2. Понять три типа систем водоснабжения: системы отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха (гидравлические), водопроводные системы (бытовое водоснабжение, канализация и вентиляция), а также химические и специальные системы водоснабжения (системы морской воды и опасных химикатов).
Водопровод и водопроводные системы существуют во многих элементах здания. Многие люди видели P-trap или трубопровод хладагента под раковиной, ведущий к сплит-системе и от нее. Мало кто видит главный инженерный водопровод в центральной установке или систему химической очистки в помещении для оборудования бассейна. Каждое из этих применений требует определенного типа трубопровода, который соответствует спецификациям, физическим ограничениям, нормам и лучшим практикам проектирования.
Не существует простого решения по сантехнике, которое подходило бы для всех приложений. Эти системы соответствуют всем физическим и нормативным требованиям, если соблюдены определенные критерии проектирования и заданы правильные вопросы владельцам и операторам. Кроме того, они могут поддерживать надлежащие затраты и сроки выполнения для создания успешной строительной системы.
Воздуховоды HVAC содержат много различных жидкостей, давлений и температур. Воздуховод может находиться выше или ниже уровня земли и проходить через внутреннюю или внешнюю часть здания. Эти факторы необходимо учитывать при указании трубопроводов HVAC в проекте. Термин «гидродинамический цикл» относится к использованию воды в качестве теплоносителя для охлаждения и нагрева. В каждом случае вода подается с заданным расходом и температурой. Типичная передача тепла в помещении осуществляется с помощью змеевика воздух-вода, предназначенного для возврата воды при заданной температуре. Это приводит к тому, что определенное количество тепла передается или удаляется из помещения. Циркуляция охлаждающей и нагревающей воды является основной системой, используемой для кондиционирования воздуха крупных коммерческих объектов.
Для большинства малоэтажных зданий ожидаемое рабочее давление системы обычно составляет менее 150 фунтов на квадратный дюйм (psig). Гидравлическая система (холодная и горячая вода) представляет собой замкнутую систему. Это означает, что общий динамический напор насоса учитывает потери на трение в системе трубопроводов, связанных катушках, клапанах и аксессуарах. Статическая высота системы не влияет на производительность насоса, но она влияет на требуемое рабочее давление системы. Охладители, котлы, насосы, трубопроводы и аксессуары рассчитаны на рабочее давление 150 фунтов на квадратный дюйм, что является обычным для производителей оборудования и компонентов. По возможности это номинальное давление должно поддерживаться в конструкции системы. Многие здания, которые считаются мало- или среднеэтажными, попадают в категорию рабочего давления 150 фунтов на квадратный дюйм.
При проектировании высотных зданий становится все труднее поддерживать трубопроводные системы и оборудование ниже стандарта 150 фунтов на квадратный дюйм. Статический напор выше примерно 350 футов (без добавления давления насоса в систему) превысит стандартное рабочее давление этих систем (1 фунт на квадратный дюйм = 2,31 фута напора). Система, скорее всего, будет использовать прерыватель давления (в виде теплообменника) для изоляции более высоких требований давления колонны от остальной части подключенных трубопроводов и оборудования. Такая конструкция системы позволит проектировать и устанавливать стандартные охладители давления, а также указывать трубопроводы и принадлежности более высокого давления в градирне.
При определении трубопроводов для проекта большого кампуса проектировщик/инженер должен осознанно определить башню и трубопроводы, указанные для подиума, отражая свои индивидуальные требования (или коллективные требования, если теплообменники не используются для изоляции зоны давления).
Другим компонентом закрытой системы является очистка воды и удаление из нее любого кислорода. Большинство гидравлических систем оснащены системой очистки воды, состоящей из различных химикатов и ингибиторов, чтобы поддерживать оптимальный уровень pH (около 9,0) и микробный уровень воды, протекающей по трубам, для борьбы с биопленками и коррозией труб. Стабилизация воды в системе и удаление воздуха помогает продлить срок службы трубопроводов, связанных с ними насосов, катушек и клапанов. Любой воздух, попавший в трубы, может вызвать кавитацию в насосах охлаждающей и нагревательной воды и снизить теплопередачу в охладителе, котле или циркуляционных змеевиках.
Медь: тянутые и закаленные трубы типа L, B, K, M или C в соответствии со стандартами ASTM B88 и B88M в сочетании с фитингами из кованой меди ASME B16.22 и фитингами с бессвинцовым припоем или припоем для подземного применения.
Закаленная труба типа L, B, K (обычно используется только под землей) или A по ASTM B88 и B88M, с фитингами из кованой меди ASME B16.22 и фитингами, соединенными бессвинцовой или надземной пайкой. Эта труба также позволяет использовать герметичные фитинги.
Медная трубка типа K — самая толстая из имеющихся трубок, обеспечивающая рабочее давление 1534 фунта на кв. дюйм при 100 °F для ½ дюйма. Модели L и M имеют более низкое рабочее давление, чем K, но все равно хорошо подходят для систем отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха (диапазон давления от 1242 фунта на кв. дюйм при 100 °F до 12 дюймов, 435 фунта на кв. дюйм и 395 фунта на кв. дюйм). Эти значения взяты из таблиц 3a, 3b и 3c Руководства по медным трубкам, опубликованного Ассоциацией развития меди.
Эти рабочие давления предназначены для прямых участков труб, которые обычно не являются участками системы с ограничением давления. Фитинги и соединения, соединяющие два отрезка трубы, с большей вероятностью протекут или выйдут из строя под рабочим давлением некоторых систем. Типичные типы соединений для медных труб — сварка, пайка или герметичное уплотнение. Эти типы соединений должны быть изготовлены из материалов, не содержащих свинец, и рассчитаны на ожидаемое давление в системе.
Каждый тип соединения способен поддерживать герметичную систему, когда фитинг должным образом загерметизирован, но эти системы реагируют по-разному, когда фитинг не полностью загерметизирован или опрессован. Паяные и паяные соединения с большей вероятностью выйдут из строя и протекут, когда система впервые заполнена и протестирована, а здание еще не занято. В этом случае подрядчики и инспекторы могут быстро определить, где протекает соединение, и устранить проблему до того, как система будет полностью работоспособна, а пассажиры и внутренняя отделка будут повреждены. Это также можно воспроизвести с герметичными фитингами, если указано кольцо или узел обнаружения утечки. Если вы не нажмете до конца, чтобы определить проблемную область, вода может вытечь из фитинга так же, как припой или пайка. Если герметичные фитинги не указаны в проекте, они иногда будут оставаться под давлением во время испытаний конструкции и могут выйти из строя только после определенного периода эксплуатации, что приведет к большему повреждению занятого пространства и возможным травмам жильцов, особенно если через трубы проходят нагретые горячие трубы. вода.
Рекомендации по размеру медных труб основаны на требованиях правил, рекомендациях производителя и передовой практике. Для систем с охлажденной водой (температура подачи воды обычно от 42 до 45 F) рекомендуемый предел скорости для систем медных труб составляет 8 футов в секунду для снижения шума системы и снижения вероятности эрозии/коррозии. Для систем с горячей водой (обычно от 140 до 180 F для отопления помещений и до 205 F для производства горячей воды в гибридных системах) рекомендуемый предел скорости для медных труб намного меньше. В руководстве по медным трубам эти скорости указаны как 2–3 фута в секунду, когда температура подачи воды выше 140 F.
Медные трубы обычно имеют определенный размер, до 12 дюймов. Это ограничивает использование меди в основных коммунальных системах кампуса, так как эти конструкции зданий часто требуют воздуховодов размером более 12 дюймов. От центрального завода до связанных теплообменников. Медные трубы чаще встречаются в гидравлических системах диаметром 3 дюйма или меньше. Для размеров более 3 дюймов чаще используются стальные трубы с прорезями. Это связано с разницей в стоимости стали и меди, разницей в трудозатратах на гофрированные трубы по сравнению со сварными или паяными трубами (напорные фитинги не разрешены или не рекомендуются владельцем или инженером), а также рекомендуемыми скоростями и температурами воды в них внутри каждого из трубопроводов материалов.
Сталь: Черная или оцинкованная стальная труба по ASTM A 53/A 53M с фитингами из ковкого чугуна (ASME B16.3) или кованого железа (ASTM A 234/A 234M) и фитингами из ковкого чугуна (ASME B16.39). Фланцы, фитинги и соединения классов 150 и 300 доступны с резьбовыми или фланцевыми фитингами. Труба может быть сварена с присадочным металлом в соответствии с AWS D10.12/D10.12M.
Соответствует ковкому чугуну ASTM A 536, класс 65-45-12, ковкому чугуну ASTM A 47/A 47M, класс 32510, и сборочной стали ASTM A 53/A 53M, класс F, E или S, марка B, или стали ASTM A106, марка B. Фитинги с пазами или проушинами для крепления фитингов с пазами.
Как упоминалось выше, стальные трубы чаще всего используются для больших труб в гидравлических системах. Этот тип системы позволяет удовлетворять различным требованиям к давлению, температуре и размеру для удовлетворения потребностей систем охлажденной и нагретой воды. Обозначения классов для фланцев, фитингов и арматуры относятся к рабочему давлению насыщенного пара в фунтах на кв. дюйм соответствующего элемента. Фитинги класса 150 предназначены для работы при рабочем давлении 150 фунтов на кв. дюйм при 366 F, в то время как фитинги класса 300 обеспечивают рабочее давление 300 фунтов на кв. дюйм при 550 F. Фитинги класса 150 обеспечивают рабочее давление воды более 300 фунтов на кв. дюйм при 150 F, а фитинги класса 300 обеспечивают рабочее давление воды до 2000 фунтов на кв. дюйм при 150 F. Для определенных типов труб доступны другие марки фитингов. Например, для фланцев чугунных труб и фланцевых фитингов ASME 16.1 можно использовать классы 125 или 250.
Системы пазовых труб и соединений используют вырезанные или сформированные пазы на концах труб, фитингов, клапанов и т. д. для соединения каждой длины трубы или фитингов с помощью гибкой или жесткой системы соединения. Эти муфты состоят из двух или более болтовых частей и имеют шайбу в отверстии муфты. Эти системы доступны с фланцами классов 150 и 300 и прокладочными материалами EPDM и способны работать при температуре жидкости от 230 до 250 F (в зависимости от размера трубы). Информация о пазовых трубах взята из руководств и литературы Victaulic.
Стальные трубы Schedule 40 и 80 приемлемы для систем HVAC. Спецификация трубы относится к толщине стенки трубы, которая увеличивается с номером спецификации. С увеличением толщины стенки трубы допустимое рабочее давление прямой трубы также увеличивается. Трубы Schedule 40 допускают рабочее давление 1694 фунта на квадратный дюйм для ½ дюйма. Труба, 696 фунтов на квадратный дюйм для 12 дюймов (от -20 до 650 F). Допустимое рабочее давление для труб Schedule 80 составляет 3036 фунтов на квадратный дюйм (½ дюйма) и 1305 фунтов на квадратный дюйм (12 дюймов) (оба от -20 до 650 F). Эти значения взяты из раздела Watson McDaniel Engineering Data.
Пластики: пластиковые трубы из ХПВХ, раструбные фитинги по спецификации 40 и спецификации 80 по ASTM F 441/F 441M (ASTM F 438 по спецификации 40 и ASTM F 439 по спецификации 80) и клеи на основе растворителей (ASTM F493).
Пластиковые трубы из ПВХ, раструбные фитинги по ASTM D 1785, график 40 и график 80 (ASM D 2466, график 40 и ASTM D 2467, график 80) и клеи на основе растворителей (ASTM D 2564). Включает грунтовку по ASTM F 656.
Трубы из ХПВХ и ПВХ подходят для гидравлических систем ниже уровня земли, хотя даже в этих условиях необходимо соблюдать осторожность при установке этих труб в проекте. Пластиковые трубы широко используются в канализационных и вентиляционных системах воздуховодов, особенно в подземных средах, где оголенные трубы вступают в прямой контакт с окружающим грунтом. В то же время коррозионная стойкость труб из ХПВХ и ПВХ выгодна из-за коррозионной активности некоторых почв. Гидравлические трубы обычно изолируются и покрываются защитной оболочкой из ПВХ, которая обеспечивает буфер между металлическим трубопроводом и окружающим грунтом. Пластиковые трубы можно использовать в небольших системах охлажденной воды, где ожидается более низкое давление. Максимальное рабочее давление для труб из ПВХ превышает 150 фунтов на квадратный дюйм для всех размеров труб до 8 дюймов, но это применимо только к температурам 73 F или ниже. Любая температура выше 73 °F снизит рабочее давление в системе трубопроводов до 140 °F. Коэффициент снижения номинальных характеристик составляет 0,22 при этой температуре и 1,0 при 73 F. Максимальная рабочая температура 140 F установлена ​​для труб из ПВХ Schedule 40 и Schedule 80. Труба CPVC способна выдерживать более широкий диапазон рабочих температур, что делает ее пригодной для использования при температуре до 200 F (с коэффициентом снижения номинальных характеристик 0,2), но имеет такое же номинальное давление, как и ПВХ, что позволяет использовать ее в подземных холодильных системах стандартного давления. водяных системах до 8 дюймов. Для систем горячего водоснабжения, которые поддерживают более высокую температуру воды до 180 или 205 F, трубы из ПВХ или CPVC не рекомендуются. Все данные взяты из спецификаций труб из ПВХ Harvel и спецификаций труб из CPVC.
Трубы Трубы переносят множество различных жидкостей, твердых веществ и газов. В этих системах текут как питьевые, так и непитьевые жидкости. Из-за большого разнообразия жидкостей, транспортируемых в водопроводной системе, рассматриваемые трубы классифицируются как бытовые водопроводные трубы или дренажные и вентиляционные трубы.
Бытовая вода: мягкая медная труба, ASTM B88 типы K и L, ASTM B88M типы A и B, с напорными фитингами из кованой меди (ASME B16.22).
Трубки из твердой меди, ASTM B88 Типы L и M, ASTM B88M Типы B и C, с фитингами из литой меди (ASME B16.18), фитингами из кованой меди (ASME B16.22), бронзовыми фланцами (ASME B16.24) и медными фитингами (MCS SP-123). Трубка также позволяет использовать герметичные фитинги.
Типы медных труб и соответствующие стандарты взяты из раздела 22 11 16 MasterSpec. Конструкция медных труб для бытового водоснабжения ограничена требованиями максимальных скоростей потока. Они указаны в спецификации трубопровода следующим образом:
Раздел 610.12.1 Единого кодекса сантехники 2012 года гласит: Максимальная скорость в системах труб и фитингов из меди и медных сплавов не должна превышать 8 футов в секунду в холодной воде и 5 футов в секунду в горячей воде. Эти значения также повторяются в Справочнике по медным трубам, который использует эти значения в качестве рекомендуемых максимальных скоростей для этих типов систем.
Трубопровод из нержавеющей стали типа 316 в соответствии с ASTM A403 и аналогичные фитинги с использованием сварных или рифленых муфт для больших бытовых водопроводных труб и прямой замены медных труб. С ростом цен на медь трубы из нержавеющей стали становятся все более распространенными в бытовых водопроводных системах. Типы труб и соответствующие стандарты взяты из MasterSpec Раздела 22 11 00 Администрации по делам ветеранов (VA).
Нововведение, которое будет реализовано и введено в действие в 2014 году, — это Федеральный закон о лидерстве в области питьевой воды. Это федеральное исполнение действующих законов в Калифорнии и Вермонте относительно содержания свинца в водных путях любых труб, клапанов или фитингов, используемых в бытовых системах водоснабжения. Закон гласит, что все смачиваемые поверхности труб, фитингов и арматуры должны быть «без свинца», что означает, что максимальное содержание свинца «не должно превышать средневзвешенного значения 0,25% (свинца)». Это требует от производителей выпускать литые изделия без содержания свинца, чтобы соответствовать новым требованиям законодательства. Подробная информация предоставлена ​​UL в Руководстве по содержанию свинца в компонентах питьевой воды.
Дренаж и вентиляция: Безмуфтовые чугунные канализационные трубы и фитинги, соответствующие стандарту ASTM A 888 или Институту чугунных канализационных труб (CISPI) 301. Фитинги Sovent, соответствующие стандарту ASME B16.45 или ASSE 1043, могут использоваться в системе безостановочного типа.
Чугунные канализационные трубы и фланцевые фитинги должны соответствовать стандарту ASTM A 74, резиновые прокладки (ASTM C 564) и герметик на основе чистого свинца и дубового или пенькового волокна (ASTM B29).
Оба типа воздуховодов могут использоваться в зданиях, но воздуховоды и фитинги без воздуховодов чаще всего используются над уровнем земли в коммерческих зданиях. Чугунные трубы с фитингами CISPI Plugless допускают постоянную установку, могут быть переконфигурированы или к ним можно получить доступ, сняв хомуты, при этом сохраняя качество металлической трубы, что снижает шум разрыва в потоке отходов через трубу. Недостатком чугунной сантехники является то, что сантехника портится из-за кислотных отходов, которые встречаются в типичных установках в ванной комнате.
Трубы и фитинги из нержавеющей стали ASME A112.3.1 с раструбами и развальцованными концами могут использоваться для высококачественных дренажных систем вместо чугунных труб. Водопровод из нержавеющей стали также используется для первой секции водопровода, которая подключается к напольной раковине, куда стекает газированный продукт, чтобы уменьшить коррозионные повреждения.
Твердые трубы из ПВХ в соответствии с ASTM D 2665 (дренаж, отвод и вентиляция) и сотовые трубы из ПВХ в соответствии с ASTM F 891 (Приложение 40), раструбные соединения (ASTM D 2665 - ASTM D 3311, дренаж, отходы и вентиляция), подходящие для труб Schedule 40), адгезивная грунтовка (ASTM F 656) и растворимый клей (ASTM D 2564). Трубы из ПВХ можно найти над и под уровнем земли в коммерческих зданиях, хотя их чаще всего указывают ниже уровня земли из-за растрескивания труб и специальных требований правил.
В строительной юрисдикции Южной Невады поправка к Международному строительному кодексу (IBC) 2009 года гласит:
603.1.2.1 Оборудование. Горючие трубопроводы разрешается устанавливать в машинном отделении, огороженном двухчасовой огнестойкой конструкцией и полностью защищенном автоматическими спринклерами. Горючие трубопроводы могут быть проложены из машинного отделения в другие помещения при условии, что трубопровод заключен в утвержденную специальную двухчасовую огнестойкую сборку. Когда такие горючие трубопроводы проходят через противопожарные стены и/или полы/потолки, проходка должна быть указана для конкретного материала трубопровода с классами F и T не ниже требуемой огнестойкости для проходки. Горючие трубы не должны проходить более чем через один слой.
Это требует, чтобы все горючие трубы (пластиковые или иные), присутствующие в здании класса 1A, как определено IBC, были обернуты в 2-часовую структуру. Использование труб из ПВХ в дренажных системах имеет несколько преимуществ. По сравнению с чугунными трубами, ПВХ более устойчив к коррозии и окислению, вызванным отходами из ванной комнаты и землей. При прокладке под землей трубы из ПВХ также устойчивы к коррозии окружающей почвы (как показано в разделе «Трубопроводы HVAC»). Трубы из ПВХ, используемые в дренажной системе, подлежат тем же ограничениям, что и гидравлическая система HVAC, с максимальной рабочей температурой 140 F. Эта температура дополнительно предписана требованиями Единого кодекса по трубопроводам и Международного кодекса по трубопроводам, которые предусматривают, что любой сброс в приемники отходов должен быть ниже 140 F.
Раздел 810.1 Единого кодекса сантехники 2012 года гласит, что паропроводы не должны напрямую подключаться к трубопроводной или дренажной системе, а вода температурой выше 140 F (60 C) не должна напрямую сбрасываться в напорную канализацию.
Раздел 803.1 Международного кодекса сантехники 2012 года гласит, что паропроводы не должны подключаться к дренажной системе или любой части водопроводной системы, а вода температурой выше 140 F (60 C) не должна сбрасываться в какую-либо часть дренажной системы.
Специальные трубопроводные системы связаны с транспортировкой нетипичных жидкостей. Эти жидкости могут варьироваться от трубопроводов для морских аквариумов до трубопроводов для подачи химикатов в системы оборудования для бассейнов. Системы водопровода для аквариумов не распространены в коммерческих зданиях, но они устанавливаются в некоторых отелях с удаленными водопроводными системами, подключенными к различным местам от центральной насосной. Нержавеющая сталь кажется подходящим типом трубопровода для систем морской воды из-за ее способности ингибировать коррозию с другими водными системами, но соленая вода на самом деле может разъедать и разрушать трубы из нержавеющей стали. Для таких применений пластиковые или медно-никелевые морские трубы CPVC соответствуют требованиям по коррозии; при прокладке этих труб в крупном коммерческом объекте необходимо учитывать воспламеняемость труб. Как отмечалось выше, использование горючих трубопроводов в Южной Неваде требует запроса альтернативного метода для подтверждения намерения соблюдать соответствующий кодекс типа здания.
Трубопровод бассейна, который подает очищенную воду для погружения тела, содержит разбавленное количество химикатов (можно использовать 12,5% гипохлорита натрия, отбеливатель и соляную кислоту) для поддержания определенного pH и химического баланса в соответствии с требованиями департамента здравоохранения. В дополнение к разбавленному химическому трубопроводу, полный хлорный отбеливатель и другие химикаты должны транспортироваться из зон хранения сыпучих материалов и специальных помещений для оборудования. Трубы из ХПВХ химически устойчивы для подачи хлорного отбеливателя, но трубы с высоким содержанием ферросилиция могут использоваться в качестве альтернативы химическим трубам при прохождении через негорючие типы зданий (например, Тип 1А). Он прочный, но более хрупкий, чем стандартная чугунная труба, и тяжелее, чем сопоставимые трубы.
В этой статье рассматриваются лишь некоторые из множества возможностей проектирования систем трубопроводов. Они представляют большинство типов установленных систем в крупных коммерческих зданиях, но всегда будут исключения из правил. Общая основная спецификация является бесценным ресурсом для определения типа трубопровода для данной системы и оценки соответствующих критериев для каждого продукта. Стандартные спецификации будут соответствовать требованиям многих проектов, но проектировщики и инженеры должны пересматривать их, когда дело касается высотных башен, высоких температур, опасных химических веществ или изменений в законодательстве или юрисдикции. Узнайте больше о рекомендациях и ограничениях по сантехнике, чтобы принимать обоснованные решения относительно продуктов, установленных в вашем проекте. Наши клиенты доверяют нам как профессионалам в проектировании, чтобы обеспечить их здания правильными по размеру, хорошо сбалансированными и доступными по цене конструкциями, в которых воздуховоды достигают своего ожидаемого срока службы и никогда не испытывают катастрофических отказов.
Мэтт Долан — инженер-проектировщик в JBA Consulting Engineers. Его опыт заключается в проектировании сложных систем HVAC и водопровода для различных типов зданий, таких как коммерческие офисы, медицинские учреждения и гостиничные комплексы, включая высотные гостевые башни и многочисленные рестораны.
У вас есть опыт и знания по темам, затронутым в этом контенте? Вам следует рассмотреть возможность внести свой вклад в нашу редакционную команду CFE Media и получить признание, которого вы и ваша компания заслуживаете. Нажмите здесь, чтобы начать процесс.