給水系統管線之耐用年限

依據何恭聖,(2002)^A4〝住宅給排水衛生設備健康檢查之研究〞

於

建築 結構體與給排水衛生設備的耐用年數表，載明指出一般而言建築構造體的 耐用壽命為30~65年，給冷水系統的管線耐用壽命約10~30年，給冷水系統 的器具耐用壽命約10~20年，給熱水系統的管線耐用壽命約10~30年，給熱 水系統的器具耐用壽命約6~15年，本研究彙整給冷水系統與給熱水系統的 耐用年限如附表一。

表一、給冷水系統與給熱水系統的耐用年限

依據蔡靜宜,(2008)^A5〝從物業管理觀點探討既有建築物給排水管路診

2.2影響給水系統管線腐蝕與劣化之相關文獻

有些行況下腐蝕率隨時間逐漸降低。

管線內壁沖磨腐蝕(Erosion Corrosion)是在原本即已受侵 蝕的金屬表面，再因水流動磨擦而加速其腐蝕速度，發生機制是 因流體流速過快而除去管線內壁保護膜(如金屬氧化物和碳酸 鈣)。此種沖磨腐蝕是由於流體高速流動、擾動、流動方向突然 改變及流體中懸浮物質的摩擦作用，而導致管線內壁表面凹陷或 穿孔，彎度較大的管線內壁較易發生沖磨腐蝕。

而管線內部腐蝕方面，Bitton,(1994)^B1指出當管線內壁出現 鐵細菌並附著，形成許多微小的腐蝕機制開始腐蝕，沿著水流的 方向於管線內壁面上形成一層薄膜，此膜經過一段時間後變成大 小不一的瘤狀結垢，期內充滿了氧化亞鐵和硫化鐵等物質。這種

瘤狀結垢具有造成管線阻塞之可能性且沿著管線內壁周圍均勻 生長，並導致管線內壁的腐蝕現象，故水中溶氧是管線內壁腐蝕 的起因，而瘤狀結垢物為其腐蝕產物，若管線內壁環境中有鐵氧 化菌存在，容易加速管線內壁結垢物的成長與阻塞。Harrison et al.,(2005) ^B2指出阻絕氧的供應，從而形成氧濃度差有利腐蝕反 應進行，而菌體代謝的過程會對腐蝕產生催化作用。Kinzler et al.,(2003) ^B3指出以管線內壁腐蝕而言，在含鐵高的自來水中，

鐵細菌分布廣泛、形態多樣(有桿狀、球狀、絲狀等)，鐵細菌能 把水中溶解的亞鐵氧化成高鐵形式。Beech et al.,(2004) ^B4指出 沉積於菌體周圍，鐵細菌常在自來水管線內壁附著生長，形成結 瘤造成通水面積變小，並且還能形成氧濃度差而腐蝕管線內壁，

使出現〝紅水〞惡化水質。

EPA指出我們的飲用水的供水系統最大一個問題為腐蝕，腐 蝕主要原為氧化或化學作用。EPA估計，1380億美元將需要在未 來 20年保持和取代現有的飲用水的供水系統和770億美元這將 竭誠為供水系統的管線維修和恢復。

(http://www.epa.gov/nrmrl/wswrd/cr/corr_res_iron.html) ^B5

資料來源:

(http://www.epa.gov/nrmrl/wswrd/cr/corr_res_iron.html) ^B5

2.2.2劣化之探討

依井上宇市等,(1995)^B6，〝建築設備の維持保全と劣化診斷〞指 出一般建築設備的劣化主要有下列三大類:

(1)設備的物理劣化 (2)設備的機能劣化 (3)設備的社會劣化

建築物的給水系統是很多是由設備、材料所構成的，而這一些設 備以及材料也是由各種零件組成的，隨著時間以及使用的消耗磨損，

這些設備的零件逐漸老化，而導致設備系統的「物理及機能劣化現 象」。但是物理性的劣化卻會使設備發生故障，而降低原有的使用效 能。因此當物理性劣化發展到最後，就是故障率的發生。依種田稔 等,(1989)^B7〝設備配管の改修と耐久設計指出故障率的時間變化如 圖四所示，設備在初期使用時，由於處在試驗階段故障率較高，但是 其故障率隨著時間降低。而在耐用年限中所發生的偶發故障，其故障 率不大，但是一旦超過設備本身的使用年限，則磨損故障造成的故障 率將越來越高。此時必須加以更新修復。

圖四、故障率的時間變化^B2

依佐滕文人,(1991)^B8，〝建物更新における社會的要因の劣化 現狀〞指出造成設備的社會劣化的因素非常複雜，較難加以推估及 量化。與成大環境控制室,(1994)^A7，〝新建築與設備的接點〞指出 由於技術隨著時代的變遷而不斷的革新，社會要求水準提高導致人

們對於原有設備機能已無法滿足，即所謂的「時代性的劣化」如圖 五。時代性的劣化並不會影響到設備本身原有的機能，因此佐滕文 人,(1991)^B8指出社會劣化的與成大環境控制室,(1994)^A6時代性的劣 化不謀而合。

故本研究以住宅類建築物的給水系統的管線內部為主要探討範 疇，是以給水系統之管線材料的物理及性能的劣化為主。

圖五、劣化的概念^A8

給水系統的管線內部劣化內容與現象中以下是最常被舉例出來 如表三所示。給冷水系統的管線內部與給熱水系統的管線內部跟劣 化有關的項目彙整如表四所示。給水系統管線材質為鍍鋅鋼的劣化 是因為管內腐蝕而產生紅水現象，經過這現象而產生漏水。石正義 譯,(2000)^A8，〝漏水問題與解決對策-設備編〞指出紅色銹水為自來 水水質異常現象之一，產生紅色銹水的原因有(1)、鐵製自來水管線 產生銹(2)、因鐵細菌引起(3)、錳與鐵混入自來水中。日本建構設 備診斷機構,(2005)^B9，〝設備配管の診斷，改修實務〞指出探討管 線內部的劣化現象需要從水質、水量、管材強度著手。水質包含了 生活用水品質與工業之空調、排水、洗淨、冷卻裝置用水及農業之 食品、洗滌、飲食等用水。水量的供給包含供給的時間及壓力的充 足與否。以及管材強度是否有漏水、破裂之現象。管線內部的劣化 原因如圖六所示。

表三、給水系統的管線內部劣化內容與現象

給水系統的管線內部劣化內容 給水系統的管線內部劣化現象 1. 腐蝕生鏽

2.管壁厚度變薄 3.管線自然脆化

4.管內結垢(微生物附著)

1.水量減少 2.紅色銹水 3.漏水 4.水質變差

資料來源: 日本建構設備診斷機構,(2005) ^B9

，

本研究補充整理。

管線內部劣化原因 水量不足 水質不良

管材強度

壓力及用量不足 結垢生銹

管線漏水

圖六、管線內部劣化原因^B9

表四、給冷水系統的管線內部與給熱水系統的管線內部劣化內容與不良現 SUS304

管內結垢 － － － ◎ － ◎

◎:劣化伴隨不良現象 －:無此現象

資料來源: 日本建構設備診斷機構,(2005) ^B9

本研究補充整理。

2.3給水系統管線之生物膜的相關文獻

2.3.1生物膜之相關文獻

生物膜(Biofilm)之結構由物理性、化學性和生物性所組合，

其結構包含生物膜的厚度(Biofilm Thickness)、密度(Biofilm Density)和外形(Biofilm Suface Shape)等。Picioreanu et al.,(1998) ^B10指出生物膜外形對反應之穩定性是重要因子之一，生 物膜的密度影響生質量(Biomass)的濃度進而直接造成基質改變，這 些因素所導致之反應對於能否建構完整生物膜是相當重要的。孫文 益，(2005) ^A9指出管線內壁腐蝕，一般泛指為生物腐蝕(Microbially Influenced Corrosion,MIC)，微生物的快速增長，會改變管線周圍 的物理和化學環境，進而增加管線內壁的腐蝕速率，嗜氧菌(Aerobic Microbes)會消耗氧氣，增生後在管線內壁面上形成一層生物膜。

2.3.1.1微生物與介質之接觸

自來水中有機物質吸附至管線內壁(固體介質)（substratum）

的表面上，造成介質表面性質改變，成為「條件介質」（conditioned substratum），而形成一種利於微生物附著之生長環境，稱之為 conditioning films （Donlan,2002）^B5，產生吸附的菌體雖對管線 內部的粗糙度影響不大，但會改變管線內部的表面電荷和疏水性等 表面特徵，同時提供微生物生長所需營養物質，為菌體發生黏附創 造有利條件。當環境中的微生物隨著自來水中移動，則有機會與介 質表面接觸（圖七步驟5→步驟1）然而，不同材質的給水系統管線 與自來水接觸後，水中各種物質，如各種細菌微生物、蛋白質等可 能會通過疏水作用、表面化合反應等作用吸附到給水系統的管線內 部，吸附速率取決於水中養分的含量及水流特徵等（Tanyolac and Beyenal,199）^B12。

圖七、生物膜生長示意圖(Montana State University Center for Biofilm Engineering，2011) ^B13

2.3.1.2吸附

1.物理性吸附（Physical adsorption）

當微生物接觸到介質表面後，菌體可藉由微細構造暫時性 的吸附到介質表面，菌體分泌之胞外聚合物亦可能影響其吸附能 力（圖七步驟1所示），而由於細菌種類、生長條件的不同和物 體表面的差異，導致菌體吸附表面的機制也會不相同（Lee and Newman,2003）^B14。菌體附著到介質表面的機制有以下幾種方式

（Costley and Wallis,2001）^B15：

(1) 菌體表面經帶負電容易與介質表面產生靜電，產生菌體與介 質表面互相吸引或排斥之現象。

(2) 介質表面電價先吸引一些水溶性的高分子化合物；其次

，菌體在附著於其上。其藉由體表的鞭毛（flagella）、

纖毛（fimbriae）和線毛（pili）直接附著，有時也可分 體仍作布朗運動，因此，流體剪切力（shear force）或其他物 理化學因素會解除此黏附機制，此時，菌體處於一種不穩定的可 逆附著（reversible attachment）狀態。發生可逆性吸附的菌 體和有機物質都來源於水體中的懸浮性物質，因而水中微生物的 種類和數量及其狀態都會決定可逆性吸附的發生速度和過程。

2.化學性吸附（Chemisorption）

發生可逆性吸附後，有些菌體分泌大量具黏和作用的胞外聚 合物，可將微生物、有機質和配水管壁緊黏繫在一起，使此附著 作用轉變為不可逆性（irreversible attachment）的化學性吸 附。然而，微生物發生不可逆性吸附是在生物膜發育過程中的重 要關鍵階段，此可禁的起管壁內較高流速水利沖刷的菌體並逐漸

形成結構複雜的生物膜。 著（Antoniou et al.,2005）^B16。

隨著菌體持續吸附及其繁殖菌體的不斷增生，給水系統的管線

新生之菌體將持續在此結構中增生（Center for Biofilm

Engineering，2011）^B13。隨著菌體增生及胞外聚合物之累積，生物 膜越來越厚實，最後達到穩定期（steady state）之成熟的立體結 構（圖七步驟3→步驟5）。

2.2.1.5菌體脫附

胞外聚合物雖提供微生物保護屏障，同樣地，由於較大的阻力 而阻止了基質，尤其是溶解氧向其縱深的擴散傳遞，當生物膜超過

一定厚度後，導致生物膜內部PH值下降且內部出現厭氧區；當生物

（sloughing）（Stewart，1993）^B17。磨損和沖蝕皆指自生物膜表 面釋出菌體，但機制卻截然不同；沖蝕是因為系統中流體產生的剪

（sloughing）（Stewart，1993）^B17。磨損和沖蝕皆指自生物膜表 面釋出菌體，但機制卻截然不同；沖蝕是因為系統中流體產生的剪

在文檔中 華夏機構典藏 HWHIR : Item 987654321/756 (頁 22-0)