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在20世纪80年代早期,我第一次见到了Al Steele博士,他多年来一直是这个专栏的作者。斯蒂尔博士写了许多管道设计和工程书籍,如《工程管道设计》、《高层管道设计》、《高级管道工程》和其他一些我多年来参加的管道课程的一部分。他的书和杂志专栏被用来在全国范围内教授管道课程。我甚至在奥克兰社区学院、威斯康星大学和明尼苏达大学教授的管道设计和代码审查课程中也使用了它们。
1985年,作为美国管道工程师协会(ASPE)达拉斯/沃斯堡分会的官员,我聘请了Steele博士进行管道工程认证(CIPE)考试复习研讨会。我去机场接他,我们共进晚餐,我们的友谊随着我们谈论管道,他教的管道课程和我们分会赞助的课程而加深。
后来,他用他为CIPE复习研讨会收集的手写笔记最终出版了第一本“CIPE考试复习书”。他退休后,我教了一些CIPE考试复习研讨会,并为ASPE认证委员会提供编辑。最后,我在ASPE认证委员会任职,帮助开发认证考试问题。我为ASPE分会制作了13个PowerPoint培训演示,用于他们的教育项目。我还为“读、学、赚”计划开发了内容和测验。
节能与军团菌
在1985年我与Steele博士的讨论以及随后的ASPE会议中,我们讨论了最近的节能倡议和管道系统性能问题的冲突。在20世纪70年代中期,1973年阿拉伯石油禁运后,节能工作得到了发展,导致热水储存温度的最高要求降低。
由于原油价格暴涨,许多美国人买不到取暖油,他们在加油站排着长队加油。在恐慌中,许多善意的人向他们的管理机构提出了节能的想法。这些建议在没有对健康和安全问题进行充分分析或对系统性能问题的影响进行研究的情况下,迅速被采纳为守则和条例的强制性要求。
1992年的《能源政策法案》(Energy Policy Act)出台后,我们也经历了类似的情况。该法案规定,在没有研究军团菌在死水中的生长、排水管道运输问题、在老式双把手浴缸/淋浴龙头和无压力或温度补偿的淋浴龙头上安装超低流量淋浴头的情况下,必须使用低流量装置。
斯蒂尔博士向我讲述了他作为美国管道工程师协会研究基金会(ASPERF)主席所领导的研究。这个小组做了一些关于小尺寸排气口的测试,他告诉我1988年的一个研究项目,题为“研究报告88 - 01,服务热水系统的温度限制”。
该报告讨论了热水系统储存和分配温度与要求在较低温度下储存热水有关的问题。它讨论了适当的管道设计如何解决烫伤、军团菌生长和节能问题。节约能源的人似乎认为,在那个时候,只要把热水器的温度调低一点就能节约能源,减少烫伤事件。
他说,他在报告中对能量损失的计算受到了很多批评,因为他们没有进行足够的小数点来显示显著的差异。Steele指出,他故意没有解决设备或管道的热损失问题,因为通过增加隔热材料而不是关闭热水器可以实现同样的节能。
在报告中,他指出,制造商的保修和设备选择图表是基于140华氏度的存储温度。尽管要求更低的存储温度,但制造商并没有根据140华氏度的存储温度更改尺寸信息或保修信息。他说,报告中没有明确说明,但在较低温度下储存将需要更大的储罐和更大的表面积,因此在较低温度下的节省需要用更大的储罐和绝缘类型来计算,其中厚度仍然是一个问题。
由于1973年石油禁运后的节能倡议,ASPERF的工作范围受到了限制——提供研究并撰写一份报告,解决服务热水系统中较低的最高储存温度限制。
尽管20世纪70年代末和80年代初的许多节能建议都是有益的,与管道无关,但也有一些节能效果微乎其微,给公众带来了重大的健康和安全风险,同时也降低了管道系统的性能。其中一项任务是将热水器的最大允许热水储存温度降低到110华氏度。
我告诉斯蒂尔博士,从我对他的研究文件的回顾来看,他似乎没有考虑或研究过节约用水对可用热水量的影响。我们讨论了当热水的最高储存温度接近使用温度时,流入热水管的水的百分比与流入冷水管的水的百分比的变化。随着温度的降低,从淋浴器流出的大部分水将流经热水管。
我提到了许多与管道系统性能相关的其他问题,以及对公众健康和安全的潜在影响。我们讨论了能源和水的节约如何与不同的储水温度和管道系统中的管道配置建立因果关系。较低的储存温度会导致热水器开始在烟道管中凝结,从而加速热水器水箱的腐蚀。
我们讨论了降低的热水储存温度,在较低的分配温度下增加热水管道中的热水流速,降低热水器的首次抽取能力以及在较低温度下储存热水时需要更大的储罐。
节能措施是促进军团菌生长,在较低的储存温度下,热分层和堆叠仍可能发生烫伤。我们从旧的ASPE数据书中讨论了混合水公式,现在在ASPE工程管道设计手册中出版。我们还讨论了固定装置的流量降低,与超低流量(ULF)管道装置相关的压力不平衡,可能导致热冲击和烫伤问题,超低流量淋浴(特别是手持淋浴)的温度控制延迟,以及热水中的细菌生长,要求将其储存在军团菌的理想生长温度范围内。
最终,ASPERF与威斯康辛大学合作进行了更多的研究,并于2008年3月21日发表了题为《烫伤温度与人的年龄和身体状况的关系》的报告。
ASPERF报告
早在1988年,ASPE研究报告就确定了100多个与生活热水的储存、分配和使用温度有关的信息来源,这些信息涉及军团菌的生长和烫伤。1988年的报告还谈到:
•1973年以来关于石油禁运/能源危机的背景资料;
•节能计划要求热水储存和分配温度最高为110华氏度;
•控制军团菌生长所需的温度与减少烫伤所需的温度之间的冲突;
•军团病;
•控制军团病;
•需要更多的研究;
•节能计算;
•绝缘讨论;和
•结论:在135华氏度至140华氏度之间储存热水以杀死军团菌;以及在120华氏度或更低的温度下从固定装置输送热水,以防止烫伤。
发现问题分析:
•最低储存温度为131华氏度对于防止军团病的传播至关重要(131华氏度是军团菌开始死亡的温度)。
•为了确保安全系数,最低储存温度应为135华氏度。
•最初在20世纪70年代采用的110f标准仍然在一些规范中强制执行。(这些应更新为要求在135华氏度至140华氏度的温度下存储和交付,并根据应用程序调整符合规范的淋浴和浴缸/淋浴阀的最高温度限制,以将最高温度降低到安全的最高淋浴或沐浴温度,如110华氏度至120华氏度。)
•将热水器温度设置在110华氏度会出现不可预见的问题,例如当热水供应温度在110华氏度到105华氏度之间时,限位阀必须完全打开(如果发生堆积,或者如果有人调整热水器恒温器或主混合阀的系统温度,这可能会导致烫伤。)
•110华氏度的水是军团菌生长的理想繁殖温度。
•热水器的尺寸,选择和保修信息是基于140华氏度的存储温度。
•较低的存储温度需要改变尺寸标准,选择图表,最终需要更大的设备和对经济的影响,这是一个重要考虑因素。
aspf建议删除所有代码、政府法规、协会和机构的规章制度、行业标准以及任何可能出现的地方对110f存储和分发的所有引用。
它还建议热水发生器的温度为135华氏度到140华氏度(新的ASHRAE标准188和ASHRAE指南12-2000建议储存温度在这个范围内,最低分布温度为124华氏度,因为军团菌可以在122华氏度的温度下生长。)它在华氏122度到华氏131度之间存活,但不会繁殖。
美国能源部、ASHRAE、各种规范组织和医疗设施认证机构采用了要求降低最大允许热水储存温度的节能要求。在能源危机期间或之后,这些机构在没有充分研究对管道系统或公共健康和安全的影响的情况下,迅速采纳了拟议的变化。
aspf的研究报告没有考虑储罐或分配管道中的热量损失,只是简单地用一个说明来掩盖这个问题,“隔热材料的正确选择将是能否节约能量的最终决定因素。”
当时的节能建议是出于善意的规定:
1.规定的热水储存和分配系统的温度条件是军团菌生长的理想条件。
2.减少了首次从储水箱中抽取热水的数量。
3.造成大多数(几乎90%)混合水流通过较小的热水管道的情况,导致热水系统和冷水系统之间的压力显著不平衡。
4.老式、双把手、不符合规范的淋浴和浴缸/淋浴阀(在许多家庭中仍然存在)的热冲击问题增加,除了滑倒或身体受伤外,还可能导致烫伤。
后果
许多节能建议来自管道行业以外的人,他们不完全了解烫伤、细菌生长温度和系统压力问题。他们提出了一般性的节能建议来节约能源。降低水箱中热水的储存温度可以节省能源,但增加水箱和循环管道的绝缘厚度也可以达到同样的效果,而不会产生这里描述的许多问题。
1976年,在费城的贝尔维尤斯特拉特福酒店举行的美国退伍军人大会上,在节能法令实施后不久,军团病大规模爆发。共有182例病例,29人死亡。这种细菌后来被命名为嗜肺军团菌,以纪念美国退伍军人协会。
“军团”指的是一支小军队,“ella”是一个后缀,用于分类学名称的形成,尤其是细菌的属名:霍乱菌、巴氏菌和沙门氏菌。细菌的命名是经过深思熟虑的。“Pneumo”与肺有关,“philia”指的是它最初被发现的城市,但也有“爱”的意思,所以“Legionella pneumophilia”指的是一小群爱肺的细菌。
据我所知,我不相信曾经有过关于降低最高热水温度和军团病最初发现之间的可能联系的调查,但这让我很好奇。酒店的调查人员不知道他们在寻找什么,因为这是一种神秘的疾病,最终在第二年从受害者身上采集的样本中分离出来。
在贝尔维尤斯特拉特福酒店军团菌爆发的来源从未确定,因为确定它是一种水传播疾病的时间很长。疫情爆发后,这家酒店就关门歇业了。在发现这种细菌之前,所有的系统都已经被排干、冲洗或清洁过,而且这种细菌很可能从未经证实的来源通过微小的水滴吸入与会者的肺部。
由于军团病的来源不明,没有收集储存和分发温度或水处理化学物质水平的数据,也没有在1976年疫情期间或之后立即从任何建筑物供水系统收集样本。
我们现在知道,将水储存在110华氏度,正如当时许多节能要求所要求的那样,可能导致热水储存和分配系统中的军团菌生长增加,最终可能导致疫情爆发。热水罐被认为是军团病的罪魁祸首。储罐不会导致军团菌生长,除非条件(温度和营养)是细菌生长的理想条件。
一些即热式热水器制造商和其他制造商声称,储罐会引起军团菌,但即热式热水器不会。大多数电或燃气热水器只能将水温提高到100华氏度到105华氏度之间的使用温度。我参与了一项调查,在那里发现军团菌在即热式热水器内生长。即热式机组在热交换器管中仍然有水。许多公司没有达到在规定的暴露时间内杀死细菌的温度(131华氏度到158华氏度之间),或者如果水的温度能达到158华氏度以上,就对水进行消毒,以立即杀死军团菌。
这些早期的节能计划要求储存的水温保持在军团菌生长的理想温度范围内。虽然在能源账单上节省了几美元,但许多人却暴露在严重的健康危害中,这种危害已知会导致严重的疾病和死亡。我们可能永远不会知道实际的死亡人数,因为其中许多人死于肺炎。
ASPERF的研究报告包括从1986年开始的为期两年的文献检索——它回顾和分析了热水温度与军团菌生长和烫伤问题有关的已发表和未发表的信息。该研究还调查了在110华氏度到140华氏度范围内各种储存和分配温度的优缺点。
1989年,ASPERF根据所获得的知识和当时行业发生的事情发表了一份立场声明:“热水温度限制:美国管道工程师协会建议热水发电机的出口温度最高为140华氏度,最低为135华氏度。”ASPE进一步建议,从所有规范、政府法规、工业标准以及可能出现的地方删除所有热水系统中最高温度为110华氏度的引用。ASPE董事会于1989年5月6日一致通过。