيل جميع الأجهزة الصحية في المبنى في نفس اللحظة الزمنية، يُحول إجمالي وحدات التغذية (Total WSFU) إلى تدفق حجمي فعلي بجالون/دقيقة (GPM) ثم إلى متر مكعب/ساعة ($m^3/h$) عبر دالة احتمالية تعكس التزامن البشري في استخدام المياه.
تطبيق معامل التنوع والتزامن (Diversity Factor): في الأبراج والمجمعات السكنية الكبيرة التي يزيد فيها عدد الشقق عن 24 شقة، يُطبق معامل تنوع يتراوح بين 0.80 إلى 0.90 لترشيد حجم المضخات دون المساس بكفاءة التغذية في أوقات الذروة.

حساب ضغط الرفع الكلي TDH وفواقد الاحتكاك الهيدروليكية

يُمثل ضغط الرفع الديناميكي الكلي (TDH) مجموع المقاومات التي يجب أن تتغلب عليها المضخة لإيصال المياه بالمعدل المطلوب إلى أبعد نقطة استهلاك بالمبنى:

$$H_{\text{total}} = H_{\text{static}} + H_{\text{residual}} + H_{\text{friction}} + H_{\text{fittings}} + H_{\text{equipment}} + H_{\text{margin}}$$

الارتفاع الاستاتيكي ($H_{\text{static}}$): الفارق الرأسي بالمتر بين أدنى مستوى سحب للمياه بقاع الخزان الأرضي وحتى مخرج أعلى جهاز صحي بالسطح أو الطابق الأخير.
الضغط المتبقي التشغيلي ($H_{\text{residual}}$): الضغط الكافي لتشغيل الدوش وخلاطات المياه بكفاءة ممتازة، ويحدد كود SBC 701 الحد الأدنى بـ 1.4 إلى 2.0 bar (ما يعادل 14 إلى 20.4 متر عمود ماء).
فواقد الاحتكاك بالأنابيب ($H_{\text{friction}}$): تُحسب بدقة عبر معادلة هيزن-ويليامز (Hazen-Williams) مع مراعاة سرعة الجريان الآمنة بالأنابيب (1.2 إلى 1.8 م/ث لتجنب الضوضاء وظاهرة التجويف).
فواقد المحابس والقطع الخاصة ($H_{\text{fittings}}$): الفواقد المكافئة للأكواع 90°، محابس عدم الرجوع الصامتة (Silent Check Valves)، محابس العزل، المصافي (Y-Strainers)، ومانع الارتداد المزدوج (Backflow Preventer).
هامش الأمان الهندسي ($H_{\text{margin}}$): إضافة نسبة 10% على إجمالي الفواقد لتغطية الترسبات وتراجع كفاءة الأنابيب مع تقادم العمر التشغيلي.

طريقة الاستخدام وخطوات التطبيق العملي

1

معاينة الشيت وتجربة الأرقام أولاً:

استخدم جدول المعاينة التفاعلية الحية أعلاه (أو وضع ملء الشاشة 100%) لتجربة إدخال أرقام مشروعك واختبار المعادلات مباشرة.

2

تحميل الشيت وفتحه على جهازك:

قم بتنزيل الملف عبر زر التحميل المباشر وفتحه بواسطة Microsoft Excel أو Google Sheets.

3

إدخال البيانات الأساسية للمشروع:

قم بتعديل اسم المشروع، التاريخ، وفئات الأسعار في الخلايا المخصصة للإدخال؛ بينما تُحسب كافة الإجماليات تلقائياً.

4

الطباعة المباشرة بمقاس A4:

تم ضبط هوامش الصفحات وحدود الطباعة مسبقاً على مقاس A4، فقط اضغط Ctrl+P للطباعة أو التصدير بصيغة PDF.

الأسئلة الشائعة حول النموذج

ما هو التكوين الأمثل لمجموعة مضخات رفع المياه في الأبراج السكنية؟

التكوين الهندسي الأكثر موثوقية واقتصادية هو نظام (2 Duty + 1 Standby) بمغيرات سرعة ترددية VFD؛ حيث تتقاسم مضختان عاملتان الحمل بنسبة 50% لكل منهما في ساعات الذروة، بينما تكفي مضخة واحدة لتغطية الاستهلاك المنخفض، وتدخل المضخة الثالثة كاحتياط جاهز 100% في حال تعطل أو صيانة أي من المضختين الأساسيتين.

ما هي الفائدة الهندسية لخزان الضغط الهيدرونيوماتيكي (Pressure Tank)؟

يعمل خزان الضغط ذو الحجاب الحاجز على توفير وسادة مائية مضغوطة تغذي الاستهلاكات الطفيفة (مثل تسريب محبس أو استخدام صنبور مياه مفرد) دون الحاجة لإقلاع محرك المضخة، مما يمنع ظاهرة التردد السريع (Short Cycling)، ويحافظ على ملفات المحرك الكهربائي من السخونة الزائدة، ويمتص صدمات المطرقة المائية الناتجة عن الإغلاق المفاجئ للمحابس.

كيف يُحدد ضغط الشحن المسبق (Pre-charge Pressure) لخزان الضغط؟

وفق معايير ASPE وكود SBC 701، يجب ضبط ضغط شحن وسادة الهواء/النيتروجين المسبق في الخزان وهو فارغ تماماً من المياه ليكون أقل بمقدار 0.2 bar (حوالي 2 إلى 3 PSI) من ضغط بدء تشغيل المضخة (Cut-in Pressure)، لضمان عدم تلف الحجاب الحاجز وضمان أقصى استفادة من حجم السحب الفعال.

ما هو الحد الأقصى المسموح به لسرعة جريان المياه داخل الأنابيب؟

يحدد كود SBC 701 سرعة الجريان في خطوط التغذية الرئيسية للأنابيب البلاستيكية (PPR/CPVC) بين 1.2 إلى 1.8 م/ث، وبحد أقصى مطلق لا يتجاوز 2.4 م/ث في شبكات المياه الباردة، و1.5 م/ث في شبكات المياه الساخنة، وذلك لتفادي تآكل الجدران الداخلية للمواسير، ومنع حدوث صفير أو ضوضاء هيدروليكية داخل الجدران، وتقليل خطر المطرقة المائية.