2. Розуміти три типи сантехнічних систем: опалення, вентиляції та кондиціонування повітря (гідравлічні), сантехнічні (побутове водопостачання, каналізація та вентиляція) та хімічні й спеціальні сантехнічні системи (системи з морською водою та небезпечними хімічними речовинами).
Системи водопроводу та сантехніки присутні в багатьох елементах будівель. Багато людей бачили сифон або трубопровід холодоагенту під раковиною, що веде до та від спліт-системи. Мало хто бачить головну інженерну сантехніку в центральній установці або систему хімічного очищення в кімнаті обладнання басейну. Кожне з цих застосувань вимагає певного типу трубопроводів, які відповідають специфікаціям, фізичним обмеженням, нормам та найкращим практикам проектування.
Не існує простого сантехнічного рішення, яке б підходило для всіх застосувань. Ці системи відповідають усім фізичним та нормативним вимогам, якщо дотримано певних критеріїв проектування та власникам та операторам поставлено правильні запитання. Крім того, вони можуть підтримувати належні витрати та терміни виконання для створення успішної системи будівництва.
Повітроводи HVAC містять багато різних рідин, тисків і температур. Повітровод може бути вище або нижче рівня землі та проходити через внутрішню або зовнішню частину будівлі. Ці фактори необхідно враховувати під час визначення трубопроводів HVAC у проекті. Термін «гідродинамічний цикл» стосується використання води як теплоносія для охолодження та нагрівання. У кожному застосуванні вода подається із заданою швидкістю потоку та температурою. Типова теплопередача в приміщенні здійснюється за допомогою повітряно-водяного змійовика, призначеного для повернення води заданої температури. Це призводить до того, що певна кількість тепла передається або видаляється з простору. Циркуляція охолоджувальної та нагрівальної води є основною системою, що використовується для кондиціонування повітря у великих комерційних приміщеннях.
Для більшості застосувань у малоповерхових будівлях очікуваний робочий тиск системи зазвичай становить менше 150 фунтів на квадратний дюйм (psig). Гідравлічна система (холодної та гарячої води) є системою із замкнутим контуром. Це означає, що загальний динамічний напір насоса враховує втрати на тертя в системі трубопроводів, пов'язаних з ними змійовиках, клапанах та допоміжних пристроях. Статична висота системи не впливає на продуктивність насоса, але впливає на необхідний робочий тиск системи. Охолоджувачі, котли, насоси, трубопроводи та допоміжні пристрої розраховані на робочий тиск 150 psig, що є типовим для виробників обладнання та компонентів. По можливості, цей номінальний тиск слід підтримувати в проекті системи. Багато будівель, які вважаються малоповерховими або середньоповерховими, належать до категорії робочого тиску 150 psig.
У проектуванні висотних будівель стає все складніше підтримувати тиск у трубопровідних системах та обладнанні нижче стандарту 150 фунтів на квадратний дюйм. Статичний напір лінії вище приблизно 350 футів (без додавання тиску насоса до системи) перевищуватиме стандартний робочий тиск цих систем (1 фунт на квадратний дюйм = 2,31 фута напору). Система, ймовірно, використовуватиме вимикач тиску (у вигляді теплообмінника), щоб ізолювати колону від решти підключених трубопроводів та обладнання, що потребує вищого тиску. Така конструкція системи дозволить проектувати та встановлювати стандартні охолоджувачі тиску, а також вказувати трубопроводи та аксесуари вищого тиску в градирні.
Під час визначення трубопроводів для великого кампусного проєкту, проектувальник/інженер повинен свідомо визначити вежу та трубопроводи, що використовуються для подіуму, враховуючи свої індивідуальні вимоги (або колективні вимоги, якщо теплообмінники не використовуються для ізоляції зони тиску).
Ще одним компонентом закритої системи є очищення води та видалення з неї будь-якого кисню. Більшість гідравлічних систем оснащені системою очищення води, що складається з різних хімічних речовин та інгібіторів, щоб підтримувати оптимальний рівень pH (близько 9,0) води, що протікає по трубах, та рівень мікробів для боротьби з біоплівками та корозією в трубах. Стабілізація води в системі та видалення повітря допомагає продовжити термін служби трубопроводів, пов'язаних з ними насосів, змійовиків та клапанів. Будь-яке повітря, що потрапило в труби, може спричинити кавітацію в насосах охолоджувальної та нагрівальної води та зменшити теплопередачу в охолоджувачі, котлі або циркуляційних змійовиках.
Мідь: труби типу L, B, K, M або C, витягнуті та загартовані відповідно до ASTM B88 та B88M у поєднанні з кованими мідними фітингами ASME B16.22 та фітингами з безсвинцевим припоєм або припоєм для підземного застосування.
Загартована труба типу L, B, K (зазвичай використовується лише нижче рівня землі) або A згідно з ASTM B88 та B88M, з кованими мідними фітингами згідно з ASME B16.22 та фітингами, з'єднаними безсвинцевим або надземним паянням. Ця труба також дозволяє використовувати герметичні фітинги.
Мідні труби типу K є найтовстішими з доступних, забезпечуючи робочий тиск 1534 фунтів на дюйм при 100 F для ½ дюйма. Моделі L та M мають нижчий робочий тиск, ніж K, але все ще добре підходять для систем опалення, вентиляції та кондиціонування повітря (тиск коливається від 1242 фунтів на дюйм при 100 F до 12 дюймів та 435 фунтів на дюйм та 395 фунтів на дюйм). Ці значення взяті з таблиць 3a, 3b та 3c Посібника з мідних труб, опублікованого Асоціацією розвитку міді.
Ці робочі тиски стосуються прямих трубопроводів, які зазвичай не є ділянками системи з обмеженим тиском. Фітинги та з'єднання, що з'єднують два відрізки труби, частіше протікають або руйнуються під робочим тиском деяких систем. Типовими типами з'єднань для мідних труб є зварювання, пайка або герметизація під тиском. Ці типи з'єднань повинні бути виготовлені з матеріалів, що не містять свинцю, та розраховані на очікуваний тиск у системі.
Кожен тип з'єднання здатний підтримувати безпротікання системи, коли фітинг належним чином герметизований, але ці системи реагують по-різному, коли фітинг не повністю герметизований або обтиснутий. Паяні з'єднання та паяні з'єднання частіше виходять з ладу та протікають, коли система вперше заповнюється та випробовується, а будівля ще не заселена. У цьому випадку підрядники та інспектори можуть швидко визначити, де протікає з'єднання, та усунути проблему до того, як система повністю запрацює, а пасажири та внутрішня обробка будуть пошкоджені. Це також можна відтворити за допомогою герметичних фітингів, якщо вказано кільце або вузол для виявлення витоків. Якщо ви не натиснете повністю, щоб визначити проблемну ділянку, вода може витікати з фітинга так само, як припій або припій. Якщо герметичні фітинги не вказано в проекті, вони іноді залишатимуться під тиском під час будівельних випробувань і можуть вийти з ладу лише після певного періоду експлуатації, що призведе до більшої шкоди займаному простору та можливого травмування мешканців, особливо якщо через труби проходять гарячі труби.
Рекомендації щодо розмірів мідних труб базуються на вимогах нормативних актів, рекомендаціях виробника та найкращих практиках. Для систем охолодження (температура води, що подається, зазвичай від 42 до 45°F) рекомендована гранична швидкість для мідних трубопровідних систем становить 8 футів на секунду, щоб зменшити шум системи та зменшити потенційну ерозію/корозію. Для систем гарячого водопостачання (зазвичай від 140 до 180°F для опалення приміщень та до 205°F для виробництва гарячої води в гібридних системах) рекомендована гранична швидкість для мідних труб значно менша. У Посібнику з мідних труб ці швидкості вказані як 2-3 фути на секунду, коли температура води, що подається, перевищує 140°F.
Мідні труби зазвичай бувають певного розміру, до 12 дюймів. Це обмежує використання міді в основних комунальних службах кампусу, оскільки такі конструкції будівель часто вимагають повітроводів діаметром більше 12 дюймів. Від центральної станції до пов'язаних теплообмінників. Мідні труби частіше зустрічаються в гідравлічних системах діаметром 3 дюйми або менше. Для розмірів понад 3 дюйми частіше використовуються сталеві труби з прорізами. Це пов'язано з різницею у вартості між сталлю та міддю, різницею у вартості праці для гофрованих труб порівняно зі зварними або паяними трубами (фітинги під тиском не дозволені та не рекомендовані власником чи інженером), а також рекомендованими швидкостями води та температурами всередині кожного з матеріалів трубопроводів.
Сталь: Чорна або оцинкована сталева труба згідно зі стандартом ASTM A 53/A 53M з фітингами з ковкого чавуну (ASME B16.3) або кованого заліза (ASTM A 234/A 234M) та фітингами з ковкого чавуну (ASME B16.39). Фланці, фітинги та з'єднання класу 150 та 300 доступні з різьбовими або фланцевими фітингами. Трубу можна зварювати з присадним металом відповідно до стандарту AWS D10.12/D10.12M.
Відповідає стандарту ASTM A 536 клас 65-45-12 для ковкого чавуну, ASTM A 47/A 47M клас 32510 для ковкого чавуну та ASTM A 53/A 53M клас F, E або S класу B для монтажної сталі, або ASTM A106, сталі класу B. Канавкові або з'єднувальні фітинги з вушками для кріплення канавкових торцевих фітингів.
Як згадувалося вище, сталеві труби частіше використовуються для великих труб у гідравлічних системах. Цей тип системи дозволяє використовувати різні вимоги до тиску, температури та розміру для задоволення потреб систем охолодження та нагріву води. Позначення класів для фланців, фітингів та фітингів відносяться до робочого тиску насиченої пари в psi/дюймах відповідного виробу. Фітинги класу 150 призначені для роботи під робочим тиском 150 psi/дюйм при 366 F, тоді як фітинги класу 300 забезпечують робочий тиск 300 psi/дюйм при 550 F. Фітинги класу 150 забезпечують робочий тиск води понад 300 psi/дюйм при 150 F, а фітинги класу 300 забезпечують робочий тиск води до 2000 psi/дюйм при 150 F. Для певних типів труб доступні фітинги інших марок. Наприклад, для чавунних фланців труб та фланцевих фітингів ASME 16.1 можна використовувати марки 125 або 250.
Системи трубопроводів та з'єднань з пазами використовують вирізані або сформовані пази на кінцях труб, фітингів, клапанів тощо для з'єднання кожного відрізка труби або фітингів за допомогою гнучкої або жорсткої системи з'єднання. Ці муфти складаються з двох або більше болтових деталей та мають шайбу в отворі муфти. Ці системи доступні з фланцями класу міцності 150 та 300 та матеріалами прокладок EPDM і здатні працювати за температури рідини від 230 до 250 F (залежно від розміру труби). Інформація про труби з пазами взята з посібників та літератури Victaulic.
Сталеві труби класу 40 та 80 прийнятні для систем опалення, вентиляції та кондиціонування повітря. Специфікація труби стосується товщини стінки труби, яка збільшується зі збільшенням номера специфікації. Зі збільшенням товщини стінки труби також збільшується допустимий робочий тиск прямої труби. Трубки класу 40 дозволяють робочий тиск 1694 фунти на квадратний дюйм для труби діаметром ½ дюйма, 696 фунтів на дюйм для труби діаметром 12 дюймів (від -20 до 650 F). Допустимий робочий тиск для труб класу 80 становить 3036 фунтів на дюйм (½ дюйма) та 1305 фунтів на дюйм (12 дюймів) (обидва від -20 до 650 F). Ці значення взяті з розділу «Інженерні дані» Watson McDaniel.
Пластмаси: пластикові труби з ХПВХ, розтрубні фітинги згідно зі Специфікацією 40 та Специфікацією 80 згідно зі стандартом ASTM F 441/F 441M (ASTM F 438 згідно зі Специфікацією 40 та ASTM F 439 згідно зі Специфікацією 80) та клеї на основі розчинників (ASTM F493).
Пластикові труби з ПВХ, розтрубні фітинги згідно з ASTM D 1785 schelling 40 та schelling 80 (ASM D 2466 schelling 40 та ASTM D 2467 schelling 80) та клеї на основі розчинників (ASTM D 2564). Включає ґрунтовку згідно з ASTM F 656.
Як труби з ХПВХ, так і з ПВХ підходять для гідравлічних систем нижче рівня землі, хоча навіть за цих умов слід бути обережними під час встановлення цих труб у проекті. Пластикові труби широко використовуються в каналізаційних та вентиляційних системах, особливо в підземних середовищах, де голі труби безпосередньо контактують з навколишнім ґрунтом. Водночас корозійна стійкість труб з ХПВХ та ПВХ є перевагою через корозійну активність деяких ґрунтів. Гідравлічні труби зазвичай ізольовані та покриті захисною оболонкою з ПВХ, яка забезпечує буфер між металевими трубами та навколишнім ґрунтом. Пластикові труби можна використовувати в менших системах охолодженої води, де очікується нижчий тиск. Максимальний робочий тиск для труб з ПВХ перевищує 150 фунтів на квадратний дюйм для всіх розмірів труб до 8 дюймів, але це стосується лише температур 73 F або нижче. Будь-яка температура вище 73°F знизить робочий тиск у трубопровідній системі до 140°F. Коефіцієнт зниження номінальних характеристик становить 0,22 при цій температурі та 1,0 при 73 F. Максимальна робоча температура 140 F призначена для труб з ПВХ класу 40 та класу 80. Труба з ХПВХ здатна витримувати ширший діапазон робочих температур, що робить її придатною для використання до 200°F (з коефіцієнтом зниження номінальних характеристик 0,2), але має той самий номінальний тиск, що й ПВХ, що дозволяє використовувати її в підземних холодильних системах стандартного тиску. Для систем гарячого водопостачання, які підтримують вищі температури води до 180 або 205°F, труби з ПВХ або ХПВХ не рекомендуються. Всі дані взяті зі специфікацій труб з ПВХ та ХПВХ від Harvel.
Труби Труби передають багато різних рідин, твердих речовин і газів. У цих системах течуть як питні, так і непитні рідини. Через велику різноманітність рідин, що передаються у водопровідній системі, відповідні труби класифікуються як побутові водопровідні труби або дренажні та вентиляційні труби.
Вода для побутових потреб: м'які мідні труби, ASTM B88 типів K та L, ASTM B88M типів A та B, з кованими мідними напірними фітингами (ASME B16.22).
Тверді мідні труби, ASTM B88 типів L та M, ASTM B88M типів B та C, з литими мідними зварними фітингами (ASME B16.18), кованими мідними зварними фітингами (ASME B16.22), бронзовими фланцями (ASME B16.24) та мідними фітингами (MCS SP-123). Труба також дозволяє використовувати герметичні фітинги.
Типи мідних труб та відповідні стандарти взяті з розділу 22 11 16 MasterSpec. Конструкція мідних труб для водопостачання обмежена вимогами до максимальної швидкості потоку. Вони вказані в специфікації трубопроводу наступним чином:
Розділ 610.12.1 Єдиного сантехнічного кодексу 2012 року говорить: Максимальна швидкість у системах труб та фітингів з міді та мідних сплавів не повинна перевищувати 8 футів на секунду в холодній воді та 5 футів на секунду в гарячій воді. Ці значення також повторюються в Довіднику з мідних труб, де ці значення використовуються як рекомендовані максимальні швидкості для цих типів систем.
Труби з нержавіючої сталі типу 316 відповідно до стандарту ASTM A403 та аналогічні фітинги з використанням зварних або накатних муфт для більших побутових водопровідних труб та прямої заміни мідних труб. Зі зростанням цін на мідь труби з нержавіючої сталі стають все більш поширеними в побутових системах водопостачання. Типи труб та відповідні стандарти взяті з MasterSpec Розділу 22 11 00 Управління у справах ветеранів (VA).
Новим нововведенням, яке буде впроваджено та запроваджено у 2014 році, є Федеральний закон про лідерство у сфері питної води. Це федеральний акт забезпечення дотримання чинних законів Каліфорнії та Вермонту щодо вмісту свинцю у водних шляхах будь-яких труб, клапанів або фітингів, що використовуються в побутових системах водопостачання. Закон стверджує, що всі змочені поверхні труб, фітингів та арматури повинні бути «без свинцю», що означає, що максимальний вміст свинцю «не перевищує середньозваженого значення 0,25% (свинцю)». Це вимагає від виробників виробляти литі вироби без свинцю, щоб відповідати новим законодавчим вимогам. Детальна інформація надається UL у Керівних принципах щодо свинцю в компонентах питної води.
Дренаж та вентиляція: Безрукавні чавунні каналізаційні труби та фітинги, що відповідають стандарту ASTM A 888 або Інституту чавунних каналізаційних труб (CISPI) 301. Фітинги Sovent, що відповідають стандарту ASME B16.45 або ASSE 1043, можуть використовуватися з системою беззупинного відкриття.
Чавунні каналізаційні труби та фланцеві фітинги повинні відповідати стандарту ASTM A 74, використовувати гумові прокладки (ASTM C 564) та герметик з чистого свинцю та дубового або конопляного волокна (ASTM B29).
Обидва типи повітроводів можна використовувати в будівлях, але безканальні повітроводи та фітинги найчастіше використовуються над рівнем землі в комерційних будівлях. Чавунні труби з безканальними фітингами CISPI дозволяють їх постійне встановлення, їх можна переналаштувати або отримати до них доступ, знявши стрічкові хомути, зберігаючи при цьому якість металевої труби, що зменшує шум розриву в потоці стічних вод через трубу. Недоліком чавунної сантехніки є те, що вона псується через кислотні відходи, що містяться в типових системах сантехніки у ванній кімнаті.
Труби та фітинги з нержавіючої сталі ASME A112.3.1 з розвальцьованими та розвальцьованими кінцями можуть використовуватися для високоякісних дренажних систем замість чавунних труб. Водопровід з нержавіючої сталі також використовується для першої секції водопроводу, яка з'єднується з підлоговою раковиною, куди стікає газований продукт, щоб зменшити пошкодження від корозії.
Суцільна ПВХ труба згідно з ASTM D 2665 (дренаж, відведення та вентиляційні отвори) та ПВХ стільникова труба згідно з ASTM F 891 (Додаток 40), розвальцьовані з'єднання (ASTM D 2665 - ASTM D 3311, дренаж, відведення та вентиляційні отвори), придатні для труб Schedule 40, клейова ґрунтовка (ASTM F 656) та клей на основі розчинника (ASTM D 2564). ПВХ труби можна знайти як над, так і під рівнем землі в комерційних будівлях, хоча частіше їх прокладають нижче рівня землі через розтріскування труб та вимоги спеціальних правил.
У будівельній юрисдикції Південної Невади поправка до Міжнародного будівельного кодексу (IBC) 2009 року говорить:
603.1.2.1 Обладнання. У машинному відділенні дозволяється встановлювати горючі трубопроводи, огороджені двогодинною вогнестійкою конструкцією та повністю захищені автоматичними спринклерними системами. Горючі трубопроводи можуть бути прокладені з машинного відділення до інших приміщень за умови, що трубопровід огороджений затвердженою спеціальною двогодинною вогнестійкою конструкцією. Коли такі горючі трубопроводи проходять через протипожежні стіни та/або перекриття/стелі, проникнення повинно бути визначено для конкретного матеріалу трубопроводу з класами вогнестійкості F та T не нижче необхідного рівня вогнестійкості для проникнення. Горючі труби не повинні проникати більше ніж через один шар.
Це вимагає, щоб усі горючі труби (пластикові чи інші), присутні в будівлі класу 1А, як визначено IBC, були обгорнуті двогодинною конструкцією. Використання ПВХ-труб у дренажних системах має кілька переваг. Порівняно з чавунними трубами, ПВХ більш стійкий до корозії та окислення, спричинених санвузлами та землею. При прокладанні під землею ПВХ-трубки також стійкі до корозії навколишнього ґрунту (як показано в розділі труб HVAC). ПВХ-трубки, що використовуються в дренажній системі, підлягають тим самим обмеженням, що й гідравлічна система HVAC, з максимальною робочою температурою 140 F (60°C). Ця температура додатково обумовлена ​​вимогами Єдиного кодексу трубопроводів та Міжнародного кодексу трубопроводів, які передбачають, що будь-який скид до приймачів відходів повинен бути нижче 140 F (60°C).
Розділ 810.1 Єдиного сантехнічного кодексу 2012 року зазначає, що парові труби не повинні бути безпосередньо підключені до трубопроводу або зливної системи, а вода з температурою вище 140 F (60 C) не повинна скидатися безпосередньо в каналізацію під тиском.
Розділ 803.1 Міжнародного сантехнічного кодексу 2012 року зазначає, що парові труби не повинні бути підключені до дренажної системи або будь-якої частини водопровідної системи, а вода з температурою вище 140 F (60 C) не повинна скидатися в будь-яку частину дренажної системи.
Спеціальні трубопровідні системи пов'язані з транспортуванням нетипових рідин. Ці рідини можуть варіюватися від труб для морських акваріумів до труб для подачі хімікатів до систем обладнання басейнів. Системи водопостачання для акваріумів не є поширеними в комерційних будівлях, але вони встановлюються в деяких готелях з віддаленими водопровідними системами, підключеними до різних місць від центральної насосної станції. Нержавіюча сталь здається підходящим типом труб для систем морської води завдяки своїй здатності запобігати корозії з іншими водними системами, але солона вода може фактично кородувати та роз'їдати труби з нержавіючої сталі. Для таких застосувань пластикові або мідно-нікелеві морські труби з ХПВХ відповідають вимогам щодо корозії; під час прокладання цих труб у великому комерційному об'єкті необхідно враховувати їх займистість. Як зазначалося вище, використання горючих труб у Південній Неваді вимагає запиту альтернативного методу, щоб продемонструвати намір дотримуватися відповідних будівельних норм.
Трубопровід для басейну, що подає очищену воду для занурення тіла, містить розведену кількість хімічних речовин (можна використовувати 12,5% відбілювач гіпохлориту натрію та соляну кислоту) для підтримки певного рівня pH та хімічного балансу, як того вимагає департамент охорони здоров'я. Окрім трубопроводів для розведених хімічних речовин, із місць зберігання сипучих матеріалів та приміщень для спеціального обладнання необхідно транспортувати відбілювач з повним вмістом хлору та інші хімічні речовини. Труби з ХПВХ хімічно стійкі до подачі хлорного відбілювача, але труби з високим вмістом феросиліцію можна використовувати як альтернативу хімічним трубам при проходженні через негорючі типи будівель (наприклад, Тип 1А). Вони міцніші, але більш крихкі, ніж стандартні чавунні труби, і важчі, ніж аналогічні труби.
У цій статті розглядаються лише деякі з багатьох можливостей проектування трубопровідних систем. Вони представляють більшість типів встановлених систем у великих комерційних будівлях, але завжди будуть винятки з правила. Загальна генеральна специфікація є безцінним ресурсом для визначення типу трубопроводів для даної системи та оцінки відповідних критеріїв для кожного продукту. Стандартні специфікації відповідатимуть вимогам багатьох проектів, але проектувальники та інженери повинні переглядати їх, коли йдеться про висотні вежі, високі температури, небезпечні хімічні речовини або зміни в законодавстві чи юрисдикції. Дізнайтеся більше про рекомендації та обмеження щодо сантехніки, щоб приймати обґрунтовані рішення щодо продуктів, встановлених у вашому проекті. Наші клієнти довіряють нам як професіоналам у сфері проектування, щоб забезпечити їхні будівлі правильними розмірами, добре збалансованими та доступними конструкціями, де повітроводи досягають очікуваного терміну служби та ніколи не зазнають катастрофічних поломок.
Метт Долан — інженер-проектант у JBA Consulting Engineers. Його досвід полягає в проектуванні складних систем опалення, вентиляції та кондиціонування повітря (HVAC) та сантехніки для різних типів будівель, таких як комерційні офіси, медичні заклади та готельні комплекси, включаючи висотні гостьові вежі та численні ресторани.
Чи маєте ви досвід та знання з тем, що висвітлюються в цьому контенті? Вам варто розглянути можливість приєднатися до нашої редакційної команди CFE Media та отримати визнання, якого заслуговуєте ви та ваша компанія. Натисніть тут, щоб розпочати процес.