订阅我们的时事通讯并保持更新
我们使用cookies是为了给您提供更好的体验。继续浏览本网站,即表示您同意我们按照我们的条款使用cookies饼干的政策。
早在2020年10月,科里·鲍尔斯(Cory Powers)就撰写了本文的第1部分,介绍了我自己和我的硕士顶点项目,重点关注管道行业最热门的话题之一-军团菌(https://bit.ly/3s8ogD0)。现在,一年多过去了,我准备提供结论性的第二部分,展示我的研究的分析和结果,题为“三重底线(TBL)分析”军团菌减少家庭热水(DHW)。”
三重底线是一个框架,它考虑并结合了公司、产品或设计的三大支柱——社会、可持续和经济方面。有关下列设计:军团菌,主要的社会影响是安全,特别是建筑物居住者的安全。因此,研究的重点是安全性、可持续性和成本两个不同军团菌缓解系统——目标是能够为美国的一个典型项目推荐一个缓解系统。
我的分析重点是温度控制和持续游离氯消毒两种缓解方法。当然,还有很多其他的军团菌家庭管道设计领域的缓解策略——如铜银电离、紫外线照射等。
选择温度控制和氯消毒,因为通过初步的文献研究发现,它们是最广泛理解和流行的军团菌今天使用的缓解方法——不一定是因为它们是最好的。认为比较这两种方法对业主的决策是最有益和最有影响的,并为将来比较其他系统提供了充分的基准。
该研究使用了一种假设的案例研究方法,因为所研究的系统从未打算被构建,尽管它们是为一个真实的项目设计的。但是,做出了更改和假设,以允许项目充当典型的基本模型军团菌或者尽可能地接近,因为什么时候一个项目是“典型的”?参考项目是一个小型的单层急诊门诊设施,其设备和需求如图1所示。
系统的相似之处
在开始设计过程时,需要考虑两个系统中存在的必要因素,包括:预防与治疗控制、温度维持和死角最小化。
当设计使用预防性控制时,这意味着系统的预期用途是预防军团菌与治疗控制的目标相反,治疗或清除系统中已经存在的细菌。与所研究系统相关的典型治疗策略分别包括热休克(在指定时间内将温度升高到140华氏度以上)和冲击氯化(在指定时间内将残留物升高到极端浓度)。
这些治疗方法的共同缺点通常包括更明显的管道退化,更频繁的设备维护。因此,采用恒温控制和游离氯一致消毒的预防方法进行分析。
这两个系统还包括生活热水再循环(DHWR)作为温度维持的主要方法。这是迄今为止在美国使用最广泛的温度维护策略,因为它可以保持整个系统的流量,并且通常比其他策略(如热迹)更具成本效益。
最后,这两个系统都设计了最小的死腿。通过我的研究,我发现人们常常误解,认为唯一与死腿有关的是规范定义的那些——通常是远离热水来源的一段发达的管道。相反,人们应该更好地将死腿定义为管道系统中的任何一点,在那里水变得停滞不前,甚至只是流量很低。
当考虑到小的管道裂缝或接头时,这一澄清变得非常重要,这些裂缝或接头可能会产生较小的死腿,不太明显,但仍然是细菌的滋生地军团菌。因此,在可能的情况下,将管道速度保持在接近4.5英尺/秒是有益的——足够高以更好地循环水,但足够低以尽量减少管道退化。
除了它们的相似性之外,单独了解每个系统的独特因素也很重要。
温控设计方面
温控系统的设计需要特别考虑工作温度、温度控制点和烫伤电位等因素。DHW温度与状态的关系军团菌在当今的行业中,140华氏度通常是持续缓解的标准。这是标准的,因为在华氏140度军团菌细菌在32分钟内死亡,这个时间对于系统来说已经足够短了。
虽然这一点可能被广泛接受,但设计师仍然需要通过确定适当的温度控制点来评估如何应用该标准。有些人认为这就像把热水器调到最低温度一样简单
140华氏度,不考虑系统内的热损失。另一些人则认为,只有在最末端的固定装置保持140华氏度就足够了,而没有必要在通向热水器的DHWR中维持140华氏度。
然而,为了在医疗保健环境中确保预防性控制,我的研究发现,建议系统中的任何一点(即使是最末端夹具的下游)都不要低于140华氏度。
对于这个系统,最后要注意的是任何超过120华氏度的水都有可能烫伤或烧伤居住者,特别是免疫抑制的个体。因此,恒温混合阀(tmv)通常在各种配置中实现,以尽量减少烫伤。
氯消毒设计要点
氯消毒系统设计需要特别考虑氯的应用、系统组件和残留水平等因素。最流行的应用方法是使用次氯酸钠水溶液,也称为液氯或氯漂白剂,而不是使用氯气或干次氯酸钙(干氯),因为安全性和可行性。
系统组件通常包括次氯酸钠溶液罐、氯化器泵、注射管线、保留罐、多媒体过滤器和次氯酸钠溶液。
就残留水平而言,确定使用氯的浓度具有挑战性,因为存在不同的思想领域。一方面,过多的氯会导致味道和气味不佳,并使居住者暴露在不必要的消毒副产品中。另一方面,太少的氯会给军团菌活在当下
为了平衡这些问题,并试图匹配温度控制系统的风险水平,分析系统的氯浓度持续为2 ppm,或2 mg/L。在更具体的应用中,水质测试通常有助于确定适当的浓度。
设计总结
使用这些方面,系统被设计和绘制,以允许适当的可视化和成本估算。温度控制设计由燃气热水器、循环泵和四回路配置的管道组成,每个回路都有自己的自动平衡阀,由回路温度控制。
管道的尺寸可以适应压力损失,并保持水流速度在4.5英尺/秒左右。温度设定值为147华氏度,以使整个系统保持在140华氏度或更高,每个夹具都有一个使用点TMV,以减轻烫伤。
氯消毒设计主要包括一个装12.5%次氯酸钠溶液的5加仑桶、注射管道、燃气热水器、循环泵和单回路配置的管道。温度设定值为120华氏度的典型标准,不需要使用tmv。
对比分析与结果
在设计方面,温度控制系统需要一个容量更大的热水器来适应更高的温度使用,以及更多的平衡和混合阀。由于使用氯,消毒系统需要更多的建筑空间来容纳增加的设备和紧急洗眼器,并且有更多的通风要求,因此需要增加一个风扇。
这两种系统被发现在安全性方面是相当的;然而,由于我没有时间进行定量风险分析,因此很难进行量化。一般来说,系统的一致之处在于温度控制有烫伤的可能,氯消毒有浓度过高或过低的可能。当系统不能正常工作或没有正确维护时,这些安全问题就会出现,不幸的是,这两个系统都经常出现这种情况。
在分析成本时,温度控制系统的生命周期建设成本为70,053美元,其中包括50年寿命的材料更换,如图2所示。
这些成本被分解为卡内基梅隆大学经济投入产出生命周期评估解释方法的数据中的生命周期评估流,如图3所示。
根据制造商提供的设备信息和典型的电力和天然气单位能源成本,计算了系统的年运行成本。循环泵的预期电能每年的使用成本约为745美元,热水器的预期天然气消耗每年的使用成本约为1,307美元。因此,每年设备使用费用总额为2 052美元。
净利润值(NPV)是通过将这些数据合并到一个50年生命周期的现金流量表中得出的。结论是温度控制系统的净现值为$90 111;其中约42.3%用于前期建设成本,约48.9%用于年度运营成本(注意,由于NPV计算中的四舍五入,百分比不会加到100%)。
然后使用相同的过程来分析氯消毒系统,其生命周期建设成本为61,659美元,如图4所示。
同样,将系统的成本分解出来进行生命周期评估计算,如图5所示,然后计算年度使用成本。
循环泵的预期电能每年的使用成本约为157美元,热水器的预期天然气消耗每年的使用成本约为944美元。此外,购买的次氯酸钠溶液每年增加75美元,使年度设备使用费用总额达到1,176美元。
NPV再次使用先前的数据推导。结论是氯消毒系统的净现值为72,686美元;其中58.4%用于前期建设成本,34.7%用于年度运营成本。
总的来说,假设的案例研究发现,在考虑所有必要的假设时,选择氯消毒系统将在项目的生命周期内为业主节省17,426美元。这导致在假设的50年寿命周期内,生命周期NPV成本降低了大约19.34%。
最后,基于50年的生命周期,利用成本数据对两种系统的环境影响进行了分析和比较。卡耐基梅隆大学的解释方法帮助很大,因为它将成本分解并将其转化为环境影响,这很容易进行比较。在图6中,氯消毒影响占温度控制影响的百分比,横轴表示生命周期评估影响指标。
从图表中可以得出结论,与温度控制相比,氯消毒还可以减少40%到65%的负面环境影响,具体取决于所讨论的环境影响。这种差异主要是由于温度控制系统中额外的电力和天然气使用,这比氯的使用更有影响,包括消毒副产品的影响。
另一个普遍的发现是,重复能源使用对生命周期成本和负面环境影响的影响最大。
基于本研究的三重底线结果,氯消毒应成为美国典型项目的推荐系统,因为它在安全风险方面相似,在项目生命周期中更具成本效益,对环境的影响较小。然而,研究中存在影响结果的假设和限制,这意味着两个系统仍应在逐个项目的基础上进行分析。
因此,不要把这个结论看作是最终的,最终的解决方案军团菌在美国,这项研究应更普遍地被视为成功地采用了一种深入的决策工具军团菌缓解设计。
Logan Stone是密尔沃基HGA建筑师和工程师办公室的一名机械工作人员。HGA是一家全国公认的医疗保健设计公司,在能源和基础设施,企业,艺术和高等教育方面拥有额外的实践。斯通是一名在职工程师,也是美国管道工程师协会的准会员。您可以通过lstone@hga.com与他联系。