再谈热水系统军团菌灭菌方式.doc

热水系统军团菌的灭菌新型方案意大利卡莱菲公司北京办事处 舒雪松在前几期的卡莱菲专题里，我们就军团菌的形成，存在形式及清除军团菌的各种方法进行过探讨。在这一期里我们将更为深入地分析如何在热水系统中清除热水管道内的军团菌，尤其是对于供水和循环水系统的温度及流量的平衡我们将提出多种解决方案。90%的军团菌2小时内死亡90%的军团菌2分钟内死亡军团菌滋生的理想温度军团菌立即死亡首先，我们再次回顾一下Hodgson-Casey图示，这是有关水温和军团菌存活关系的经典图表。从图1中可以看出，水温在70时军团菌立即死亡，在50以上时90%的军团菌在2小时内死亡。在生活热水系统中，对军团菌进行热力杀菌的方式比化学杀菌更为合理。因为它不会造成水质的污染，而且热力杀菌更容易实施。图2 热水供水系统中温度的变化示意图 供水温度50的管道 供水温度50的管道 图1 Hodgson-Casey图表军团菌存活但不活跃生活热水的热源部分，比如热水锅炉，换热水箱等，由于其自身特点及储存热量的需求，水温通常都在70以上，因此在水箱内部不可能存在军团菌。而管道内输送的热水在经过锅炉出水与冷水混合后往往都在50-55左右（根据欧洲的节能及安全标准，过高的水温直接输送到用户端容易造成烫伤及增大能耗）。由于管道保温及长度分布不一，所以很难保证在供水的最远端或循环回水管道内的水温不低于50，而低于50的水温则为军团菌的滋生提供了条件。如图2所示，假定热水以55供出，由于管道的热量损失等因素，在供水末端及循环水管道内均出现低于50的区域，也就是容易产生军团菌的区域。因此，需要对热水的供水温度及循环回水温度进行控制。接下来，我们将介绍一些新型的设备，它运用于热水系统中，使系统更易操控运行更加可靠。我们会从以下几个方面进行探讨：1、 热源部分热水的产生和调节2、 循环水系统的设计和平衡3、 防烫措施4、 热水系统的设计和改造建议一、热水的产生和调节以下我们将以3个系统图示说明热水的调节方式，三个系统均采用双重温度调节：第一个温度调节是将热水的温度控制在70-75左右，这样可以实现热量的贮存，用于热水供应和定期的高温消毒；止回球阀图3 储热式热水箱供水，循环水至水箱底部的系统3第二个温度调节则是管道供水温度的调节。4图示3中的储水水箱的温度由一个温控器控制；管道热水的调节由一个电子恒温调节阀执行；它按正常供水和定期杀菌供水两种程序运行。动态流量平衡阀5止回球阀图4 储热式热水水箱供水循环水至水箱中部的系统图4的解决方案与图3类似，只是循环水进入水箱中部，调节方式相同。止回球阀水流开关图5 外置换热器与储热式热水水箱混合供水的系统图5的水箱热水温度由一个水流开关和两个温度器控制，当水流开关给出水流信号，或者温控器T感应温度低于设定温度时，两台水泵启动。当符合以上条件，或者水箱安全温控器Tmax到达安全值时，水泵停止运行。动态平衡阀的作用是限制经过换热器的流量，即避免换热器给出高于设计的热量。管道热水温度同样由编程的电子恒温混合阀控制。对于输送到管道的热水温度的调节，目前大多使用可编程的电子恒温混合阀，它由以下部件组成，见图6。执行器数字调节器 数字调节器：-用于设定系统供水及杀菌程序-程序执行情况及报警的显示屏混 合 阀 带电动执行器的机械式恒温混合阀供水温度传感器 用于控制及调节系统供水温度的供水温度传感器6回水温度传感器 用于检测回到热源的回水温度传感器程 序用于设定生活热水正常用水段和热力杀菌段的温度及时间。 在出厂时已经预设定了多种程序，将水温和时间段输入到了程序内。同时，在系统进行热力杀菌后，还可以根据供水和循环回水的温度对杀菌结果进行核实。7间 歇 性 杀 菌供水温度55，杀菌温度65持续8小时每 天 定 时 杀 菌供水温度50，杀菌温度60持续30分钟图7中的两个图表分别表示了两种不同的调节程序：第一个图表为，热水正常供水温度50，夜间杀菌温度60，持续时间30分钟。第二个图表为，热水正常供水温度55，杀菌温度65，持续时间8小时，比如在系统刚运行时或者维修后。显示及标记用于监视及检测恒温混合阀工作状态，通常它们能做到：- 恒温混合阀的位置状态显示- 进行中的程序显示- 编程时间的显示- 供回水温度的显示- 供回水温度传感器不正常工作的显示- 未完成的杀菌标记：即没按设定时间和温度完成的杀菌程序报 警除了以上所述的显示及标记外，还有以下报警：- 电源断电- 时钟停止- 设备重置- 电池缺电- 供水温度传感器故障- 回水温度传感器故障- 热力杀菌未完成历史档案记录系统的基本数据：可通过显示屏上的菜单直接查阅。历史数据便于操作者严格按照执行过的程序进行操作，便于建立系统工作的档案。远程控制可以通过远程的电脑或手机对恒温混合阀进行控制。见图8远程电脑或手机可以监控恒温混合阀的工作状态，查询历史档案、修改或重新设定程序，远 程 控 制 自动启动报警等等。见图9。图9图8二、循环水系统的设计和平衡通常，生活热水系统分为两部分：第一部分，称为供水系统，是将热水输送到各个用水点。第二部分，称为循环水系统，是将热水循环起来的系统，它是为了避免在不用水时管道热水冷却。21循环水系统的传统设计循环水系统的设计一般以供水温度（Ti）与最末端用水温度（Ts）的温差T为标准，见图10。通常，温差值取T = 2,热量损失q按每米 = 10kcal/hm计算。因此，设计的循环水流量G，即每米管道所需的循环热损失量为：G = q/T = 10/2 = 5 l/hm这个设计流量只考虑到了供水管道，也就是说，只考虑了供水管道的温度损失，而没考虑循环回水的温度损失, 见图11。末端水温供水温度图10图11只设计了供水管的循环流量22循环水系统的新型设计由于军团菌在低于50的水温中可能出现，因此对循环回水管道的温度也不能忽视。所以，我们将温差改变为供水温度Ti与回水温度Tr的温差T，温差值T设定为1，见图12。以每米管道循环热量损失为10kcal/hm计算，设计循环流量G = q/T = 10/1 = 10 l/hm。图12这个流量不仅适于供水管道，而且同样适于循环回水管道，见图13。回水温度供水温度在热水分水器的末端可以设计一个动态流量平衡阀，通过它旁通到循环水集水器，旁通的流量等于分水器热损失的流量。这种方式适合于系统失调的情况下，末端的立管不会受过大的影响，见图14。图13范例：将图15以新型设计方式进行设计。循环流量同时适合于供回水管道的设计管径按延程阻力 r = 30mm水柱/每米，这一阻力对应的流速较高，可以有效防止生物膜在管壁上形成。图14动态流量平衡阀的旁通：分水器长度：动态流量平 衡 阀L = （20+8+10+10+8+8）2 =128米分水器末端旁通循环流量图示需要弥补热损失的分水器循环流量：G = 12810 = 1280 l/h(旁通流量)根据r = 30mm水柱/每米选择相应的管径：= 1(旁通管径)立管L = 142 = 28mG = 2810 = 280 l/h = 1/2立管6与5之间的主管：G = 1280+280 = 1560 l/h = 1立管5与4之间的主管：G = 1560+280 = 1840 l/h = 1立管4与3之间的主管：G = 1840+280 = 2120 l/h = 1 1/4立管3与2之间的主管：G = 2120+280 = 2400 l/h = 1 1/4立管2与1之间的主管：G = 2400+280 = 2680 l/h = 1 1/4至热源的主管：G = 2680+280 = 2960 l/h = 1 1/4循环泵的设计：流量： G = 2960 l/h图15扬程：按设计的循环流量的管道延程压力损失计算图1623循环水管道的流量平衡平衡循环水管道的目的是避免靠近热源的立管或支管抢走末端立管或支管的流量，流量的失调会造成管道内过高的温差。传统的平衡方式是将静态或动态流量平衡阀安装在每个循环水立管上，使其流量与设计流量相符。新型的平衡方式采用恒温调节阀，它根据设定的温度自动地开关流量。它们只开启为了维持所在立管或支管设定的温差所需流量，因此不会有前面的立管抢走后面立管流量的问题。而且，这种调节阀门不根据设计的或理论的条件调节循环回水的温度，而是根据实际的系统工作特征进行调节。当然，在进行热力杀菌时，恒温调节阀需要处于完全开启状态，所以就产生了机械式和电动式两种调节阀。机械式的调节阀在约70时完全打开调节阀，它们的优点在于不需要外接电源。但是它们不能在更低的杀菌温度，比如60时完全打开。见图17。图18 恒温调节阀，带电动开启图17 恒温调节阀电动式的调节阀与电子恒温混合阀的调节器相连，它们可以在任何温度下打开进行热力杀菌。这对于不锈钢管道系统尤其有意义，因为对于这类管道只能使用柔和的，即更低的一些的杀菌温度。见图18图19 立管使用恒温调节阀的热水供水及循环系统 循环立管热水供水主管接下来的图19-20为恒温调节阀在热水循环水系统中的运用方式。图20 热水及循环水管道在顶棚，水平循环管使用恒温调节阀的热水系统三、防烫措施由于军团菌的出现及其所带来的对人体健康的威胁，热水供水系统的温度有了明显的升高。从以前的42-44供水提高到50-55供水，这就已经有潜在的烫伤危险，更何况在热力杀菌时，水温会更高。对于老人、小孩、反映敏感者，图21说明了烫伤时间与水温的关系：对于成年人，可参考图22。部分烫伤部分烫伤全面烫伤全面烫伤图22图21除了在供水温度过高及热力杀菌时可能造成烫伤外，当电子恒温混合阀出水温度失调、堵塞或冷水立管关闭，都可能造成意外的烫伤。为了防止以上所述的运行时或意外的烫伤产生，需要使用相应的防烫恒温混合阀。这种恒温混合阀能够在冷水或热水供应停止时自动关闭混合出水。见图23。止回阀及过 滤 器止回阀及过 滤 器它们可以运用于每一个用水点，或者每个用水单元前面。图23混合出水这类恒温混合阀应该装备有过滤网和止回阀。过滤网用于保护恒温混合阀内部动作元件的灵敏度和寿命。止回阀运于防止冷热水压力差别太大时相互干扰、回流。因为冷热水压力差经常存在。图24 防烫阀芯在单个用水龙头出口还可以安装防烫阀芯，它们设定在47-48，超过此温度后，阀芯自动关闭出水。见图24。图25 防烫恒温混合阀在热水系统上运用图示图25为防烫恒温混合阀在系统上的运用方式。31 防烫恒温混合阀的旁通方案根据现行的欧洲卫生标准，要求用高温水直接经水龙头放出一段时间以杀灭军团菌。要达到这一目的，必须在恒温混合阀前将高温水旁通直接输送到龙头。旁通可以使用手动或电动两种方式。l 手动旁通防烫恒温混合阀的方式（图26）分水器前旁通防烫恒温混合阀支管前电动旁通防烫恒温混合阀分水器前旁通防烫恒温混合阀支管前手动旁通防烫恒温混合阀图27图26手动旁通可以使用图26中这两种简单的方式。尽管实现手动旁通不复杂，但是其在使用时有这些局限性：1、 在实行热力杀菌时，需要打开塑料分水箱及开启手动阀门。2、 有忘记关掉旁通阀的可能，这样会导致高温水直接到用水龙头。l 电动旁通防烫恒温混合阀（图27）可以使用电动球阀来实现旁通。电动球阀的控制开关建议使用带运行指示的计时器，这样就会避免手动旁通方式的隐患。图28-31分别表示了电动球阀在各种冷热水杀菌系统上的应用方式。图31 单分水器前电动旁通防烫恒温混合阀，带内部热水循环图30 双分水器前电动旁通防烫恒温混合阀图29 单个分水器前电动旁通防烫恒温混合阀图28 双分水器前电动旁通防烫恒温混合阀四、热水系统设计和改造建议根据现行的欧洲军团菌防菌标准，对热水系统的设计需要做出相应的改进，下面我们就所建系统和现在系统的设定和改造做以下建议：41新建系统的设计（参考图32）我们就以下两个方面进行说明：1， 热力站l 使用符合杀菌标准所需温度的热水储热水箱。l 使用内层表面经过防结垢处理的或带防腐蚀正极的热水储热水箱。l 在储热水箱至恒温混合阀之间使用可靠的耐高温管道（比如不锈钢管）。l 使用热源部份的调节方式，以达到：- 水箱的热水温度- 正常供水或热力杀菌的温度及相应时间l 优先使用可检测回水温度的调节系统。l 在高危用户的系统中，使用以下调节方式：- 记录系统运行的程序，报警及方式- 可以远程设定和控制l 在系统上安装过滤器及排污阀，并且定期清洗。l 预留维修及检测所需的空间。l 进行合理的冷水进水处理，鉴于腐蚀、结垢及杂质均利于军团菌生长繁殖。2，供水管道系统l 设计合理的供水及循环水管道系统，使其尽量没有任何滞水区域。l 避免设计为将来使用的水龙头预留支管，这样会造成死水支路。l 防止水锤措施：- 不要在立管顶端使用空气式防水锤器，因为会造成滞水。- 在用水末端或分水器末端使用弹簧式防水锤阀。l 设计供水及循环水管道的流速需要偏高：防止生物膜寄附在管壁滋生军团菌。l 使用恒温调节阀平衡循环水管道，使其温差（供水回水之间的温差）较小。l 在供水温差超过50的情况下，在用户端使用防烫恒温混合阀。l 如果需要水龙头热力杀菌时，建议使用自动的计时旁通方式。l 使用优质的高于普通标准要求的保温材料实行管道保温。l 在支管特殊部分及阀门等地方使用延续性的保温方式。l 在每个支管底部安装温度表，便于及时迅速地检测供回水温度。42 现存系统的改造设计（参考图33）对于已建系统的改造更为复杂，我们提出以下一些建议：1， 热力站l 核实储热水箱是否能承受杀菌的高水温。如果不能，则需要更换水箱。l 在更换水箱时，需要更换内部进行了表面防结垢处理或带防腐蚀正极的水箱。l 在储热水箱至恒温混合阀之间使用可靠的耐高温管道（比如不锈钢管）。l 使用热源部份的调节方式，以达到：- 水箱的热水温度- 正常供水或热力杀菌的温度及相应时间l 优先使用可检测回水温度的调节系统。l 在高危用户的系统中，使