2. Förstå de tre typerna av VVS-system: VVS (hydrauliska), VVS (husvatten, avlopp och ventilation) samt kemiska och specialiserade VVS-system (sjövattensystem och farliga kemikalier).
VVS-system finns i många byggnadselement. Många har sett en vattenlås eller köldmedierör under diskbänken som leder till och från ett delat system. Få ser huvudsakliga tekniska rörledningar i den centrala anläggningen eller det kemiska rengöringssystemet i poolens utrustningsrum. Var och en av dessa tillämpningar kräver en specifik typ av rörledningar som uppfyller specifikationer, fysiska begränsningar, föreskrifter och bästa designpraxis.
Det finns ingen enkel VVS-lösning som passar alla tillämpningar. Dessa system uppfyller alla fysiska och kodmässiga krav om specifika designkriterier uppfylls och rätt frågor ställs till ägare och operatörer. Dessutom kan de upprätthålla rätt kostnader och ledtider för att skapa ett framgångsrikt byggsystem.
VVS-kanaler innehåller många olika vätskor, tryck och temperaturer. Kanalen kan vara ovanför eller under marknivå och löpa genom byggnadens insida eller utsida. Dessa faktorer måste beaktas när man specificerar VVS-rör i projektet. Termen "hydrodynamisk cykel" avser användningen av vatten som värmeöverföringsmedium för kylning och uppvärmning. I varje tillämpning tillförs vatten med en given flödeshastighet och temperatur. Typisk värmeöverföring i ett rum sker via en luft-till-vatten-spole som är utformad för att återföra vatten vid en inställd temperatur. Detta leder till att en viss mängd värme överförs eller avlägsnas från utrymmet. Cirkulationen av kyl- och värmevatten är det huvudsakliga systemet som används för luftkonditionering av stora kommersiella anläggningar.
För de flesta låghus är det förväntade systemdriftstrycket vanligtvis mindre än 150 pund per kvadrattum (psig). Det hydrauliska systemet (kallt och varmt vatten) är ett slutet kretssystem. Det innebär att pumpens totala dynamiska tryckhöjd tar hänsyn till friktionsförluster i rörsystemet, tillhörande spolar, ventiler och tillbehör. Systemets statiska höjd påverkar inte pumpens prestanda, men den påverkar systemets erforderliga driftstryck. Kylare, pannor, pumpar, rörledningar och tillbehör är klassade för ett driftstryck på 150 psi, vilket är vanligt för utrustnings- och komponenttillverkare. Där det är möjligt bör denna tryckklassning bibehållas i systemkonstruktionen. Många byggnader som anses vara låga eller medelhöga faller inom kategorin arbetstryck på 150 psi.
Vid konstruktion av höghus blir det allt svårare att hålla rörsystem och utrustning under standarden 150 psi. Statiskt tryck över cirka 350 fot (utan att lägga till pumptryck i systemet) kommer att överstiga standardarbetstrycket för dessa system (1 psi = 2,31 fot tryck). Systemet kommer sannolikt att använda en tryckbrytare (i form av en värmeväxlare) för att isolera kolonnens högre tryckkrav från resten av de anslutna rören och utrustningen. Denna systemdesign möjliggör design och installation av standardtryckkylare samt specificering av högre tryckrör och tillbehör i kyltornet.
Vid specificering av rörledningar för ett stort campusprojekt måste konstruktören/ingenjören medvetet identifiera tornet och rörledningarna som specificeras för podiet, med hänsyn till deras individuella krav (eller gemensamma krav om värmeväxlare inte används för att isolera tryckzonen).
En annan komponent i ett slutet system är vattenrening och avlägsnande av syre från vattnet. De flesta hydrauliska system är utrustade med ett vattenreningssystem som består av olika kemikalier och hämmare för att hålla vattnet som strömmar genom rören vid ett optimalt pH (runt 9,0) och mikrobiella nivåer för att bekämpa biofilmer och korrosion i rören. Att stabilisera vattnet i systemet och avlägsna luften hjälper till att förlänga livslängden på rörledningar, tillhörande pumpar, spolar och ventiler. Eventuell luft som fångas i rören kan orsaka kavitation i kyl- och värmevattenpumparna och minska värmeöverföringen i kylaren, pannan eller cirkulationsspolarna.
Koppar: Dragna och härdade rör av typ L, B, K, M eller C enligt ASTM B88 och B88M i kombination med ASME B16.22 smidda kopparkopplingar och kopplingar med blyfritt lödtenn eller lödtenn för underjordiska tillämpningar.
Härdat rör, typ L, B, K (används vanligtvis endast under marknivå) eller A enligt ASTM B88 och B88M, med ASME B16.22 smidda kopparkopplingar och kopplingar sammankopplade med blyfri eller ovanjordslödning. Detta rör möjliggör även användning av tätade kopplingar.
Kopparrör av typ K är det tjockaste röret som finns tillgängligt och ger ett arbetstryck på 1534 psi. tum vid 100 F för ½ tum. Modellerna L och M har lägre arbetstryck än K men är fortfarande väl lämpade för HVAC-applikationer (tryckintervall från 1242 psi vid 100 F till 12 tum och 435 psi och 395 psi). Dessa värden är hämtade från tabell 3a, 3b och 3c i Copper Tubing Guide, publicerad av Copper Development Assn.
Dessa driftstryck gäller för raka rördragningar, vilka normalt inte är tryckbegränsade sträckor i systemet. Kopplingar och anslutningar som förbinder två rörlängder är mer benägna att läcka eller gå sönder under driftstrycket i vissa system. Typiska anslutningstyper för kopparrör är svetsning, lödning eller trycktätning. Dessa typer av anslutningar måste vara tillverkade av blyfria material och klassade för det förväntade trycket i systemet.
Varje anslutningstyp kan upprätthålla ett läckagefritt system när kopplingen är ordentligt tätad, men dessa system reagerar olika när kopplingen inte är helt tätad eller pressad. Löd- och lödfogar är mer benägna att misslyckas och läcka när systemet först fylls och testas och byggnaden ännu inte är i bruk. I detta fall kan entreprenörer och inspektörer snabbt avgöra var kopplingen läcker och åtgärda problemet innan systemet är fullt driftklart och passagerare och inredningsdetaljer skadas. Detta kan också reproduceras med läckagetäta kopplingar om en läckagedetekteringsring eller enhet specificeras. Om du inte trycker hela vägen ner för att identifiera problemområdet kan vatten läcka ut ur kopplingen precis som lödtenn eller lödtenn. Om läckagetäta kopplingar inte specificeras i konstruktionen kommer de ibland att förbli under tryck under konstruktionstestning och kan misslyckas först efter en tids drift, vilket resulterar i mer skador på det använda utrymmet och eventuella skador på passagerare, särskilt om uppvärmda vattenrör passerar genom rören.
Rekommendationerna för dimensionering av kopparrör baseras på föreskrifternas krav, tillverkarens rekommendationer och bästa praxis. För kylvattenapplikationer (vattentemperatur vanligtvis 42 till 45 F) är den rekommenderade hastighetsgränsen för kopparrörssystem 8 fot per sekund för att minska systembuller och minska risken för erosion/korrosion. För varmvattensystem (vanligtvis 140 till 180 F för rumsuppvärmning och upp till 205 F för varmvattenproduktion i hybridsystem) är den rekommenderade hastighetsgränsen för kopparrör mycket lägre. Manualen för kopparrör listar dessa hastigheter som 0,6 till 0,9 meter per sekund när vattentemperaturen är över 140 F.
Kopparrör finns vanligtvis i en viss storlek, upp till 30 cm. Detta begränsar användningen av koppar i de huvudsakliga ledningarna på campus, eftersom dessa byggnadskonstruktioner ofta kräver kanaler större än 30 cm. Från centralanläggningen till tillhörande värmeväxlare. Kopparrör är vanligare i hydrauliska system med en diameter på 7,5 cm eller mindre. För storlekar över 7,5 cm används slitsade stålrör oftare. Detta beror på skillnaden i kostnad mellan stål och koppar, skillnaden i arbetskraft för korrugerade rör kontra svetsade eller lödda rör (tryckkopplingar är inte tillåtna eller rekommenderade av ägaren eller ingenjören), och de rekommenderade vattenhastigheterna och temperaturerna i dessa inuti varje materialrörledning.
Stål: Svart eller galvaniserat stålrör enligt ASTM A 53/A 53M med kopplingar av segjärn (ASME B16.3) eller smidesjärn (ASTM A 234/A 234M) och kopplingar av segjärn (ASME B16.39). Flänsar, kopplingar och anslutningar av klass 150 och 300 finns tillgängliga med gängade eller flänsade kopplingar. Röret kan svetsas med tillsatsmaterial i enlighet med AWS D10.12/D10.12M.
Överensstämmer med ASTM A 536 klass 65-45-12 segjärn, ASTM A 47/A 47M klass 32510 segjärn och ASTM A 53/A 53M klass F, E eller S klass B monteringsstål, eller ASTM A106, stålklass B. Rillade eller kabelhärvade kopplingar för montering av rillade ändkopplingar.
Som nämnts ovan används stålrör oftare för stora rör i hydrauliska system. Denna typ av system möjliggör olika tryck-, temperatur- och storlekskrav för att möta behoven hos kyl- och varmvattensystem. Klassbeteckningar för flänsar, kopplingar och kopplingar hänvisar till arbetstrycket för mättad ånga i psi. tum för motsvarande artikel. Klass 150-kopplingar är konstruerade för att arbeta vid ett arbetstryck på 150 psi. tum vid 366 F, medan klass 300-kopplingar ger ett arbetstryck på 300 psi. vid 550 F. Klass 150-kopplingar ger över 300 psi arbetsvattentryck. tum vid 150 F, och klass 300-kopplingar ger upp till 2 000 psi arbetsvattentryck. tum vid 150 F. Andra märken av kopplingar finns tillgängliga för specifika rörtyper. Till exempel, för gjutjärnsrörflänsar och ASME 16.1-flänskopplingar kan klass 125 eller 250 användas.
Rillade rör och anslutningssystem använder skurna eller formade spår i ändarna av rör, kopplingar, ventiler etc. för att ansluta mellan varje rörlängd eller koppling med ett flexibelt eller styvt anslutningssystem. Dessa kopplingar består av två eller flera bultade delar och har en bricka i kopplingshålet. Dessa system finns i flänstyper i klass 150 och 300 och EPDM-packningsmaterial och kan arbeta vid vätsketemperaturer från 110 till 137 °C (beroende på rörstorlek). Information om rillade rör är hämtad från Victaulics manualer och litteratur.
Stålrör av typen Schedule 40 och 80 är acceptabla för HVAC-system. Rörspecifikationen hänvisar till rörets väggtjocklek, vilken ökar med specifikationsnumret. Med en ökning av rörets väggtjocklek ökar även det tillåtna arbetstrycket för det raka röret. Schedule 40-rör tillåter ett arbetstryck på 1694 psi för ½ tum. Rör, 696 psi tum för 12 tum (-20 till 650 F). Tillåtet arbetstryck för Schedule 80-rör är 3036 psi tum (½ tum) och 1305 psi tum (12 tum) (båda -20 till 650 F). Dessa värden är hämtade från avsnittet Watson McDaniel Engineering Data.
Plaster: CPVC-plaströr, muffkopplingar enligt specifikation 40 och specifikation 80 enligt ASTM F 441/F 441M (ASTM F 438 enligt specifikation 40 och ASTM F 439 enligt specifikation 80) och lösningsmedelslim (ASTM F493).
PVC-plaströr, muffkopplingar enligt ASTM D 1785 schema 40 och schema 80 (ASM D 2466 schema 40 och ASTM D 2467 schema 80) och lösningsmedelslim (ASTM D 2564). Innehåller primer enligt ASTM F 656.
Både CPVC- och PVC-rör är lämpliga för hydrauliska system under marknivå, men även under dessa förhållanden måste försiktighet iakttas vid installation av dessa rör i ett projekt. Plaströr används ofta i avlopps- och ventilationskanalsystem, särskilt i underjordiska miljöer där bara rör kommer i direkt kontakt med omgivande jord. Samtidigt är korrosionsbeständigheten hos CPVC- och PVC-rör fördelaktig på grund av korrosiviteten hos vissa jordar. Hydrauliska rör är vanligtvis isolerade och täckta med ett skyddande PVC-hölje som ger en buffert mellan metallrören och den omgivande jorden. Plaströr kan användas i mindre kylvattensystem där lägre tryck förväntas. Det maximala arbetstrycket för PVC-rör överstiger 150 psi för alla rörstorlekar upp till 8 tum, men detta gäller endast temperaturer på 21°C eller lägre. Varje temperatur över 21°C kommer att minska driftstrycket i rörsystemet till 60°C. Nedgraderingsfaktorn är 0,22 vid denna temperatur och 1,0 vid 21°C. Maximal driftstemperatur på 60°C gäller för PVC-rör enligt Schedule 40 och Schedule 80. CPVC-rör tål ett bredare driftstemperaturområde, vilket gör det lämpligt för användning upp till 91°C (med en nedklassningsfaktor på 0,2), men har samma tryckklassning som PVC, vilket gör att det kan användas i underjordiska kylapplikationer med standardtryck. Vattensystem upp till 20 cm. För varmvattensystem som upprätthåller högre vattentemperaturer upp till 81°C eller 94°C rekommenderas inte PVC- eller CPVC-rör. All data är hämtad från Harvel PVC-rörspecifikationer och CPVC-rörspecifikationer.
Rör Rör transporterar många olika vätskor, fasta ämnen och gaser. Både drickbara och icke-drickbara vätskor flödar i dessa system. På grund av den stora variationen av vätskor som transporteras i ett VVS-system klassificeras rören i fråga som hushållsvattenrör eller dränerings- och ventilationsrör.
Hushållsvatten: Mjukt kopparrör, ASTM B88 typ K och L, ASTM B88M typ A och B, med tryckkopplingar av smideskoppar (ASME B16.22).
Hårda kopparrör, ASTM B88 typ L och M, ASTM B88M typ B och C, med svetskopplingar i gjuten koppar (ASME B16.18), svetskopplingar i smideskoppar (ASME B16.22), bronsflänsar (ASME B16.24) och kopparkopplingar (MCS SP-123). Röret möjliggör även användning av tätade kopplingar.
Kopparrörstyper och relaterade standarder är hämtade från avsnitt 22 11 16 i MasterSpec. Utformningen av kopparrör för hushållsvattenförsörjning begränsas av kraven på maximala flödeshastigheter. De specificeras i rörledningsspecifikationen enligt följande:
Avsnitt 610.12.1 i 2012 års enhetliga rörmokeriförordning anger: Maximal hastighet i rör- och kopplingssystem av koppar och kopparlegeringar får inte överstiga 8 fot per sekund i kallt vatten och 5 fot per sekund i varmt vatten. Dessa värden upprepas också i Copper Tubing Handbook, som använder dessa värden som rekommenderade maximala hastigheter för dessa typer av system.
Rör av rostfritt stål typ 316 i enlighet med ASTM A403 och liknande kopplingar med svetsade eller räfflade kopplingar för större hushållsvattenrör och direkt ersättning för kopparrör. Med det stigande priset på koppar blir rostfria stålrör allt vanligare i hushållsvattensystem. Rörtyper och relaterade standarder kommer från Veterans Administration (VA) MasterSpec avsnitt 22 11 00.
En ny innovation som kommer att implementeras och verkställas under 2014 är Federal Drinking Water Leadership Act. Detta är en federal tillämpning av gällande lagar i Kalifornien och Vermont gällande blyhalten i vattenvägar i alla rör, ventiler eller rördelar som används i hushållsvattensystem. Lagen anger att alla våta ytor på rör, rördelar och armaturer måste vara "blyfria", vilket innebär att den maximala blyhalten "inte överstiger ett vägt genomsnitt på 0,25 % (bly)". Detta kräver att tillverkare producerar blyfria gjutna produkter för att uppfylla nya lagkrav. Detaljer finns i UL:s riktlinjer för bly i dricksvattenkomponenter.
Dränering och ventilation: Ärmlösa gjutjärnsavloppsrör och kopplingar som överensstämmer med ASTM A 888 eller Cast Iron Sewer Piping Institute (CISPI) 301. Sovent-kopplingar som överensstämmer med ASME B16.45 eller ASSE 1043 kan användas med ett no-stop-system.
Avloppsrör och flänsade rördelar av gjutjärn måste uppfylla ASTM A 74, gummipackningar (ASTM C 564) och tätningsmedel av rent bly och ek- eller hampafiber (ASTM B29).
Båda typerna av kanalrör kan användas i byggnader, men kanalfria kanaler och kopplingar används oftast ovan marknivå i kommersiella byggnader. Gjutjärnsrör med CISPI-pluggfria kopplingar möjliggör permanent installation, kan omkonfigureras eller nås genom att ta bort bandklämmor, samtidigt som de bibehåller kvaliteten på ett metallrör, vilket minskar brus i avloppsflödet genom röret. Nackdelen med gjutjärnsrör är att rören försämras på grund av det sura avfallet som finns i typiska badrumsinstallationer.
ASME A112.3.1 rostfria stålrör och rördelar med utsvängda och utsvängda ändar kan användas för högkvalitativa dräneringssystem istället för gjutjärnsrör. Rostfria stålrör används också för den första delen av rörsystemet, som ansluter till en golvvask där den kolsyrade produkten rinner ut för att minska korrosionsskador.
Massiva PVC-rör enligt ASTM D 2665 (dränering, avledning och ventiler) och PVC-bikakerör enligt ASTM F 891 (bilaga 40), flänsanslutningar (ASTM D 2665 till ASTM D 3311, dränering, avlopp och ventiler) lämpliga för Schedule 40-rör), självhäftande primer (ASTM F 656) och lösningsmedelslim (ASTM D 2564). PVC-rör kan hittas ovanför och under marknivå i kommersiella byggnader, även om de oftare är listade under marknivå på grund av rörsprickbildning och särskilda regelkrav.
Inom byggjurisdiktionen i södra Nevada anger ändringen av den internationella byggkoden (IBC) från 2009:
603.1.2.1 Utrustning. Brännbara rörledningar får installeras i maskinrummet, omgivna av en tvåtimmars brandsäker konstruktion och helt skyddade av automatiska sprinklersystem. Brännbara rörledningar får dras från maskinrummet till andra rum, förutsatt att rörledningarna är omgivna av en godkänd speciell tvåtimmars brandsäker konstruktion. När sådana brännbara rörledningar passerar genom brandväggar och/eller golv/tak måste genomföringen specificeras för det specifika rörmaterialet med klasserna F och T som inte är lägre än den erforderliga brandmotståndsförmågan för genomföringen. Brännbara rör får inte penetrera mer än ett lager.
Detta kräver att alla brännbara rör (plast eller annat) som finns i en byggnad av klass 1A enligt definitionen i IBC lindas in i en 2-timmarskonstruktion. Användningen av PVC-rör i dräneringssystem har flera fördelar. Jämfört med gjutjärnsrör är PVC mer motståndskraftigt mot korrosion och oxidation orsakad av badrumsavfall och jord. När de läggs under jord är PVC-rör också motståndskraftiga mot korrosion av den omgivande jorden (som visas i avsnittet om HVAC-rör). PVC-rör som används i ett dräneringssystem är föremål för samma begränsningar som ett HVAC-hydraulsystem, med en maximal driftstemperatur på 140 F. Denna temperatur är vidare föreskriven av kraven i Uniform Piping Code och International Piping Code, som föreskriver att eventuella utsläpp till avfallsbehållare måste vara under 140 F.
Avsnitt 810.1 i 2012 års enhetliga rörmokeriförordning anger att ångrör inte får anslutas direkt till ett rör- eller avloppssystem, och vatten över 140 F (60 C) får inte släppas ut direkt i ett trycksatt avlopp.
Avsnitt 803.1 i den internationella rörmokerikoden från 2012 anger att ångrör inte får anslutas till ett dräneringssystem eller någon del av rörmokerisystemet, och vatten över 60 °C (140 °F) får inte släppas ut i någon del av dräneringssystemet.
Speciella rörsystem används för transport av otypiska vätskor. Dessa vätskor kan variera från rör för marina akvarier till rör för att tillföra kemikalier till simbassängers utrustningssystem. Akvarierörsystem är inte vanliga i kommersiella byggnader, men de installeras på vissa hotell med fjärranslutna rörsystem anslutna till olika platser från ett centralt pumprum. Rostfritt stål verkar vara en lämplig rörtyp för havsvattensystem på grund av dess förmåga att hämma korrosion med andra vattensystem, men saltvatten kan faktiskt korrodera och erodera rostfria stålrör. För sådana tillämpningar uppfyller plast- eller koppar-nickel CPVC-marina rör korrosionskrav; när dessa rör läggs i en stor kommersiell anläggning måste rörens brandfarlighet beaktas. Som nämnts ovan kräver användningen av brännbara rör i södra Nevada att en alternativ metod begärs för att visa avsikt att följa relevant byggnadstypkod.
Poolrören som förser kroppen med renat vatten innehåller en utspädd mängd kemikalier (12,5 % natriumhypokloritblekmedel och saltsyra kan användas) för att upprätthålla ett specifikt pH-värde och en kemisk balans enligt hälsovårdsmyndighetens krav. Förutom utspädda kemikalierör måste helklorblekmedel och andra kemikalier transporteras från lagerutrymmen för bulkmaterial och specialutrustningsrum. CPVC-rör är kemikalieresistenta för tillförsel av klorblekmedel, men rör med hög ferrokiselhalt kan användas som ett alternativ till kemikalierör vid passage genom icke-brännbara byggnadstyper (t.ex. typ 1A). De är starka men mer spröda än vanliga gjutjärnsrör och tyngre än jämförbara rör.
Den här artikeln diskuterar bara några av de många möjligheterna för att designa rörsystem. De representerar de flesta typer av installerade system i stora kommersiella byggnader, men det kommer alltid att finnas undantag från regeln. Den övergripande huvudspecifikationen är en ovärderlig resurs för att bestämma rörtypen för ett givet system och utvärdera lämpliga kriterier för varje produkt. Standardspecifikationer kommer att uppfylla kraven i många projekt, men konstruktörer och ingenjörer bör granska dem när det gäller höghus, höga temperaturer, farliga kemikalier eller förändringar i lagstiftning eller jurisdiktion. Läs mer om VVS-rekommendationer och begränsningar för att fatta välgrundade beslut om de produkter som installeras i ditt projekt. Våra kunder litar på oss som designproffs för att förse deras byggnader med rätt storlek, välbalanserade och prisvärda designer där kanalerna når sin förväntade livslängd och aldrig upplever katastrofala fel.
Matt Dolan är projektingenjör på JBA Consulting Engineers. Hans erfarenhet ligger inom design av komplexa VVS- och VVS-system för en mängd olika byggnadstyper, såsom kommersiella kontor, hälso- och sjukvårdsinrättningar och hotellkomplex, inklusive höga gästhus och ett flertal restauranger.
Har du erfarenhet och kunskap om de ämnen som tas upp i detta innehåll? Du bör överväga att bidra till vår redaktion på CFE Media och få det erkännande som du och ditt företag förtjänar. Klicka här för att starta processen.