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在上一篇文章中,我们讨论了热水用户对热水系统的真正需求和期望——如果热水系统设计得当的话。也就是说,我们认为,生活热水的快速到来-短时间的水龙头价值。这不仅会让用户更开心,还会减少热量和水的浪费。有什么不喜欢的呢?我们还解释了混合锋现象,这种现象减慢了真正热水的到达,无论是从热水器开始还是从由再循环系统保持热的干线开始。我们还谈到了为了让热水快速进入水龙头而缩小管道尺寸所带来的压力损失。
本文将热水输送的两个相互竞争的方面结合在一起。为了最大限度地减少热水的等待时间,并最大限度地减少水和能源的浪费,一个8 / 8英寸的管道“小枝”到夹具(主干,分支,小枝-明白吗?)是一个有吸引力的选择。而且,安装起来很便宜。但是,管道变小是要付出代价的。如果小树枝太长和/或夹具太贪婪(造成高流体速度和摩擦),过度的压降会出现它的丑陋的头。
对于纽约州北部的Solara NetZero多户项目,我们小心地选择了8 / 8英寸的PEX树枝。我们估计了最大小枝长度和夹具流量,然后查阅了已公布的8 / 8 -inch PEX管的压力损失表,并使用它们来估计压力损失和到达时间。然后,我们在现场安装了一个粗略但有效的测试装置,以至少确认压降估计值。彼时,Pete认为“塞流”是估算到达时间的合理方法。假设堵塞流量和1.5 gpm淋浴流量,在8 / 8英寸的PEX管中,数学告诉我们热水将在大约6秒内到达;远低于我们10-15秒的到达时间目标。过度压力损失的风险似乎是一个更为紧迫的问题。
大楼里有一系列固定装置的流量。淋浴喷头的额定功率为1.5 gpm (80 psi - Solara只提供40-45 psi)。热水细枝的实际流速小于1.5 gpm,因为冷会稀释热从而产生混合物。该比例取决于热水和冷水进入淋浴阀时的温度和目标混合温度。例如,如果热水在120华氏度进入阀门,冷水在60华氏度进入阀门,混合温度为105华氏度,混合流量的比例为75%的热和25%的冷。
据估计,厨房水槽水龙头的流量约为1gpm,厕所水槽水龙头的流量甚至更低。大楼里最长的树枝大约有30英尺长。大多数树枝都比这个长度短得多,但我们想确保即使是较长的树枝也能服务于它们的固定活动,而不会造成软弱的喷雾(莲蓬头)或软弱的溪流(水龙头)模式。
我们在索拉拉的测试设置非常简单。在测试小树枝之前,我们连接了一根12英寸长的铜管,这是支持Fluxus F601超声波流量计传感器对所需的,一个冷旁路和热旁路组件(方便小树枝的冷水刷新)和一个压力表。细枝的末端有一个锅炉排水管和第二个压力表。在用冷水刷新细枝后,我们将旁通阀改为“热”,并将锅炉排水管打开到不同的位置,以允许热水流过细枝(模仿在现实生活中打开固定装置进行冷启动时发生的情况)。我们会在不同的位置打开阀门,记录流量(0.75到2.5 gpm之间)和压力表之间产生的压降。我们还用敏感的手记录了热水到达的时间。(当时,我们并不知道加里已经准备在美国的另一边用一个巧妙而优雅的仪器装置来做这件事。)
图1显示了基于我们从测试中得到的数据,不同水流下压降和到达时间的相互作用。你可以看到,随着流量的增加,压降也随之增加——这并不奇怪(图上的红色实线)。当流速为1.7 gpm时,压降约为12 psi,当流速为1 gpm时,压降约为4.4 psi,以此类推。通过淋浴阀的足够压力驱动流量是最重要的目标,特别是在机械室的主干线路中启动压力仅为40 psi(市政当局在Solara提供低压)。流速在1.2至1.5 gpm之间(淋浴时热树枝的流量范围)的压降并不大。所以,没有问题,对吧?
(图1所示。速度与压降之间的张力
将热水送到夹具上-打开水龙头的时间-也很重要,图1显示30英尺和更短的8 / 8英寸PEX细枝可以很好地完成这项工作。图上的虚线显示,在1gpm时,热水在大约9秒内出现在固定装置上,而在1.5 gpm时,大约6秒内出现在固定装置上。Gary和我做了更优雅的测试,显示了需要挖掘更多细节的时间。
Pete最近用一个快速温度计重复了这个测试,并描述了½英寸PEX 42英尺长的温度模式的时间。底线是:租客必须等待大约14秒的热水出现,也许再等10秒才能体验到110度。30英尺长(或更短)和8 / 8英寸直径的树枝将大大缩短。
严峻考验:租户满意度
然而,就在租户搬进来之前,承包商测试了淋浴喷头,发现喷头太弱了。由于时间紧迫,他的简单解决方案是将压力补偿盘从淋浴喷头中取出。然后表示担心,问题源自于8 / 8 -inch树枝。没有了圆盘,淋浴喷头现在是畅通无阻的,恢复到完全依赖压力的状态;喷水方式得到了改善,但也付出了代价:公寓里的淋浴喷头流量现在超过了每分钟2加仑,超出了我们的热水热预算,而我们的预算上限是每分钟1.5加仑。
施工后的现场流量和压力损失测量显示,在最坏的情况下,为二楼公寓服务的小枝管汇的压力约为40 psig。这个压力水平表明淋浴效果令人满意。由于阀件组中的淋浴头包含一个压力补偿盘,该盘的设计目的是在相当低的压力下提供合理的流量(请参阅我们之前的管道工程师文章,该文章展示了这些磁盘如何在低压下扩展淋浴头的性能),并且由于我们在管道实验中测量的压降相对较小,我们得出结论,30英尺/ 8 -英寸的细枝将实现良好的交付时间和假设,达到我们预期的喷头性能目标。
流程取证的时间到了
是什么偷走了莲蓬头的压力?为了弄清真相,我们进行了更深入的研究。令我们惊讶的是,该规格的淋浴阀阀体在黄铜阀体的背面钻了一个小直径的淋浴给水旁路通道,使细枝压力损失增加了一倍以上。(请参阅本系列的第四篇管道工程师文章。)
我们最近对其他公司价格相当的淋浴阀的测试表明,一些制造商提供的阀门设计在相同流量下的压降高达一半。(详见我们的下一篇《管道工程师》文章。)
不过,也有一些好消息。在租户搬进来之前,我们能够在四栋建筑中的一栋重新安装适应性更好的压力补偿盘。这样做的平均淋浴流量约为1.6+ gpm。谢天谢地,一切都解决了。我们没有收到任何一栋楼关于淋浴的投诉,不管有没有淋浴盘。
展望未来,我们已经能够解决我们在Solara第一阶段发现的三个问题中的两个。在在建的第二期建筑中:a)树枝将会更短,b)我们希望安装一个新的脉动淋浴喷头(带压力补偿盘),在低龙头压力下提供出色的喷雾模式,将解决喷雾模式微弱的问题。同样的淋浴阀仍在使用;我们还没有赢得这场战斗!