管路系統

管路系統（Plumbing），或稱管道系統、管路，是為不同目的輸送流體的系統。管路系統會使用管道、閥門、管道附件、儲罐及其它裝置來輸送流體。管路系統最常見的用途是輸送冷暖氣、廢水和飲用水等等，但也有其它用途。

在發達國家，管路系統基礎設施對公共衛生和環境衛生至關重要。另外，值得注意的是，雖然鍋爐工和管鉗工的工作會接觸到管道，但他們並不是管道工（或簡稱「管工」），儘管如此，他們也會負責一些管工的工作。

## 歷史

<image>

管路系統起源於古代文明，如希臘、羅馬、波斯、印度和中國的城市——因為他們發展了公共浴池，並且需要為更多的人口提供飲用水並處理廢水。在公元前2700年，印度河流域文明的城市居住區出現了帶有寬法蘭，並利用柏油防止洩漏的標準化土質管道。另一方面，羅馬人使用羅馬鉛管刻文防止偷水。早期的管道經常以鉛製成，如羅馬屋頂的管道和排水管，某些屋頂亦會以鉛覆蓋，除此之外，管道系統和建築浴場也會用到鉛。

管路系統在古羅馬的衛生設備達到了它的早期巔峰，在該時期，管路系統出現了擴展的羅馬渡槽系統，和瓦片排水，但是也廣泛地使用鉛管。隨著羅馬帝國的衰落，供水設施和衛生設施的發展在其後1000年間停滯不前，甚至出現倒退。直到19世紀初，隨著現代化密集人口城市的增長，才得到顯著的發展。在這段時期，當局公共衛生部門開始敦促安裝更好的污水處理系統，以預防或控制流行病的傳播。此前，污水處理系統僅僅是收集污水，並將其傾倒在地上或河中。最終，單獨的地下水和污水系統取代了開放的污水溝和污水池。

今天，多數大城市都會將污水輸送到污水處理廠，以便在排入水流或其他水體之前分離廢物並部分地淨化水。在飲用水方面，從19世紀末到1960年左右，鍍鋅鐵管在美國很常見。在此之後，銅管取代了鍍鋅鐵管。起先是帶有喇叭口配件的軟銅，後來是使用焊接配件的剛性銅管。

由於人們逐漸意識到鉛中毒的危害，因此在二戰之後，飲用水系統中鉛的使用量急劇下降。此時，作為鉛管更好、更安全的替代品，銅管出現了。

## 系統分類

<image>

管路系統或其子系統的主要分類有：

- 用於飲用的冷熱自來水供應
- 下水道和現場污水處理系統，不論其是否包括廢水熱回收、灰水（使用過的水）回收處理系統
- 雨水、地表水及地下水的排水
- 燃氣管道
- 循環加熱冷卻系統：即利用水來傳送熱能的加熱和冷卻系統，可以用於區域供暖系統，例如紐約市地下蒸汽系統。

## 水管

<image>

水管是一種管子或管，通常是塑料的或金屬的，它將帶壓的、處理過的淡水送往建築物（作為市政供水系統的一部分），並在建築物中輸送。

### 歷史

<image>

許多世紀以來，鉛是水管的常用材料，因為其延展性使它很容易被金屬工匠成所需的形狀。鉛的攝入會危害健康，但在這件事被充分理解之前，有許多與鉛相關的健康問題，包括死產和嬰兒死亡率高，而鉛制水管是一個重要因素。在20世紀早期，鉛水管仍被廣泛應用，包括許多家庭。此外，鉛錫合金焊料被廣泛用於焊接銅管，但在現代實踐中則使用錫銻合金焊料來代替，以避免鉛的危害。

儘管羅馬人使用鉛管很普遍，羅馬渡槽卻很少使人中毒。在世界的其它地區，鉛管導致中毒的現象很普遍；而羅馬的水不同，它含鈣很高，會在管壁形成一層水垢，從而避免了水與鉛直接接觸。當時的鉛中毒很廣泛，尤其是那些容易獲得自來水的人，大量的證據往往令人困惑。鉛曾被用於炊具，以及作為加工食品和飲料的添加劑，例如作為葡萄酒的防腐劑，這很不幸。羅馬鉛管銘文提供了所有者資訊，以防止偷水。

16和17世紀的倫敦及其它地方，使用了木製水管。這種管子的製作方法是，將原木掏空，端部為錐形，並有小孔，以便水能流過。管子之間則使用熱的動物脂肪來密封。1800年代的蒙特婁和波士頓經常這樣使用，20世紀的美國廣泛地使用了木製拼接管道。這些管道代替了瓦楞鐵管道或增強混凝土管道，由短木切下的型材製成。由硬木榫鎖定的連接環形成了靈活的結構。在二戰期間安裝了大約100,000英尺這種木製管道，用於公路旁、軍隊營地、軍港、機場和軍工廠的排水溝和雨排。

在耐用塑料材料出現之前，鑄鐵管和球墨鑄鐵管曾因成本低而長期替代銅。但在過渡到其它金屬管時，必須使用特製的絕緣接頭，除非是終端配件。這是為了避免不同金屬之間的電化學作用導致的腐蝕（參見伽凡尼電池）。

通常使用青銅管接頭和短管來連接各種材料。

## 尺寸與材料

<image>

應用於管路的PVC管和鍍鋅鋼管，是以IPS（鐵管尺寸）來度量的。而銅管、氯化聚氯乙烯、交聯聚乙烯和其它管都使用名義度量，基本上就是平均直徑。這些尺寸方案使過渡配件能夠普遍適應。例如，1/2"的PeX管與1/2"的銅管尺寸相同。但是，1/2"的PVC管與1/2"的其它管尺寸並不相同，因此需要使用帶外螺紋或內螺紋的配件來連接它們。

管道可以使用剛性「接頭」，根據材料的不同，「接頭」有各種長度。管材，特別是銅管，是由剛性硬回火「接頭」或軟回火（退火）的卷製成。PeX和CPVC管材也是由剛性「接頭」或柔性卷製成。銅的回火，無論是剛性「接頭」的還是柔性卷的，都不會影響其尺寸。

水管厚度和管壁可能有所不同。管壁厚度按不同比例來表示，英國的大口徑聚乙烯管用標準尺寸比（SDR）來表示，即管徑與其壁厚之比。管壁厚度隨著管徑的增大按比例增加，管徑可以是壁厚的20、40、80倍，特殊情況下還可以更高。該比例很大程度上取決於系統的工作壓力，壓力越高則要求管壁越厚。銅管有四種壁厚：DWV型（壁最薄；僅允許作為UPC排水管）、M型（薄；通常只允許作為IPC排水管）、L型（較厚，用於水管和供水服務的標準壁厚）和K型（最厚，通常在地下用於主管和水錶之間）。由於管道是商品，因此管壁越厚意味著初始成本越高，通常也更具耐用性，並適應更大的壓力公差。

管壁的厚度並不影響管的尺寸。1/2"的L型銅管與1/2"的K型或M型銅管具有相同的外徑。其它的管道度量系統也一樣。因此，當壁厚增加時，由於內徑減小了，壓力損失會略有增加。換句話說，1英尺的1/2"L型銅管的流量略小於1英尺的1/2"M型銅管。

### 材料

古代的供水系統依靠重力來供水，使用的管道或水渠通常由黏土、鉛、竹子、木頭或石頭製成。供水管道，尤其是水管，會使用箍以鋼帶的空心原木。在接近500年以前，英國就使用原木來分配水了。美國的城市從18世紀後期到19世紀，開始使用空心原木。今天，大多數供水管道由鋼、銅和塑料製成; 而大多數排水管則由鋼、銅、塑料和鑄鐵製成。

管路系統中直的部分被稱為「管」。管通常由鑄造或焊接而成，也可以通過擠型而成。通常，厚壁管可以使用螺紋連接或焊接，而薄壁管則需要特殊的連接技術，例如釺焊，壓縮裝配、卷邊，或用於塑料的溶劑焊接。在管道及配件中，更加詳細地討論了這些連接技術。

#### 鋼

用於飲用水供應和分配的鍍鋅鋼管，其標稱管道尺寸通常為3/8in至2in。今天的新建住宅已經很少使用這種管道了。根據美國國家標準管螺紋（National Pipe Thread，NPT）的標準，鋼管使用錐形外螺紋，與彎頭、三通、接頭、閥門和其它配件上的錐形內螺紋相連接。鍍鋅鋼管（通常在管道行業中簡稱為「鍍鋅管」或「鐵管」）相對較貴，並且由於重量較大且需要套扣設備而難以使用。它仍然被保留下來的普遍用途包括，修復現有的鍍鋅管系統，以及在酒店、公寓和其它商業建築中滿足通常建築規範的阻燃性要求。它也非常耐用，且能夠抵抗一定的機械損傷。黑漆鋼管是用於自動噴淋和天然氣的最廣泛使用的管材。

大多數典型的單戶住宅系統並不需要超過3/4in的供水管道，成本是原因之一。另一個原因是，隨著時間的推移，鋼管內部鍍鋅塗層的鋅會發生脫落，從而造成內部生鏽和形成礦物沉積而阻塞管道。用於飲用水配送的鍍鋅鋼管，其使用壽命約為30至50年，在具有腐蝕性水污染的地區其壽命更短，而且這種情況並不少見。

#### 銅

二十世紀下半葉，銅管被廣泛用於生活用水系統。由於銅價大幅上漲，對銅產品的需求下降，導致對替代產品的需求有所增加，包括交聯聚乙烯和不鏽鋼。

#### 塑料

<image>

塑料管廣泛用於生活供水和排水系統（Drain-Waste-Vent，DWV）管道。作為主要材料的聚氯乙烯（PVC）是在19世紀開始實驗性生產的，但直到1926年才開始實用性生產。當時BF古德里奇公司（BF Goodrich Co.）的沃爾多·塞蒙開發了一種塑化PVC的方法，使其更易加工。PVC管於1940年代開始製造，並在二戰後德國和日本的重建期間被廣泛用於排水管道。在1950年代，西歐和日本的塑料製造商開始生產ABS樹脂管。生產交聯聚乙烯（PEX）的方法也是在1950年代開發的。塑料供水管，以及各種材料和配件，變得越來越普遍。

- 聚氯乙烯（PVC）/氯化聚氯乙烯（CPVC）——硬質塑料管類似於PVC排水管，但管壁更厚，以承受市政水壓，於1970年左右推出。PVC代表聚氯乙烯，它已成為金屬管道的常見替代品。PVC應當僅用於冷水或通風。CPVC可用於冷熱飲用水供應。根據規範要求，應使用清潔劑和膠水進行連接。
- 聚丙烯（PP）——該材料主要用於家庭用品、食品包裝和臨床設備。但自1970年代初以來，全世界越來越多地將其用於家用冷熱水。PP管是熱熔的，不適合使用膠水、溶劑或機械配件。PP管通常用於綠色建築項目。
- 聚對苯二甲酸丁二酯（PBT）——柔性（通常為灰色或黑色）塑料管，連接著帶倒鉤的配件，並用銅壓接環固定到位。PBT最早的製造商管材與配件（tubing and fittings）因該系統故障導致的集體訴訟而陷入破產。不過，PB和PBT管已經重返市場，並且有了新的規範，通常首先用於「暴露位置」，如立管。
- 交聯聚乙烯（PEX）——交聯聚乙烯系統，採用帶倒鉤的機械連接配件，以及壓接的鋼環或銅環。
- 聚乙烯儲罐——塑料聚乙烯蓄水池、地下水箱、地上水箱，通常由線性聚乙烯製成，適合作為飲用水儲水箱，可以是白色、黑色或綠色。
- 鋁塑管——即PEX-Al-PEX，在PEX層之間夾有一層鋁管，並以改良的黃銅壓縮配件連接。2005年，有大量這種配件被召回。

如今的供水系統使用高壓泵網路，建築物中的管道則由銅、黃銅、塑料（尤其是被稱為PEX的交聯聚乙烯，估計在單戶住宅中的使用率達60％）或其它無毒材料製成。由於其毒性，美國大多數城市在1920年代已逐漸淘汰鉛供水管道，儘管鉛管在1980年代還被美國管道規範所批准。而鉛被用於飲用水的管道焊接，直到1986年才被禁止。排水管線由塑料、鋼、鑄鐵或鉛製成。

### 圖集

<image>

- 俄羅斯梅季希的水管紀念碑

<image>

- 用於壓力容器的特製水管。該水管道可以保持高壓水，並且相對較細。

<image>

- 混凝土水管

<image>

- 以不鏽鋼攻套管將閥門（紅色）連接到一條現有的水管線（白色管道）。在新連接的後面做了一個混凝土推力塊。

## 配件

<image>

除了長管以外，管路系統中也會使用管道配件，如閥門、彎頭、三通和接頭。管道和配件會使用管架和綁帶來固定。

取水設備是使用水的可更換設備，可以連接到建築物的管路系統。它們被認為是「固定裝置」，因為它們是建築物的半永久性部件，通常不是單獨擁有或個別維護的。終端用戶可以看得見取水設備，而取水設備也是為他們設計的。取水設備的例子有：抽水馬桶、小便斗、坐浴桶、蓮蓬頭、浴缸、公共設施和廚房盥洗盆、飲水噴頭、製冰機、增濕器、空氣清洗器（air washer）、噴泉和洗眼裝置。

### 密封

螺紋管道的接合處會使用生料帶或管道塗料密封，許多管道設備則會使用管工膩子封在其安裝的表面上。

## 設備和工具

<image>

管路設備通常藏在牆裡，或者位於公共設施空間，而不為公眾所見。它包括水錶、泵、膨脹水箱、防倒流設備、水過濾器、紫外線殺菌燈、硬水軟化器、水加熱器、換熱器、儀器儀表和控制系統。

管工要做好工作，需要很多工具。雖然許多簡單的管工工作可以只靠幾種常用的手持工具來完成，但那些更複雜的工作則需要專門的工具，這些工具是專門設計的，它們能使這些工作變得更加容易。

專用的管工工具包括管扳鉗、擴口鉗、管鉗、彎管機、截管器、板牙，以及連接工具，如焊槍和壓接工具。並且人們也在不斷開發新的工具，來幫助管工更高效地處理問題。例如，管工用攝像機來檢查隱蔽的洩露或其它問題，他們將水射流和連著鋼纜的高壓泵用於非開挖下水管線更換。

過多雨水造成的洪水或下水道堵塞，可能需要專門的設備，例如設計用真空來抽取原始污水的重型泵車。

## 問題

房屋的管路系統中已經證實存在細菌。幾個世紀以來，人們已經知道社區供水系統可以傳播像傷寒和霍亂這樣的水傳播疾病，但是最近才認識到「伺機性房屋管路系統病原體」；1976年發現的嗜肺軍團菌、鳥分枝桿菌和綠膿桿菌是最常發現的細菌，免疫力低下的人吸入或攝入這些病菌就有可能受感染。這些伺機性病原體可以生長在水龍頭、淋浴頭、熱水器和管壁等處。這些地方有利於細菌生長的原因包括「高表面積與體積比、間歇性停滯、低消毒劑殘留和升溫循環」。高表面積與體積比（例如比較大的表面積）使得細菌可以形成生物薄膜，保護細菌免受消毒影響。

## 規範

<image>

在人口密集地區的大部分管道工作是由政府或准政府機構來規範的，因為這直接影響到公眾的健康、安全和福利。住宅和其它建築的管道安裝和修復工作，通常必須按照管道和建築法規來進行，以保護建築中的居民，以及為未來的買家確保安全、高質量的結構。如果工作需要許可證，管道承包商通常需要從代表住戶或業主的當局獲得資質。

### 澳大利亞

在澳大利亞，負責管路監管的國家管理機構是澳大利亞建築法規委員會（Australian Building Codes Board）。他們負責制定國家建築法規（National Construction Code，簡稱NCC）的第3卷管路條例2008和澳大利亞管路法規。

每個州級政府都有他們自己的管理局和法規來給管工頒發執照。他們還負責對NCC上列出的法規進行解釋、管理和執法。通常，建立這些管理局唯一的目的就是在各個州/領地來規範管路相關活動。然而，一些州級監管法案已經很過時了，其中一些法案仍然基於十多年前實施的地方政策。這導致當前政策未涵蓋到的管路監管問題越來越多，因此，許多政策目前正在進行更新以涵蓋這些新問題。這些更新包括，更改頒發執照所需的最低經驗和培訓要求，新的和更具體的管道類型的附加工作標準，以及將澳大利亞管道規範（Plumbing Code of Australia）納入州法規，以使全國的管道法規標準化。

### 英國

英國的專業機構是管道和暖氣工程特許協會（教育公益組織），但是實際上該行業仍然是幾乎不受控制的；並沒有一個系統來監控無資質的管工，或那些選擇自己進行安裝和維護工作的業主的活動，儘管他們操作不當時會產生健康和安全問題；參見世界衛生組織（WHO）和世界管路委員會（WPC）共同發布的《管路系統與健康》（Health Aspects of Plumbing，簡稱HAP）。WPC隨後向世界衛生組織派出了一名代表，來推進和管路系統與健康相關的各種項目。

### 美國

在美國，管路系統規範和許可一般都是由州和地方政府控制的。在國家層面，由美國國家環境保護局來指導如何讓管材和配件構成無鉛管路系統，以遵循《飲用水安全法》（SDWA）。

一些在美國廣泛使用的標準是：

- ASME A112.6.3 - 樓層與溝渠排水
- ASME A112.6.4 – 屋頂、地板和陽台排水
- ASME A112.18.1/CSA B125.1 – 管道供應配件
- ASME A112.19.1/CSA B45.2 – 鑄鐵搪瓷和鋼搪瓷管道裝置
- ASME A112.19.2/CSA B45.1 – 陶瓷水管裝置