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在过去的几年里,我经常谈到二阶思维。Farnam Street Media在最近的一篇博客文章中讨论了一阶和二阶思维(www.fs.blog/second-order-thinking);第一段摘自最重要的事情霍华德·马克斯:
“第一层次思维是简单和肤浅的,几乎每个人都能做到这一点(这对任何试图取得优势的事情来说都是一个不好的迹象)。第一层次思考者所需要的只是对未来的看法,比如“公司前景看好,意味着股票会上涨”。“第二层次思维是深刻、复杂和迂回的。”
“二阶思维更深思熟虑。它是从相互作用和时间的角度来思考,理解尽管我们的意图是什么,我们的干预往往会造成伤害。二阶思考者会问自己:“然后呢?”“这意味着你要考虑在饿的时候反复吃巧克力棒的后果,并以此为依据做出决定。”如果你这样做,你就更有可能吃到健康的食物。”
当我们今天评估管道系统时,我们可以发现许多二阶问题。最大和最容易被误解的二级问题之一是热水再循环系统。
由于一阶思维,这些系统存在一些问题。澄清一下,热水再循环系统包括热水供应和热水回流。复杂的热水回流系统有两个或多个平行分支;该模式是为问题提供解决方案。问题,解决方案。问题,解决方案。问题,解决方案。
然而,每个解决方案都有最初没有考虑到的后果。问题真正开始显现的地方是这些复杂的热水回流系统,这是由于管道科学的误用。这包括不平衡或不平衡的热水系统,热水回流系统的总尺寸过大,或关闭再循环泵等。其后果表现为水的安全性和可持续性降低。
本文将回顾这些问题的根本原因,行业正在做些什么来帮助解决这些问题,以及未来可能会发生什么。
过去的状态
在过去的几十年里,我们的行业见证了一些热水回流系统的问题。热水回流系统最大的问题是:
缺乏热水平衡。许多热水回流系统在施工后没有正确平衡(或根本没有平衡)。因此,在复杂的热水回流系统中,许多平行分支几乎没有流动。那些具有停滞速度条件(甚至完全停滞)的分支放大了嗜肺性军团菌这也会导致水的使用和能源的浪费,因为管道装置必须保持打开更长时间才能提供热水。
•超大热水系统。热水回流系统的设计通常采用不必要的大安全系数,使系统过大。这些工程实践导致了比维持温度所需的更高的能源成本。这些较高的能源成本成为能源工程师的目标,反过来,他们希望限制再循环泵的运行,以尽量减少能源消耗。
然而,这一决定增加了热水回流系统中最偏远的液压部分出现流速停滞的可能性。通过增大热水回流系统的尺寸,热水回流系统维持设定温度的基本目的被稀释了。
另一方面,其他管道专业设计人员选择的热水再循环泵不能满足系统的流量和压力要求。由于无法满足设计流量且温度停滞不前,这些系统成为健康和安全问题。
•热水系统技术限制。直到最近十年,热水系统设备有几个限制。例如,热水主混合阀不是为再循环系统设计的,这意味着会发生温度“蠕变”,如中所述工作压力杂志(https://bit.ly/3SsdkfO)。这与节能措施一起,意味着在能源法规中强制要求关闭热水回水管。
启动/停止循环泵的一个潜在问题是热水回流系统平行分支的短路。液压远程分支没有达到设计温度,但由于液压近端(即闭合)回路确实满足温度,并且由于系统不平衡,泵的温度升高到高极限温度并关闭。
液压远程分支可能永远不会达到设计温度,并保持在导致水性病原体扩增的温度范围内(例如:军团菌)。如图1a、1b、1c和1d所示,其中蓝色管道表示冷水,红色管道表示热水,紫色管道表示热水,但温度较低。注意,在图1a到1d中,管道C从未达到设计温度(不平衡的系统可能是一个促成因素)。
现状
在过去的10年里,管道行业发展到解决热水系统控制问题。这些解决方案包括新技术、设计技术、规范和标准开发。行业通过以下方式观察到管道科学的这些进步:
•数字混合阀。在过去的十年里,这些阀门在热水系统市场上取得了更大的进展。越来越多的工程师指定数字主混合阀,而不是机械主混合阀,以提高控制热水系统的性能,并具有符合ASHRAE 188的数据记录能力。从系统层面的影响来看,通过电子控制绝热混合,可以对整个建筑的水温施加更多的控制。
•自动平衡阀。另一个值得关注的趋势是,越来越多的工程师正在从手动平衡阀转向两个自动平衡阀。手动平衡阀需要在安装后进行测试和平衡承包商,以确保每个并联回路接收其设计流量。自动平衡阀是自我调节的,在这种情况下,这意味着不需要平衡,因为阀门决定了维持系统性能所需的流量。
有三种类型的自动平衡阀:恒温、压力无关和电子驱动。许多工程师倾向于这种解决方案,因为它给了他们更多的信心,他们的设计将被实现,特别是在几十年没有收到测试和平衡报告的情况下。
•热水再循环泵与电子换向电机。变频驱动泵已经上市多年;然而,在过去的五年中,它们对再循环泵的适应尤其值得注意。电子换向电机再循环泵通常设计有自动平衡阀,以最大限度地提高能源效率。
通过调节流量或压力来满足泵的性能需求,马力也可以上下调节,从而在不牺牲性能的情况下节省潜在的能源。
•方面军团菌设计指南。官方标题为“降低风险的工程方法”军团菌在《前提管道系统》中,美国管道工程师协会(ASPE)的设计指南自2019年以来一直在进行中;该报告于8月中旬发布,接受为期45天的公众审查。该指导文件包括许多应该遵循的最小化工程原则军团菌的在管道系统中扩散。
特别要注意的两个部分是热水回流设计和压力区设计附录。热水回流设计部分特别介绍了用于确定复杂热水回流系统平行分支的流量、水头和温度值的Hardy-Cross方法。
压力区设计部分提供了有用的见解,通过引导设计专业人员了解防止生活用水系统(特别是多层建筑)压力失衡的良好做法,进一步降低水媒病原体扩散的风险。
•IAPMO用水需求计算器(WDC)。值得注意的是国际管道和机械官员协会(IAPMO) WDC及其通过更准确地估计峰值流量来减小饮用水系统规模的潜力。该计算器仅适用于住宅入住率,但IAPMO的WDC任务组正在收集将该工具应用于商业建筑所需的数据。
通过减小管道的尺寸,热水回流系统可以更有效地运行,特别是当与热水回流系统的Hardy-Cross尺寸方法配对时。
•IAPMO 2024 UPC热水回流规定。的2024通用管道规范(UPC)包含了一项新的规定,为设计专业人员提供了必要的语言,以便在必要时将公共健康和安全置于能源效率之上。自2015年起,《国际节约能源守则》(IECC)包括了当达到设计温度时关闭热水回流泵的规定。不幸的是,这可能导致管道的液压远段无法达到设计温度(特别是如果系统不平衡)。
2024年通用统一标准包括免除卫生保健和接待设施关闭回流泵的条款。在技术委员会会议期间,这两种住房类型成为目标,因为它们的军团病病例数量最多。虽然技术委员会对守则之间的这种潜在相关性发表了评论,但最终还是增加了这一规定,以显示在公共卫生和安全领域的领导地位。
未来状态
虽然在过去十年中有许多创新,但很有可能还会有进一步的创新,特别是在标准和代码领域。
•ASPE调试标准。本标准将详细说明验证新建和翻新的商业、工业和多户住宅建筑的管道系统是否按照工程师的设计和业主的预期安装和运行的方法。
•ASPE热消毒标准。本提议的标准将为医疗保健和机械/电气/管道工程社区提供关于最佳实施和管理热消毒过程的方法的指南。热消毒是主要方法之一军团菌当今医疗保健中使用的缓解方法。
一些管道制造商开发了产品,以促进实施热消毒过程,包括平衡阀,主和使用点混合阀,热水器,固定装置等。本标准将指导如何有效地实施和管理使用这些组件的热消毒过程。
•检查热水再循环系统。在统一规范技术委员会会议上不断出现的主题之一是纳入美国卫生工程学会(ASSE) 12080军团菌风险缓解专家资格。许多评论者对代码中包含任何强制凭证表示不满。最常见的原因是代码不需要认证。
然而,事实并非如此。国家消防协会99,卫生保健设施守则,在第5章“医用气体管道系统”中,包括对承包商、第三方检查员和第三方验证者的要求,所有这些都必须获得ASSE 6000系列的认证。因此,在代码领域获得认证的专业人员的先例已经存在。
因此,正如技术委员会会议期间所争论的那样,要求在卫生保健设施工作的管道安装人员获得ASSE 12080证书并不过分。
此外,由于热水系统问题在保健和接待设施中发生了几起水传播病原体的案例,因此可以说,需要有资格的第三方检查员来核实在施工期间是否实施了管道工程师的设计。这些类型的热水系统检查同样可以挽救生命,就像他们在医用气体中所做的那样。
几十年来,热水系统一直缺乏二阶思维。然而,在过去的十年里,我们看到了二阶思维的巨大进步。因此,热水系统的控制得到了极大的改善。从新技术到新工艺,从创新标准到领先规范,整个管道行业正在迅速适应解决这一问题。多么激动人心的时刻,成为这个管道复兴和革命的一部分!