เครื่องคำนวณขนาดท่อน้ำ (เลือกขนาดท่อ)
กรอกอัตราการไหลของน้ำกับค่าใดค่าหนึ่งใน การสูญเสียจากแรงเสียดทาน หรือความเร็วการไหล ระบบจะหาเส้นผ่านศูนย์กลางภายในที่ต้องการ ขนาดระบุที่แนะนำ รวมถึงความเร็วการไหลและการสูญเสียจากแรงเสียดทานจริงของขนาดนั้นให้ทันที และยังเลือกขนาดระบุเองเพื่อตรวจสอบได้ สมการพร้อมตัวเลขที่แทนค่าอยู่ใน “ขั้นตอนการคำนวณ” ใต้ผลลัพธ์ ส่วนตารางขนาด ค่าคงที่ และที่มาอยู่ใน “หลักการคำนวณ” ด้านล่างของหน้านี้
ตรวจการควบแน่นของท่อหุ้มฉนวน ตรวจว่าผิวท่อน้ำเย็นที่หุ้มฉนวนเกิดการควบแน่นหรือไม่ และคำนวณความหนาฉนวนขั้นต่ำที่ป้องกันได้ ตามวัสดุและวัสดุหุ้มภายนอก
ตารางขนาดท่อน้ำ (อัตราการไหลที่ยอมรับได้ตามขนาดระบุ)
ใช้สมการเดียวกับเครื่องคำนวณด้านบน (Darcy-Weisbach, น้ำ 20 °C, ความขรุขระเริ่มต้นของท่อแต่ละชนิด) หาอัตราการไหลของแต่ละขนาดระบุที่ทำให้การสูญเสียจากแรงเสียดทานเป็น 300 Pa/m (ค่าเริ่มต้นของเครื่องคำนวณ) พร้อมความเร็วการไหลที่ได้ และอัตราการไหลที่ขีดจำกัดบนตามคำแนะนำของ ASHRAE (ความเร็วการไหล 1.2 m/s สำหรับขนาด 50A ลงมา และการสูญเสียจากแรงเสียดทาน 400 Pa/m สำหรับขนาดที่ใหญ่กว่า) ความขรุขระ ε ของท่อเหล็ก SGP คือ 0.046 mm และของท่อทองแดงคือ 0.0015 mm บางช่อง เช่น ท่อทองแดง 50A อัตราการไหลที่ 300 Pa/m มากกว่าอัตราการไหลที่ขีดจำกัดของ ASHRAE ให้ดูค่าที่น้อยกว่าของสองเกณฑ์
| ขนาดระบุ | เส้นผ่านศูนย์กลางภายใน mm | อัตราการไหลที่ 300 Pa/m L/min | อัตราการไหลเดียวกัน m³/h | ความเร็วการไหล m/s | อัตราการไหลที่ขีดจำกัด ASHRAE L/min | เกณฑ์ขีดจำกัด |
|---|---|---|---|---|---|---|
| ท่อเหล็กกล้าคาร์บอน SGP (JIS G 3452) | ||||||
| 15A | 16.1 | 6.3 | 0.38 | 0.52 | 14.7 | 1.2 m/s |
| 20A | 21.6 | 14.0 | 0.84 | 0.64 | 26.4 | 1.2 m/s |
| 25A | 27.6 | 27.1 | 1.63 | 0.76 | 43.1 | 1.2 m/s |
| 32A | 35.7 | 54.2 | 3.25 | 0.90 | 72.1 | 1.2 m/s |
| 40A | 41.6 | 81.7 | 4.90 | 1.00 | 97.9 | 1.2 m/s |
| 50A | 52.9 | 155 | 9.31 | 1.18 | 158 | 1.2 m/s |
| 65A | 67.9 | 302 | 18.10 | 1.39 | 351 | 400 Pa/m |
| 80A | 80.7 | 477 | 28.62 | 1.55 | 555 | 400 Pa/m |
| 90A | 93.2 | 699 | 41.93 | 1.71 | 813 | 400 Pa/m |
| 100A | 105.3 | 965 | 57.91 | 1.85 | 1,123 | 400 Pa/m |
| 125A | 130.8 | 1,712 | 102.70 | 2.12 | 1,990 | 400 Pa/m |
| 150A | 155.2 | 2,687 | 161.22 | 2.37 | 3,122 | 400 Pa/m |
| ท่อทองแดงชนิด L (ASTM B88) | ||||||
| 15A (1/2) | 13.8 | 4.4 | 0.27 | 0.49 | 10.8 | 1.2 m/s |
| 20A (3/4) | 19.9 | 12.0 | 0.72 | 0.64 | 22.5 | 1.2 m/s |
| 25A (1) | 26.0 | 24.8 | 1.49 | 0.78 | 38.3 | 1.2 m/s |
| 32A (1-1/4) | 32.1 | 43.8 | 2.63 | 0.90 | 58.4 | 1.2 m/s |
| 40A (1-1/2) | 38.2 | 70.0 | 4.20 | 1.02 | 82.6 | 1.2 m/s |
| 50A (2) | 50.4 | 147 | 8.83 | 1.23 | 144 | 1.2 m/s |
| 65A (2-1/2) | 62.6 | 263 | 15.78 | 1.42 | 309 | 400 Pa/m |
| 80A (3) | 74.8 | 423 | 25.39 | 1.61 | 496 | 400 Pa/m |
| 100A (4) | 99.2 | 898 | 53.88 | 1.94 | 1,053 | 400 Pa/m |
เลือกขนาดระบุที่เล็กที่สุดที่อัตราการไหลในตารางไม่น้อยกว่าอัตราการไหลที่ออกแบบ ก็จะไม่เกินเกณฑ์นั้น ถ้าอุณหภูมิน้ำ ชนิดท่อ หรืออัตราการไหลต่างออกไป ให้กรอกในเครื่องคำนวณด้านบน
หลักการคำนวณ
การสูญเสียจากแรงเสียดทานหาด้วยสมการ Darcy-Weisbach (ตัวประกอบความเสียดทานหาด้วยสมการ Colebrook) หรือสมการ Hazen-Williams ถ้ากำหนดขนาดตามการสูญเสียจากแรงเสียดทานหรือความเร็วการไหล ระบบจะหาเส้นผ่านศูนย์กลางภายในที่ต้องการ เลือกขนาดระบุที่เล็กที่สุดในตารางที่ไม่น้อยกว่านั้น แล้วคำนวณใหม่ด้วยเส้นผ่านศูนย์กลางภายในจริง
| รายการ | สมการ | คำอธิบาย · ที่มา |
|---|---|---|
| การสูญเสียจากแรงเสียดทาน (Darcy-Weisbach) | R = Δp/L = (f / D) · ρV²/2 | R หน่วย Pa/m, D เส้นผ่านศูนย์กลางภายในหน่วย m, ρ หน่วย kg/m³, V หน่วย m/s เป็นสมการพื้นฐานที่ใช้ได้กับของไหลและอุณหภูมิทุกแบบ |
| ตัวประกอบความเสียดทาน (Colebrook) | 1/√f = −2 log₁₀( ε/(3.7 D) + 2.51/(Re √f) ) | Re ≥ 2300 แก้ด้วยวิธีเดียวกับเครื่องคำนวณท่อลม (วนซ้ำโดยเริ่มจากค่าประมาณของ Haaland) ช่วงเปลี่ยนผ่าน Re 2300 ถึง 4000 ก็ใช้สมการนี้เช่นกัน ซึ่งทำให้ได้การสูญเสียที่ค่อนข้างมาก |
| ตัวประกอบความเสียดทาน (การไหลแบบราบเรียบ) | f = 64 / Re | Re < 2300 (Hagen-Poiseuille) ผลลัพธ์จะแสดงว่า “การไหลแบบราบเรียบ” |
| Hazen-Williams (SI) | h/L = 10.67 Q^1.852 / (C^1.852 D^4.8704), R = ρ g h/L | Q หน่วย m³/s, D หน่วย m, h คือเฮดที่สูญเสียหน่วย m เป็นสมการเชิงประจักษ์จากการไหลแบบปั่นป่วนของน้ำที่อุณหภูมิห้อง จึงไม่ได้คำนึงถึงความหนืด (อุณหภูมิ) และการไหลแบบราบเรียบ ใช้บ่อยในท่อน้ำใช้และท่อดับเพลิง |
| เลขเรย์โนลส์และความเร็วการไหล | Re = V·D / ν, V = Q / (πD²/4) | ν = μ/ρ ถ้ากำหนดขนาดตามความเร็วการไหล ใช้ D = √(4Q / (πV)) |
| เลือกขนาดระบุ | เส้นผ่านศูนย์กลางภายใน = เส้นผ่านศูนย์กลางภายนอก − 2 × ความหนา ≥ D | แนะนำขนาดระบุที่เล็กที่สุดที่เข้าเงื่อนไข แล้วคำนวณความเร็วการไหลและการสูญเสียจากแรงเสียดทานใหม่ด้วยเส้นผ่านศูนย์กลางภายในจริง และแสดงขนาดถัดไปด้วย |
| หน่วยความดัน | 1 kPa/100m = 10 Pa/m, 1 mmH₂O = 9.80665 Pa | ใช้ค่าตามธรรมเนียมเดียวกับเครื่องมือแปลงหน่วย 300 Pa/m = 30 kPa/100m = 30.6 mmH₂O/m |
ตารางขนาดท่อ
ขนาดเป็น mm เส้นผ่านศูนย์กลางภายใน = เส้นผ่านศูนย์กลางภายนอก − 2 × ความหนา ใส่เฉพาะขนาดระบุที่ตรวจสอบที่มาแล้ว ก่อนสั่งซื้อหรือติดตั้งให้ตรวจสอบกับมาตรฐานหรือตารางของผู้ผลิต
ท่อเหล็กกล้าคาร์บอน SGP (JIS G 3452)
เส้นผ่านศูนย์กลางภายนอกและความหนาของท่อเหล็กกล้าคาร์บอนสำหรับงานท่อ SGP ตาม JIS G 3452 ตารางนี้ตรวจสอบกับค่าตาม JIS
| ขนาดระบุ | เส้นผ่านศูนย์กลางภายนอก mm | ความหนา mm | เส้นผ่านศูนย์กลางภายใน mm |
|---|---|---|---|
| 15A | 21.7 | 2.8 | 16.1 |
| 20A | 27.2 | 2.8 | 21.6 |
| 25A | 34.0 | 3.2 | 27.6 |
| 32A | 42.7 | 3.5 | 35.7 |
| 40A | 48.6 | 3.5 | 41.6 |
| 50A | 60.5 | 3.8 | 52.9 |
| 65A | 76.3 | 4.2 | 67.9 |
| 80A | 89.1 | 4.2 | 80.7 |
| 90A | 101.6 | 4.2 | 93.2 |
| 100A | 114.3 | 4.5 | 105.3 |
| 125A | 139.8 | 4.5 | 130.8 |
| 150A | 165.2 | 5.0 | 155.2 |
| 175A | 190.7 | 5.3 | 180.1 |
| 200A | 216.3 | 5.8 | 204.7 |
| 225A | 241.8 | 6.2 | 229.4 |
| 250A | 267.4 | 6.6 | 254.2 |
| 300A | 318.5 | 6.9 | 304.7 |
ท่อทองแดงชนิด L (ASTM B88)
ท่อทองแดง ASTM B88 ชนิด L ค่าแปลงจากขนาดเป็นนิ้ว (เส้นผ่านศูนย์กลางภายนอก 0.625 in เป็นต้น) คูณ 25.4 และระบุขนาดระบุแบบ A (1/2 = 15A) ไว้ด้วย ไม่ได้ตรวจสอบกับตารางของมาตรฐานท้องถิ่น
| ขนาดระบุ | เส้นผ่านศูนย์กลางภายนอก mm | ความหนา mm | เส้นผ่านศูนย์กลางภายใน mm |
|---|---|---|---|
| 15A (1/2) | 15.88 | 1.02 | 13.84 |
| 20A (3/4) | 22.23 | 1.14 | 19.94 |
| 25A (1) | 28.58 | 1.27 | 26.04 |
| 32A (1-1/4) | 34.92 | 1.4 | 32.13 |
| 40A (1-1/2) | 41.28 | 1.52 | 38.23 |
| 50A (2) | 53.98 | 1.78 | 50.42 |
| 65A (2-1/2) | 66.68 | 2.03 | 62.61 |
| 80A (3) | 79.38 | 2.29 | 74.8 |
| 100A (4) | 104.78 | 2.79 | 99.19 |
ท่อทองแดงชนิด M (ASTM B88)
ท่อทองแดง ASTM B88 ชนิด M (เส้นผ่านศูนย์กลางภายนอกเท่ากับชนิด L แต่ผนังบางกว่า)
| ขนาดระบุ | เส้นผ่านศูนย์กลางภายนอก mm | ความหนา mm | เส้นผ่านศูนย์กลางภายใน mm |
|---|---|---|---|
| 15A (1/2) | 15.88 | 0.71 | 14.45 |
| 20A (3/4) | 22.23 | 0.81 | 20.6 |
| 25A (1) | 28.58 | 0.89 | 26.8 |
| 32A (1-1/4) | 34.92 | 1.07 | 32.79 |
| 40A (1-1/2) | 41.28 | 1.25 | 38.78 |
| 50A (2) | 53.98 | 1.47 | 51.03 |
| 65A (2-1/2) | 66.68 | 1.65 | 63.37 |
| 80A (3) | 79.38 | 1.83 | 75.72 |
| 100A (4) | 104.78 | 2.41 | 99.95 |
ท่อสเตนเลส Sch 10S (JIS G 3459)
ท่อสเตนเลส JIS G 3459 Sch 10S ไม่ได้ใส่ 90A เพราะตรวจสอบไม่ได้
| ขนาดระบุ | เส้นผ่านศูนย์กลางภายนอก mm | ความหนา mm | เส้นผ่านศูนย์กลางภายใน mm |
|---|---|---|---|
| 15A | 21.7 | 2.1 | 17.5 |
| 20A | 27.2 | 2.1 | 23.0 |
| 25A | 34.0 | 2.8 | 28.4 |
| 32A | 42.7 | 2.8 | 37.1 |
| 40A | 48.6 | 2.8 | 43.0 |
| 50A | 60.5 | 2.8 | 54.9 |
| 65A | 76.3 | 3.0 | 70.3 |
| 80A | 89.1 | 3.0 | 83.1 |
| 100A | 114.3 | 3.0 | 108.3 |
| 125A | 139.8 | 3.4 | 133.0 |
| 150A | 165.2 | 3.4 | 158.4 |
| 200A | 216.3 | 4.0 | 208.3 |
| 250A | 267.4 | 4.0 | 259.4 |
| 300A | 318.5 | 4.5 | 309.5 |
ความขรุขระ ε (Darcy-Weisbach)
เป็นค่าวัสดุจากแผนภูมิตัวประกอบความเสียดทานของ Moody (1944) ที่แปลงเป็น mm ความขรุขระเพิ่มขึ้นตามอายุการใช้งานและคุณภาพน้ำ แม้เป็นวัสดุเดียวกัน หากต้องการค่าอื่นให้กรอกที่ “กำหนดเอง”
| วัสดุ | ε (mm) | ค่าเดิมของ Moody |
|---|---|---|
| ท่อเหล็กเชิงพาณิชย์ | 0.046 | 0.00015 ft |
| ท่อเหล็กชุบสังกะสี | 0.15 | 0.0005 ft |
| ท่อดึงขึ้นรูป (ท่อทองแดง ท่อทองเหลือง) | 0.0015 | 0.000005 ft |
สัมประสิทธิ์ C (Hazen-Williams)
บท “Pipe Sizing” ใน ASHRAE Handbook Fundamentals ให้ค่าตัวแทนคือ 150 สำหรับท่อพลาสติกและท่อทองแดง 140 สำหรับท่อเหล็กใหม่ และ 100 หรือต่ำกว่าสำหรับท่อที่เป็นสนิมมากหรือผิวหยาบมาก ส่วน NFPA 13 (ระบบหัวกระจายน้ำดับเพลิง) กำหนด 120 สำหรับท่อเหล็กระบบเปียก และ 150 สำหรับท่อทองแดง ท่อสเตนเลส และ CPVC ยิ่ง C น้อย ยิ่งได้การสูญเสียมาก
| ท่อ | C | ที่มา |
|---|---|---|
| ท่อเหล็ก 120 (NFPA 13) | 120 | NFPA 13 (ท่อเหล็กระบบเปียก) |
| ท่อเหล็กใหม่ 140 (ASHRAE) | 140 | ASHRAE (ท่อเหล็กใหม่) |
| ท่อเหล็กที่เป็นสนิม 100 (ASHRAE) | 100 | ASHRAE (ท่อที่เป็นสนิมหรือผิวหยาบ), NFPA 13 (ท่อเหล็กระบบแห้ง) |
| ท่อทองแดง สเตนเลส พลาสติก 150 | 150 | ASHRAE (พลาสติก ท่อทองแดง), NFPA 13 (ท่อทองแดง สเตนเลส CPVC) |
สมบัติของน้ำ (101.325 kPa)
ความหนาแน่นคำนวณจาก IAPWS-95 และความหนืดคำนวณจากสมการ IAPWS 2008 เครื่องคำนวณประมาณค่าระหว่างจุดจากตารางห่างกันทีละ 5 °C (5 ถึง 95 °C) โดยใช้สี่แถวที่ใกล้ที่สุด และความคลาดเคลื่อนระหว่างแถวไม่เกิน 0.02%
| อุณหภูมิ °C | ความหนาแน่น ρ kg/m³ | ความหนืด μ mPa·s | ความหนืดจลน์ ν m²/s |
|---|---|---|---|
| 5 | 999.967 | 1.5182 | 1.518 × 10⁻⁶ |
| 10 | 999.702 | 1.3059 | 1.306 × 10⁻⁶ |
| 15 | 999.103 | 1.1376 | 1.139 × 10⁻⁶ |
| 20 | 998.207 | 1.0016 | 1.003 × 10⁻⁶ |
| 30 | 995.649 | 0.7972 | 8.007 × 10⁻⁷ |
| 40 | 992.216 | 0.6527 | 6.579 × 10⁻⁷ |
| 50 | 988.035 | 0.5465 | 5.531 × 10⁻⁷ |
| 60 | 983.196 | 0.4660 | 4.740 × 10⁻⁷ |
| 70 | 977.765 | 0.4036 | 4.127 × 10⁻⁷ |
| 80 | 971.790 | 0.3540 | 3.643 × 10⁻⁷ |
| 90 | 965.310 | 0.3142 | 3.255 × 10⁻⁷ |
| 95 | 961.888 | 0.2971 | 3.089 × 10⁻⁷ |
การเลือกความเร็วการไหลและการสูญเสียจากแรงเสียดทาน
บท “Pipe Sizing” ใน ASHRAE Handbook Fundamentals แนะนำแนวปฏิบัติการออกแบบทั่วไปของท่อทำความเย็นและทำความร้อน คือท่อขนาด 50 mm ลงมาให้ความเร็วการไหลไม่เกิน 1.2 m/s และท่อที่ใหญ่กว่านั้นให้การสูญเสียจากแรงเสียดทานไม่เกิน 400 Pa/m เอกสารบางฉบับ (Carrier 1960) แนะนำไม่ให้เกิน 4.6 m/s ไม่ว่ากรณีใด เครื่องคำนวณนี้ตรวจสอบขนาดที่แนะนำและขนาดถัดไปตามเกณฑ์เหล่านี้แล้วแจ้งให้ทราบ
ขีดจำกัดของเสียงรบกวนและการกัดเซาะขึ้นกับวัสดุท่อ ชั่วโมงเดินเครื่องต่อปี และอากาศหรืออนุภาคที่ปนอยู่ในน้ำ ตัวเลขให้ดูในบทดังกล่าวควบคู่กับข้อมูลของผู้ผลิต
ค่าเริ่มต้น 300 Pa/m เป็นตัวอย่างที่อยู่ภายใน 400 Pa/m ตั้งให้ต่ำเมื่ออยากลดเฮดของปั๊ม และตั้งให้สูงเมื่ออยากลดขนาดท่อ
ตัวอย่าง
อัตราการไหล 100 L/min, น้ำ 20 °C, ท่อเหล็ก SGP (ε 0.046 mm), การสูญเสียจากแรงเสียดทาน 300 Pa/m, Darcy-Weisbach: Q = 1.667 × 10⁻³ m³/s, เส้นผ่านศูนย์กลางภายในที่ต้องการ 44.87 mm → แนะนำ 50A (DN 50) (เส้นผ่านศูนย์กลางภายใน 52.9 mm): V = 0.758 m/s, Re = 39,979, f = 0.0245, R = 132.8 Pa/m (13.3 kPa/100m, 13.5 mmH₂O/m) ขนาดถัดไป 65A: V = 0.460 m/s, R = 39.0 Pa/m
ถ้าคำนวณเงื่อนไขเดียวกันด้วย Hazen-Williams C = 120 เส้นผ่านศูนย์กลางภายในที่ต้องการคือ 47.30 mm และที่ 50A ได้ R = 173.9 Pa/m ซึ่งมากกว่าผล Darcy ประมาณ 30% ทั้งที่เป็นท่อเดียวกัน ผลลัพธ์จึงต่างกันมากตามค่า C ที่เลือก
แหล่งอ้างอิง
- ASHRAE Handbook Fundamentals (SI) บท “Pipe Sizing”: สมการ Darcy-Weisbach และ Colebrook ค่าตัวแทน C ของ Hazen-Williams และแนวปฏิบัติการออกแบบด้านความเร็วการไหลและการสูญเสียจากแรงเสียดทาน
- Moody, L. F. (1944), Friction factors for pipe flow, Transactions of the ASME 66: ความขรุขระของวัสดุ
- Colebrook, C. F. (1939), Turbulent flow in pipes, Journal of the Institution of Civil Engineers 11
- NFPA 13, Standard for the Installation of Sprinkler Systems: ตารางค่า C ของ Hazen-Williams
- IAPWS R6-95 (สมการสถานะของน้ำ ความหนาแน่น), IAPWS R12-08 (ความหนืดของน้ำ)
- JIS G 3452 ท่อเหล็กกล้าคาร์บอนสำหรับงานท่อทั่วไป, JIS G 3459 ท่อสเตนเลสสำหรับงานท่อ, ASTM B88 ท่อทองแดงไร้ตะเข็บ (สำหรับน้ำใช้)
คำถามที่พบบ่อย
เกณฑ์ความเร็วน้ำในท่อน้ำเย็นคือกี่ m/s
บท “Pipe Sizing” ใน ASHRAE Handbook Fundamentals แนะนำแนวปฏิบัติการออกแบบทั่วไปว่า ท่อขนาด 50 mm ลงมาให้ความเร็วการไหลไม่เกิน 1.2 m/s และท่อที่ใหญ่กว่านั้นให้การสูญเสียจากแรงเสียดทานไม่เกิน 400 Pa/m ส่วน Carrier (1960) แนะนำไม่ให้เกิน 4.6 m/s ไม่ว่ากรณีใด เครื่องคำนวณนี้ตรวจสอบขนาดที่แนะนำตามเกณฑ์เหล่านี้
หาขนาดท่อจากอัตราการไหลอย่างไร
กำหนดเกณฑ์การสูญเสียจากแรงเสียดทาน (เช่น 300 Pa/m) หรือความเร็วการไหล แล้วหาเส้นผ่านศูนย์กลางภายในที่ต้องการ จากนั้นเลือกขนาดระบุที่เล็กที่สุดที่ไม่น้อยกว่านั้น ตัวอย่าง: น้ำ 100 L/min ที่ 20 °C ในท่อเหล็ก SGP ที่ 300 Pa/m ต้องการ 44.87 mm จึงเลือก 50A (DN 50) (เส้นผ่านศูนย์กลางภายใน 52.9 mm, ความเร็วการไหล 0.758 m/s, 132.8 Pa/m)
ขนาดระบุของท่อเหล็ก SGP และท่อทองแดงเทียบกันอย่างไร
ขนาดระบุ 15A ตรงกับท่อทองแดง 1/2 นิ้ว 20A ตรงกับ 3/4 นิ้ว และ 25A ตรงกับ 1 นิ้ว แม้เป็นขนาดระบุเดียวกัน เส้นผ่านศูนย์กลางภายนอกและความหนาก็ต่างกัน เส้นผ่านศูนย์กลางภายในและอัตราการไหลที่ยอมรับได้จึงต่างกัน ให้ตรวจสอบตามชนิดท่อในตารางขนาดท่อน้ำด้านบน
แก้ไขล่าสุด 2026-10-12