再談熱水系統(tǒng)軍團(tuán)菌滅菌方式

熱水系統(tǒng)軍團(tuán)菌的滅菌新型方案意大利卡萊菲公司北京辦事處舒雪松在前幾期的‘卡萊菲專(zhuān)題’里，我們就軍團(tuán)菌的形成，存在形式及清除軍團(tuán)菌的各種方法進(jìn)行過(guò)探討。在這一期里我們將更為深入地分析如何在熱水系統(tǒng)中清除熱水管道內(nèi)的軍團(tuán)菌，尤其是對(duì)于供水和循環(huán)水系統(tǒng)的溫度及流量的平衡我們將提出多種解決方案。90%的軍團(tuán)菌2小時(shí)內(nèi)死亡90%的軍團(tuán)菌2分鐘內(nèi)死亡軍團(tuán)菌滋生的理想溫度軍團(tuán)菌立即死亡首先，我們?cè)俅位仡櫼幌翲odgson-Casey圖示，這是有關(guān)水溫和軍團(tuán)菌存活關(guān)系的經(jīng)典圖表。從圖1中可以看出，水溫在7090%的軍團(tuán)菌2小時(shí)內(nèi)死亡90%的軍團(tuán)菌2分鐘內(nèi)死亡軍團(tuán)菌滋生的理想溫度軍團(tuán)菌立即死亡圖2熱水供水系統(tǒng)中溫度的變化示意圖供水溫度>50℃圖2熱水供水系統(tǒng)中溫度的變化示意圖供水溫度>50℃供水溫度<50℃圖1Hodgson-Casey圖表軍團(tuán)菌存活但不活躍生活熱水的熱源部分，比如熱水鍋爐，換熱水箱等，由于其自身特點(diǎn)及儲(chǔ)存熱量的需求，水溫通常都在70℃以上，因此在水箱內(nèi)部不可能存在軍團(tuán)菌。而管道內(nèi)輸送的熱水在經(jīng)過(guò)鍋爐出水與冷水混合后往往都在50-55℃左右（根據(jù)歐洲的節(jié)能及安全標(biāo)準(zhǔn)，過(guò)高的水溫直接輸送到用戶端容易造成燙傷及增大能耗）。由于管道保溫及長(zhǎng)度分布不一，所以很難保證在供水的最遠(yuǎn)端或循環(huán)回水管道內(nèi)的水溫不低于50℃，而低于50℃如圖2所示，假定熱水以55℃供出，由于管道的熱量損失等因素，在供水末端及循環(huán)水管道內(nèi)均出現(xiàn)低于50接下來(lái)，我們將介紹一些新型的設(shè)備，它運(yùn)用于熱水系統(tǒng)中，使系統(tǒng)更易操控運(yùn)行更加可靠。我們會(huì)從以下幾個(gè)方面進(jìn)行探討：熱源部分熱水的產(chǎn)生和調(diào)節(jié)循環(huán)水系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和平衡防燙措施熱水系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和改造建議一、熱水的產(chǎn)生和調(diào)節(jié)以下我們將以3個(gè)系統(tǒng)圖示說(shuō)明熱水的調(diào)節(jié)方式，三個(gè)系統(tǒng)均采用雙重溫度調(diào)節(jié)：第一個(gè)溫度調(diào)節(jié)是將熱水的溫度控制在70-75℃左右，這樣可以實(shí)現(xiàn)熱量的貯存，用于熱水供應(yīng)和止回球閥圖3儲(chǔ)熱式熱水箱供水，循環(huán)水至水箱底部的系統(tǒng)3第二個(gè)溫度調(diào)節(jié)則是管道止回球閥圖3儲(chǔ)熱式熱水箱供水，循環(huán)水至水箱底部的系統(tǒng)3第一個(gè)圖表為，熱水正常供水溫度50℃，夜間殺菌溫度60℃，持續(xù)時(shí)間30分第二個(gè)圖表為，熱水正常供水溫度55℃，殺菌溫度65℃，持續(xù)時(shí)間8小時(shí)，比如在系統(tǒng)剛運(yùn)行時(shí)顯示及標(biāo)記用于監(jiān)視及檢測(cè)恒溫混合閥工作狀態(tài)，通常它們能做到：----恒溫混合閥的位置狀態(tài)顯示----進(jìn)行中的程序顯示----編程時(shí)間的顯示----供回水溫度的顯示----供回水溫度傳感器不正常工作的顯示----未完成的殺菌標(biāo)記：即沒(méi)按設(shè)定時(shí)間和溫度完成的殺菌程序報(bào)警除了以上所述的顯示及標(biāo)記外，還有以下報(bào)警：----電源斷電----時(shí)鐘停止----設(shè)備重置----電池缺電----供水溫度傳感器故障----回水溫度傳感器故障----熱力殺菌未完成歷史檔案記錄系統(tǒng)的基本數(shù)據(jù)：可通過(guò)顯示屏上的菜單直接查閱。歷史數(shù)據(jù)便于操作者嚴(yán)格按照?qǐng)?zhí)行過(guò)的程序進(jìn)行操作，便于建立系統(tǒng)工作的檔案。遠(yuǎn)程控制可以通過(guò)遠(yuǎn)程的電腦或手機(jī)對(duì)恒溫混合閥進(jìn)行控制。見(jiàn)圖8遠(yuǎn)程電腦或手機(jī)可以監(jiān)控恒溫混合閥的工作狀態(tài)，查詢歷史檔案、修改或重新設(shè)定程序，遠(yuǎn)程控制自動(dòng)啟動(dòng)報(bào)警等等。見(jiàn)圖9。遠(yuǎn)程控制圖9圖9圖8圖8二、循環(huán)水系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和平衡通常，生活熱水系統(tǒng)分為兩部分：第一部分，稱為供水系統(tǒng)，是將熱水輸送到各個(gè)用水點(diǎn)。第二部分，稱為循環(huán)水系統(tǒng)，是將熱水循環(huán)起來(lái)的系統(tǒng)，它是為了避免在不用水時(shí)管道熱水冷卻。2．1循環(huán)水系統(tǒng)的傳統(tǒng)設(shè)計(jì)循環(huán)水系統(tǒng)的設(shè)計(jì)一般以供水溫度（Ti）與最末端用水溫度（Ts）的溫差△T為標(biāo)準(zhǔn)，見(jiàn)圖10。通常，溫差值取△T=2℃,熱量損失q按每米=10kcal/hm計(jì)算。因此，設(shè)計(jì)的循環(huán)水流量G，即每米管道所需的循環(huán)G=q/△T=10/2=5l這個(gè)設(shè)計(jì)流量只考慮到了供水管道，也就是說(shuō)，只考慮了供水管道的溫度損失，而沒(méi)考慮循環(huán)回水的溫度損失,見(jiàn)圖11。末端水溫末端水溫供水溫度供水溫度圖10圖10圖11圖11只設(shè)計(jì)了供水管的循環(huán)流量只設(shè)計(jì)了供水管的循環(huán)流量2．2循環(huán)水系統(tǒng)的新型設(shè)計(jì)由于軍團(tuán)菌在低于50℃的水溫中可能出現(xiàn)，因此對(duì)循環(huán)回所以，我們將溫差改變?yōu)楣┧疁囟萒i與回水溫度Tr的溫差△T，溫差值△T設(shè)定為1℃，見(jiàn)圖12以每米管道循環(huán)熱量損失為10kcal/hm計(jì)算，設(shè)計(jì)循環(huán)流量G=q/△T=10/1=10l圖12這個(gè)流量不僅適于供水管道，而且同樣適于循環(huán)回水管道，見(jiàn)圖13。圖12回水溫度供水溫度在熱水分水器的末端可以設(shè)計(jì)一個(gè)動(dòng)態(tài)流量平衡閥，通過(guò)它旁通到循環(huán)水集水器，旁通的流量等于分水器熱損失的流量。這種方式適合于系統(tǒng)失調(diào)的情況下，末端的立管不會(huì)受過(guò)大的影響，見(jiàn)圖14。回水溫度供水溫度圖13圖13范例：將圖15以新型設(shè)計(jì)方式進(jìn)行設(shè)計(jì)。循環(huán)流量同時(shí)適合于供回水管道的設(shè)計(jì)管徑按延程阻力r=30mm循環(huán)流量同時(shí)適合于供回水管道的設(shè)計(jì)圖14動(dòng)態(tài)流量平衡閥的旁通：圖14分水器長(zhǎng)度：動(dòng)態(tài)流量平衡閥L=（20+8+10+10+8+8）×2=動(dòng)態(tài)流量平衡閥128米分水器末端旁通循環(huán)流量圖示需要彌補(bǔ)熱損失的分水器分水器末端旁通循環(huán)流量圖示G=128×10=1280l/h(旁通流量根據(jù)r=30mm水柱/每米選擇相應(yīng)的管徑：Φ=1″立管L=14×2=28mG=28×10=280lΦ=1/2″立管6與5之間的主管：G=1280+280=1560l/hΦ=1立管5與4之間的主管：G=1560+280=1840l/hΦ=1立管4與3之間的主管：G=1840+280=2120l/hΦ=11/4立管3與2之間的主管：G=2120+280=2400l/hΦ=11/4立管2與1之間的主管：G=2400+280=2680l/hΦ=11/4至熱源的主管：G=2680+280=2960l/hΦ循環(huán)泵的設(shè)計(jì)：流量：G=2960l圖15揚(yáng)程：按設(shè)計(jì)的循環(huán)流量的管道延程壓力損失計(jì)算圖15圖16圖162．3循環(huán)水管道的流量平衡平衡循環(huán)水管道的目的是避免靠近熱源的立管或支管‘搶走’末端立管或支管的流量，流量的失調(diào)會(huì)造成管道內(nèi)過(guò)高的溫差。傳統(tǒng)的平衡方式是將靜態(tài)或動(dòng)態(tài)流量平衡閥安裝在每個(gè)循環(huán)水立管上，使其流量與設(shè)計(jì)流量相符。新型的平衡方式采用恒溫調(diào)節(jié)閥，它根據(jù)設(shè)定的溫度自動(dòng)地開(kāi)關(guān)流量。它們只開(kāi)啟為了維持所在立管或支管設(shè)定的溫差所需流量，因此不會(huì)有前面的立管‘搶走’后面立管流量的問(wèn)題。而且，這種調(diào)節(jié)閥門(mén)不根據(jù)設(shè)計(jì)的或理論的條件調(diào)節(jié)循環(huán)回水的溫度，而是根據(jù)實(shí)際的系統(tǒng)工作特征進(jìn)行調(diào)節(jié)。當(dāng)然，在進(jìn)行熱力殺菌時(shí)，恒溫調(diào)節(jié)閥需要處于完全開(kāi)啟狀態(tài)，所以就產(chǎn)生了機(jī)械式和電動(dòng)式兩種調(diào)節(jié)閥。機(jī)械式的調(diào)節(jié)閥在約70℃時(shí)完全打開(kāi)調(diào)節(jié)閥，它們的優(yōu)點(diǎn)在于不需要外接電源。但是它們不能在更低的殺菌溫度，比如60℃時(shí)完全圖18恒溫調(diào)節(jié)閥，帶電動(dòng)開(kāi)啟圖17恒溫調(diào)節(jié)閥圖18恒溫調(diào)節(jié)閥，帶電動(dòng)開(kāi)啟圖17恒溫調(diào)節(jié)閥電動(dòng)式的調(diào)節(jié)閥與電子恒溫混合閥的調(diào)節(jié)器相連，它們可以在任何溫度下打開(kāi)進(jìn)行熱力殺菌。這對(duì)于不銹鋼管道系統(tǒng)尤其有意義，因?yàn)閷?duì)于這類(lèi)管道只能使用‘柔和’的，即更低的一些的殺菌溫度。見(jiàn)圖18圖19立管使用恒溫調(diào)節(jié)閥的熱水供水及循環(huán)系統(tǒng)循環(huán)立管熱水供水主管接下來(lái)的圖19-20為恒溫調(diào)節(jié)閥在熱水循環(huán)水系統(tǒng)中的運(yùn)用方式。圖19立管使用恒溫調(diào)節(jié)閥的熱水供水及循環(huán)系統(tǒng)循環(huán)立管熱水供水主管圖20圖20熱水及循環(huán)水管道在頂棚，水平循環(huán)管使用恒溫調(diào)節(jié)閥的熱水系統(tǒng)三、防燙措施由于軍團(tuán)菌的出現(xiàn)及其所帶來(lái)的對(duì)人體健康的威脅，熱水供水系統(tǒng)的溫度有了明顯的升高。從以前的42℃-44℃對(duì)于老人、小孩、反映敏感者，圖21說(shuō)明了燙傷時(shí)間與水溫的關(guān)系：對(duì)于成年人，可參考圖22。部分燙傷部分部分燙傷部分燙傷全面燙傷全面燙全面燙傷圖22圖21圖22圖21除了在供水溫度過(guò)高及熱力殺菌時(shí)可能造成燙傷外，當(dāng)電子恒溫混合閥出水溫度失調(diào)、堵塞或冷水立管關(guān)閉，都可能造成意外的燙傷。為了防止以上所述的運(yùn)行時(shí)或意外的燙傷產(chǎn)生，需要使用相應(yīng)的防燙恒溫混合閥。這種恒溫混合閥能夠在冷水或熱水供應(yīng)停止時(shí)自動(dòng)關(guān)閉混合出水。見(jiàn)圖23。止回閥及過(guò)濾器止回閥及過(guò)濾器止回閥及過(guò)濾器止回閥及過(guò)濾器圖23混合出水這類(lèi)恒溫混合閥應(yīng)該裝備有過(guò)濾網(wǎng)和止回閥。圖23混合出水過(guò)濾網(wǎng)用于保護(hù)恒溫混合閥內(nèi)部動(dòng)作元件的靈敏度和壽命。止回閥運(yùn)于防止冷熱水壓力差別太大時(shí)相互干擾、回流。因?yàn)槔錈崴畨毫Σ罱?jīng)常存在。圖24防燙閥芯在單個(gè)用水龍頭出口還可以安裝防燙閥芯，它們?cè)O(shè)定在47℃圖24防燙閥芯圖25防燙恒溫混合閥在熱水系統(tǒng)上運(yùn)用圖示圖25為防燙恒溫混合閥在系統(tǒng)上的運(yùn)用方式圖25防燙恒溫混合閥在熱水系統(tǒng)上運(yùn)用圖示3．1防燙恒溫混合閥的旁通方案根據(jù)現(xiàn)行的歐洲衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)，要求用高溫水直接經(jīng)水龍頭放出一段時(shí)間以殺滅軍團(tuán)菌。要達(dá)到這一目的，必須在恒溫混合閥前將高溫水旁通直接輸送到龍頭。旁通可以使用手動(dòng)或電動(dòng)兩種方式。手動(dòng)旁通防燙恒溫混合閥的方式（圖26）分水器前旁通防燙恒溫混合閥支管前電動(dòng)旁通防燙恒溫混合閥分水器前旁通防燙恒溫混合閥支管前手動(dòng)旁通防燙恒溫混合閥分水器前旁通防燙恒溫混合閥支管前電動(dòng)旁通防燙恒溫混合閥分水器前旁通防燙恒溫混合閥支管前手動(dòng)旁通防燙恒溫混合閥圖27圖26手動(dòng)旁通可以使用圖26中這兩種簡(jiǎn)單的方式。盡管實(shí)現(xiàn)手動(dòng)旁通不復(fù)雜，但是其在使用時(shí)有這些局限性：在實(shí)行熱力殺菌時(shí)，需要打開(kāi)塑料分水箱及開(kāi)啟手動(dòng)閥門(mén)。有忘記關(guān)掉旁通閥的可能，這樣會(huì)導(dǎo)致高溫水直接到用水龍頭。電動(dòng)旁通防燙恒溫混合閥（圖27）可以使用電動(dòng)球閥來(lái)實(shí)現(xiàn)旁通。電動(dòng)球閥的控制開(kāi)關(guān)建議使用帶運(yùn)行指示的計(jì)時(shí)器，這樣就會(huì)避免手動(dòng)旁通方式的隱患。圖28-31分別表示了電動(dòng)球閥在各種冷熱水殺菌系統(tǒng)上的應(yīng)用方式。圖31單分水器前電動(dòng)旁通防燙恒溫混合閥，帶內(nèi)部熱水循環(huán)圖30雙分水器前電動(dòng)旁通防燙恒溫混合閥圖29單個(gè)分水器前電動(dòng)旁通防燙恒溫混合閥圖28雙分水器前電動(dòng)旁通圖31單分水器前電動(dòng)旁通防燙恒溫混合閥，帶內(nèi)部熱水循環(huán)圖30雙分水器前電動(dòng)旁通防燙恒溫混合閥圖29單個(gè)分水器前電動(dòng)旁通防燙恒溫混合閥圖28雙分水器前電動(dòng)旁通防燙恒溫混合閥四、熱水系統(tǒng)設(shè)計(jì)和改造建議根據(jù)現(xiàn)行的歐洲軍團(tuán)菌防菌標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)熱水系統(tǒng)的設(shè)計(jì)需要做出相應(yīng)的改進(jìn)，下面我們就所建系統(tǒng)和現(xiàn)在系統(tǒng)的設(shè)定和改造做以下建議：4．1新建系統(tǒng)的設(shè)計(jì)（參考圖32）我們就以下兩個(gè)方面進(jìn)行說(shuō)明：熱力站使用符合殺菌標(biāo)準(zhǔn)所需溫度的熱水儲(chǔ)熱水箱。使用內(nèi)層表面經(jīng)過(guò)防結(jié)垢處理的或帶防腐蝕正極的熱水儲(chǔ)熱水箱。在儲(chǔ)熱水箱至恒溫混合閥之間使用可靠的耐高溫管道（比如不銹鋼管）。使用熱源部份的調(diào)節(jié)方式，以達(dá)到：----水箱的熱水溫度----正常供水或熱力殺菌的溫度及相應(yīng)時(shí)間優(yōu)先使用可檢測(cè)回水溫度的調(diào)節(jié)系統(tǒng)。在高危用戶的系統(tǒng)中，使用以下調(diào)節(jié)方式：----記錄系統(tǒng)運(yùn)行的程序，報(bào)警及方式----可以遠(yuǎn)程設(shè)定和控制在系統(tǒng)上安裝過(guò)濾器及排污閥，并且定期清洗。預(yù)留維修及檢測(cè)所需的空間。進(jìn)行合理的冷水進(jìn)水處理，鑒于腐蝕、結(jié)垢及雜質(zhì)均利于軍團(tuán)菌生長(zhǎng)繁殖。2，供水管道系統(tǒng)設(shè)計(jì)合理的供水及循環(huán)水管道系統(tǒng)，使其盡量沒(méi)有任何滯水區(qū)域。避免設(shè)計(jì)為將來(lái)使用的水龍頭預(yù)留支管，這樣會(huì)造成‘死水支路’。防止水錘措施：----不要在立管頂端使用空氣式防水錘器，因?yàn)闀?huì)造成滯水。----在用水末端或分水器末端使用彈簧式防水錘閥。設(shè)計(jì)供水及循環(huán)水管道的流速需要偏高：防止生物膜寄附在管壁滋生軍團(tuán)菌。使用恒溫調(diào)節(jié)閥平衡循環(huán)水管道，使其溫差（供水回水之間的溫差）較小。在供水溫差超過(guò)50℃如果需要水龍頭熱力殺菌時(shí)，建議使用自動(dòng)的計(jì)時(shí)旁通方式。使用優(yōu)質(zhì)的高于普通標(biāo)準(zhǔn)要求的保溫材料實(shí)行管道保溫。在支管特殊部分及閥門(mén)等地方使用延續(xù)性的保溫方式。在每個(gè)支管底部安裝溫度表，便于及時(shí)迅速地檢測(cè)供回水溫度。4．2現(xiàn)存系統(tǒng)的改造設(shè)計(jì)（參考圖33）對(duì)于已建系統(tǒng)的改造更為復(fù)雜，我們提出以下一些建議：熱力站核實(shí)儲(chǔ)熱水箱是否能承受殺菌的高水溫。如果不能，則需要更換水箱。在更換水箱時(shí)，需要更換內(nèi)部進(jìn)行了表面防結(jié)垢處理或帶防腐蝕正極的水箱。在儲(chǔ)熱水箱至恒溫混合閥之間使用可靠的耐高溫管道（比如不銹鋼管）。使用熱源部份的調(diào)節(jié)方式，以達(dá)到：----水箱的熱水溫度----正常供水或熱力殺菌的溫度及相應(yīng)時(shí)間優(yōu)先使用可檢測(cè)回水溫度的調(diào)節(jié)系統(tǒng)。在高危用戶的系統(tǒng)中，使用以下調(diào)節(jié)方式：----記錄系統(tǒng)運(yùn)行的程序，報(bào)警及方式----可以遠(yuǎn)程設(shè)定和控制在系