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当设计热水回流系统时,如果系统有混合阀并且是再循环的,你需要注意一些事情。本文将介绍使用混合阀和再循环泵的热水系统的三种基本系统设计。不遵循这种管道安排的系统已知会对不知情的用户造成烫伤和死亡。
虽然有许多热水系统设计方案,但是当系统具有恒温混合阀时,必须采用如图1所示的管道,以防止烫伤或死亡。如果回火水只通过管道输送到热水器的冷水入口,循环泵将迫使热水通过混合阀的制造公差泄漏,并允许离开混合阀出口的水达到热水器的全部热水温度。这可能会在混合阀下游的热水分配管道中造成非常热的水堵塞。当这种管道布置存在时,有人被烫伤和死亡。
在热水回流的管道只连接到混合阀的冷水入口的安装中,它将允许系统在不使用期间进入环境,并导致系统冷却到环境温度。这导致热水到达淋浴间之前的长时间延迟,用户满意度很低。
主混合阀系统(位于热水水源处)
主混合阀系统设计(图1)显示了位于热水器或热水源处的符合ASSE 1017标准的系统的适当管道布置,具有再循环回流管道布置。
设计人员和安装人员最常犯的错误之一是,在带有混合阀的系统中,将生活热水回流只连接到热水器上。
如果热水回流管直接连接到热水器,当系统中没有水龙头流出时,循环泵迫使热水通过混合阀。当水龙头没有水流时,冷水不能进入混合阀与热水混合制成回火水。这种情况会引起温度和压力的波动。为了纠正这个问题,大多数混合阀制造商建议将循环泵后的回管路分开,如图1中的管路图所示。当在非高峰时段没有固定装置的流量时,这种管道安排允许从混合阀的两侧循环流动。
热水回水管道应该在循环泵之后分开,并路由到两个位置。第一个位置是混合阀的冷水入口,其中冷却器回火水应比混合阀设定点低10-20度。第二个位置是热水器的冷水入口,这里的冷却器,回火水被循环回热水器,然后通过热水分配管道回到热水进口的混合阀。应该对建筑物的热水分配系统进行仔细的分析。另外,在循环泵后回火管路的每一支路上都应安装一个温度计,尽量靠近冷水接头处(约2 ~ 3英尺),使冷水管不影响温度计读数。当热水温度趋于接近混合阀的设定点温度时,应在热水器的分支上安装手动平衡阀或恒温平衡阀,关闭或减少流量。一些混合阀制造商有许多这些组件包括在一个包装的混合阀和循环泵组件。
在许多建筑物中,在流量高峰期,热水可以被抽出进入热水分配和回水管道系统,回水温度可以达到混合阀设定点的一两度以内。当这种情况发生时,一些老式的混合阀,如双金属盘管式阀,需要在进入热水口的温度和进入冷水口的温度之间至少有20度的温差,才能使阀门正常反应。当回水温度接近设定点温度时,双金属技术在应对细微变化方面的效率较低。一般充液热电机越大,回火回水温度越接近混合阀设定点温度,其反应性越强。一些数字混合阀制造商可以精确地控制回水温度在混合阀设定点的一两度以内。
大多数混合阀制造商公布了混合阀的热水和冷水侧之间的最低温差,以使其正常工作。再循环管道定径方法中的20度温差是基于双金属盘管式混合阀,它需要明显的温差才能感知和反应变化。较新的液体填充技术具有更大的热感测单元和数字混合阀,能够将水与更接近的热水返回和回火水设定点温度混合。这在有再循环管线的建筑物中非常重要,因为热水回流温度可以在设定点的几度内回到混合阀。由于要求对热水循环管道进行更多的保温,热损失最小,热水回流温度非常接近混合阀的温度设置。
市场上有新产品,当循环回流温度接近混合阀的设定值时,将大部分回火水分流回混合阀的冷水侧。这通常是通过手动平衡阀或恒温分流阀(类似于向后安装的混合阀)或在线恒温流量减压阀来完成的。(请向阀门制造商查询控制选项和管道图)
数字混合阀正迅速成为这些条件下的选择,制造商现在有能力记录和控制温度在一两度以内。它们还可以保持出口温度非常接近混合阀的设定值,即使回流温度接近设定值。这只有在循环泵之后将热水回水管分开,使水流能够流向混合阀的两侧时才有可能实现,如图1所示。
如果您遵循热水回流泵的尺寸方法概述的热水再循环的尺寸方法发表在两个ASPE水管工程设计手册或ASHRAE应用手册在供水加热一章中,你会看到两份文件都使用了20度的温差来确定热水回流回路所需的GPM。如果您想要10度的温差,您只需计算所需的流量,并通过乘以2来调整GPM中的最终流量。如果你想要一个5度的差值,你把最终的GPM乘以4。在计算方法中,根据绝缘或非绝缘管道,存在每线性英尺的BTU损耗。如果按照许多新能源法规的要求增加绝缘,则可能需要对BTU损耗数进行调整。有了更大的绝缘厚度,热水回流系统所需的GPM流量就会降低。
局部混合阀
图2所示的管道图易于管道和维护。设计人员和安装人员应尽量使系统设计和安装尽可能简单和易于维护。我发现这个系统是经济有效的,因为你可以只管一个热水温度,混合到各种使用温度附近的固定装置。分配温度应保持在124华氏度以上,以保持整个热水分配和再循环温度高于军团菌生长范围68华氏度至122华氏度。这是控制细菌生长的最低要求,这就是为什么在循环泵之后,在每个热水回流分支连接到冷水、热水器和混合阀的冷水入口之前,安装一个温度计是很重要的。然后,可以监测温度以控制细菌生长问题,并且可以将灯具附近的温度降低到较低的热水温度,从而最大限度地减少烫伤问题。
双温度热水系统
如图3所示的双温度热水系统给管道设计人员和安装人员带来了更大的挑战。它们通常有一个主混合阀和两个热水回流温度。它们通常还具有两个独立的热水回流循环泵,需要彼此独立,以防止混合阀冷侧的热水回流温度超过阀的设定点。
例如,如果调质水混合阀设置在125华氏度左右的较低温度,热水器设置在160华氏度左右,则高温热水返回温度将约为140华氏度(整个系统温度下降20度)。高温回路热水回流温度将比混合阀上的设定值高15度左右。(如果两个回水系统的GPM都设计成热水回水回路温差为10度,温度将升高35度。
应该小心确保不会制造导致低温系统温度上升并超过低温回路混合阀设定点的管道系统。这种过热危险就是为什么在循环泵和止回阀之后,应该将热水回流和回火水回流管路分开的原因。在图3中,注意回火回水管路是如何在循环泵后分开的,类似于图1中的管路布置,并连接到热水器和混合阀的冷水侧。
温度计位置
这些图中没有显示温度计,但应该安装在热水系统的所有“关键温度控制位置”。
这些地点是:
经常查阅阀门制造商的文献,了解推荐的管道配置。记住在循环泵的封头要求中包括任何通过混合阀的压降,并验证保温类型和厚度,以确定热水管道的实际热损失。
目前设计热水回流循环泵的方法可能应该由技术委员会重新考虑,以满足新的能源规范要求,提高绝缘厚度,并将整个系统的温度下降从20度降低到10度。另一种选择是修改非绝缘和绝缘管道的热损失表,该表显示了整个系统温度下降20度、10度和5度时每线性英尺的热损失。还应该有各种绝缘类型和厚度的信息。
热水系统的温度控制
作为ASSE国际烫伤意识工作组的成员,我努力教育和指导公众和管道行业,了解与家庭热水系统相关的潜在烫伤危害。此外,我还在美国工业工程师协会(ASSE)主要产品标准委员会任职,负责许多涉及热水温度控制的美国工业工程师协会(ASSE)产品标准。来自淋浴、浴缸和水槽的家庭热水在儿童、老年人和残疾人的所有烫伤中占很大比例。随着多年来水流的减少,热休克和烫伤的风险增加了。防止热冲击和烫伤的努力一直是许多与温度控制装置相关的新产品设计、创新和发明的推动力,以解决导致淋浴和浴缸/淋浴事故的压力不平衡和温度波动。
ASSE温度控制标准应用图
ASSE烫伤任务组制定了一个应用图表,以解决每个热水温度控制产品标准的应用。这样做是为了帮助指导人们为每个特定的应用选择合适的产品,以便在热水系统中使用温度控制装置。多年来,我收到了许多来自检查员、安装人员、工程师和其他人的电话和电子邮件,询问某些类型的设备是否可以用于某些安装。在许多情况下,会有错误的应用,有人会争辩说,他们选择的设备控制温度,但产品标准和相关测试没有涵盖给定的应用,不知何故,他们觉得有必要呼吁我解释的情况。
例如,有人问ASSE 1017温度驱动装置(主恒温混合阀)是否适用于控制紧急淋浴和洗眼的温度。我告诉这个人,“不,绝对不符合美国安全工程师协会的标准。”我解释说,ASSE 1017混合阀可能会失效,让航天飞机移动到热位置,这将允许所有热水流动或被循环泵推动,从混合阀中出来。水温超过100华氏度会对眼睛造成伤害。应急夹具混合阀和主混合阀应设计成不能“关闭”或不能“冷”。恒温主混合阀和恒温紧急混合阀使用热电机(双金属线圈或石蜡或酒精液体填充的热敏元件)感应出水温度并根据温度调整穿梭位置。
在这两种情况下,热传感器壁破裂,释放热液压流体,或者双金属线圈破裂或卡住/放大,都可以使混合阀穿梭允许滚烫的热水从阀中流出。一些故障安全混合阀设计有一个弹簧,如果热电机发生故障,可以将阀的穿梭器推到故障安全或故障冷位置。这是一个产品设计问题。这一点,以及在1017阀门中没有冷水旁路的事实,就是为什么ASSE 1017阀门不应该用于紧急夹具应用的原因。
ASSE 1071应急夹具混合阀标准标题为:美国卫生工程师协会(ASSE) 1071 - 2012- - - - - -管道应急设备用温度驱动混合阀的性能要求,如果出现问题,则需要对冷水进行全面旁路。ASSE 1017阀门不能执行与符合ASSE 1071的阀门设计的温度限制和冷水旁通功能相同的安全功能。任何使用ASSE 1017阀门作为应急装置的人都应该立即将该装置从使用中移除,并提供临时保护措施,并用正确的阀门替换它。ASSE 1071装置不应该安装在再循环系统中,因为水在这些系统中停留很长时间,这有利于细菌的生长。拥有管辖权的机构(AHJ)是OSHA,在大多数情况下,它依赖于管道规范要求,OSHA要求和应急装置行业标准的组合,以最终批准大多数装置。业主、工程师和安装人员需要了解制造商的安装要求,这些要求可能超出规范、标准和制造商安装说明的要求。
对于已安装的多个标准列出的设备,仍然符合给定应用程序的标准范围也很重要。还有许多其他类型的阀门安装在与产品标准中描述的设备范围不匹配的位置。由于这些原因,ASSE决定让烫伤意识任务组准备一份应用图表,作为参考工具,以明确设备应该安装和不应该安装的位置。
任务组的任务是开发一个应用程序图表,发布的形式是:温控装置设计导则清楚地解释了每个温度控制装置的位置,在ASSE的产品性能标准内,应该使用,并创建一个易于理解的参考工具,管道行业的每个人都可以使用。
温度控制装置的ASSE产品性能标准如下:
1.Asse 1016-2011/ asme a112.1016-2011 / csa b125.16-11用于单独淋浴和浴缸/淋浴组合的自动补偿阀的性能要求。
2.美国卫生工程师协会(ASSE) 1017 - 2009热水分配系统用温度驱动混合阀的性能要求。(虽然该装置为控制低温配电系统中常见的细菌和微生物的温度提供了明显更好的控制热水系统温度,但与没有主配电系统温度控制的系统相比,它不是一个没有进一步控制下游的防烫伤装置或热冲击控制装置)
3.美国卫生工程师协会(ASSE) 1062 - 2006单独夹具配件的温度驱动流量减少(TAFR)阀的性能要求
4.美国卫生工程师协会(ASSE) 1066 - 1997、用于单个夹具配件的单个压力平衡在线阀的性能要求。
5.美国卫生工程师协会(ASSE) 1069 - 2005自动温控混合阀的性能要求。
6.Asse 1070-2015/ asme a112.1070-2015 / csa b125.70-15水温限制装置的性能要求。
7.美国卫生工程师协会(ASSE) 1071 - 2012管道应急设备用温度驱动混合阀的性能要求
点击这里对于ASSE温度控制装置导则.
因混合阀管道安装不当导致的烫伤死亡
大约20多年前,我写过关于超大恒温混合阀的相关问题,以及当大型阀门只有一个低流量固定装置在非高峰时间流动时,它们可能无法准确控制出口热水温度。那篇文章让我参与了一项烫伤调查,一名老人在淋浴时被烫伤而死亡。这方面有几位专家撰写了我写过的那篇旧文章,警告说,当一栋大楼里只有一个淋浴喷头时,超大的混合阀无法充分控制混合水的出口温度。经过我的调查,我发现在那个安装中,尺寸过大不是原因。
这栋建筑有三层楼高,有三个侧翼,大约有120套辅助生活公寓单元,包括厨房、餐厅、发廊、洗衣房、社区活动室、办公室和一楼的一个机械室。热水系统由三个120加仑的热水器组成。有一根2英寸的热水管从热水器连接到一个符合美国安全工程师协会1017标准的大型恒温混合阀。混合阀有2英寸的热水和冷水入口和一个2英寸的回火水出口,带有一个相对较小的热元件。有一根2英寸的热水管道从机械室流出它分成了三个分支管道以1-1/2英寸的热水分支管道通往大楼的每个侧翼。
在几次流动试验中,测量温度保持相对不变。我检查时,混合阀工作正常。混合阀的尺寸应该基于流量,而不是它们所连接的管道尺寸。这通常会导致阀门尺寸比混合出水管道小一到两个管道尺寸,但在这种情况下,阀门与管道尺寸相同。经过一番调查,它看起来并不是一个超大的恒温混合阀,因为有水通过混合阀循环,超过了阀门的最小流量要求。在烫伤事件和我检查系统的时间之间,管道发生了变化。旧的管道安排被记录在照片中,并显示原来的管道有回火的回水管,只返回到热水器的冷水进水管。这证实了问题的存在,但在检查时似乎仍然没有人意识到这是一个问题,因为在白天,当建筑物内的固定装置有流动时,它就会正常工作。
我复习了现场参观记录,检查了机械房热水系统的照片。流量和温度测量表明,在流量测试期间,水温稳定需要超过4.5分钟。这就是热水从机械房送到靠近走廊尽头的死者公寓所花的时间。我根据烫伤事件的报道回顾了事件发生的时间顺序。在受害人死亡之前,他向一些证人和医疗专业人员陈述了烫伤事件发生的情况。他走进淋浴间,把温度调到他觉得舒服的正常温度。淋浴几分钟后,他正在用香波洗头,突然水温飙升到热气腾腾的温度。他的眼睛里充满了洗发水,他看不到淋浴控制,所以他抓住浴帘,把它拉到他和滚烫的热水之间。洗完澡,他穿好衣服,脸上、胸口、胳膊和腿上都起了小水泡。他去餐厅吃午饭,其他居民说他的皮肤鲜红,脸上、额头和胸部开始出现一些水泡。 He later went back to his room to lay down and take a nap. When he awoke, his skin was peeling and sloughing off in big chunks, and much of it had stuck to the bed sheets. He called for help and was taken to the hospital where he died several days later from sepsis infection related to his burn injuries and loss of skin.
我查看了维修记录,发现了很多信息。在烫伤事件发生的几个月前,有三个旧热水器,其中一个出现了漏水。一位管道承包商被叫来修理漏水的热水器。水管工注意到热水器已经生锈了,于是他关上了隔离阀,切断了煤气,把水放掉了。提高温度是为了补偿一个热水器的损失。管道承包商还给了他们一个价格,让他们用新的管道、新的热水器、新的循环泵和新的恒温混合阀来更换机械室的所有东西。由于担心另外两个取暖器的寿命即将结束,业主同意了对机械室的所有修改建议。
维修记录显示,在更换工程后不久,在非高峰时段,有很多人投诉机械房附近的房间水温太高,而远离机械房的房间水温不够热。工厂给管道承包商打了很多次电话来解决这个问题,每次他出来的时候都是中午,系统里有水,混合阀出口的温度似乎在正常的公差范围内。维护记录还显示,在机械室装修后和烫伤事件发生前的几周内,循环泵出现了几次故障和更换。对我来说,这些都是循环泵出故障的迹象。
我问自己,他们怎么可能是昏头的。这些老照片揭示了这些问题的答案。热水回流管安装错了,因为它只通向热水器的冷水入口。当恒温元件将航天飞机滑过去关闭热水口时,这种管道安排会导致循环泵试图迫使热水通过混合阀。这样的管道布置会使循环泵处于死水状态。这就解释了为什么在这么短的时间内循环泵被更换了几次。在不使用期间或夜间,死头循环泵也会在热水分配管道中引起很少或没有流量。这就解释了为什么走廊尽头的热水不够(早上第一次抽水要等4分半钟以上,因为混合阀限制了循环,而且系统中间和末端的热水管道都达到了环境温度)。这也解释了机械室附近房间的水太热的抱怨(那里有一段非常热的水从混合阀泄漏出去)。
恒温混合阀的制造公差允许温度调节梭子移动(像活塞一样),所以总是有一个制造公差,允许循环热水泄漏或流动在混合阀梭子周围,即使混合阀试图关闭热水端口。
在这种情况下,热水器通常保持在150华氏度,混合阀降低分配温度,但在一个加热器下降期间,储存温度升高到更高的温度,以弥补一个热水器的损失。当更换热水器时,所有三个加热器的温度都设置为承包商在旧加热器上发现的更高温度。这使得在工作完成和管道没有正确安装后的不使用期间,非常热的水在混合阀的下游发展。这也是导致人们抱怨机械房附近房间的水太热,抱怨每个走廊尽头的房间没有热水或等待热水的时间太长的原因。
在烫伤事件发生几周后,在一次关于温度问题的服务电话中,水管工意识到管道有问题,他建议更换混合阀,混合阀代表问他是否按照安装手册中的管道图安装了混合阀。承包商意识到管道的错误,更换了管道,系统开始正常工作。这一管道错误突出了在热水回水循环泵之后分割回水管道,并将回水输送到热水器的冷水入口和混合阀的冷水入口或热水回水管道连接处的极其严重的重要性。这允许在非夹具使用期间从混合阀的两侧流动。一些混合阀制造商建议在通往热水器的热水回流分支上包括一个平衡阀或一个在线恒温元件,以便在热水回流温度因系统中使用热水而升高时进行平衡或调整,以减少流向阀门热水侧的流量。
产生的代码更改
在这个案子解决后不久,我协助当地医院烧伤中心在其网站上提供预防烫伤的信息,以纪念Emil Melaniak。接下来,我向《国际管道规范》提交了一项规范变更,要求通过混合阀循环的热水或回火水系统在循环泵之后用三通管道将回火水分开,并将其路由到热水器的冷水入口和混合阀的冷水入口或回火水连接,以防止将来发生这种情况。
该规范变更涉及与恒温混合阀一起使用的再循环泵,并首次出现在2003年版的《国际水管规则》.代码语言如下:
2003年IPC语言如下:607.2.3循环泵。在有热水循环泵的系统中使用恒温混合阀的,热水或回水管路应引至热水器的冷水进水管和恒温混合阀的冷水进水管或热水回水连接处。
该代码语言已更新,目前2018年版IPC有以下语言:
2018 IPC规范语言如下:607.2.2带有主恒温阀的再循环系统的管道。在有热水循环泵的系统中使用恒温混合阀的,热水或回水管路应引至热水器的冷水进水管和恒温混合阀的冷水进水管或热水回水连接处。
在最近几次对热水系统的调查中,租户抱怨温度波动,我检查了混合阀管道的布置,惊讶地发现许多系统中同样的管道问题导致温度波动问题和潜在的危险的热水状况。我希望这篇文章能提高人们的意识,防止悲剧再次发生。