水疗水力设计·泳池与 Spa 设备

水疗按摩喷嘴:文丘里引气、哈特福德防回水环路与增压泵流量核算

水疗按摩喷嘴在管件内混合空气与水流以形成高速充气湍流,其专用水气回路独立于水疗池的再循环、过滤与加热系统。

依据《国际泳池与水疗池规范》(ISPSC, 2021),水疗按摩喷嘴(hydrotherapy jet)是将空气与水混合、形成高速充气水湍流的管件,而引气系统(air induction system)则把空气引入预埋于池底、座凳或按摩喷嘴内的中空风道。依据 MAHC 第 4.7.5.4.3、4.7.5.2.1 与 4.7.5.2.2 节,水疗按摩喷嘴系统须独立于再循环、过滤及加热系统运行,且不大于 0.5 小时的最大允许换水周期仅按流经过滤系统的流量计算: 国际泳池与水疗池规范(ISPSC, 2021) · 美国疾控中心示范水上健康规范(MAHC, 2024).

依据喷射混凝土按摩三通安装技术单,每只文丘里三通内部采用 3/8 英寸喷嘴孔径并接入环形闭合分水歧管;在 60 英尺水头下,强劲水流需每只 15-20 gpm,适中水流需每只 14-17 gpm,且单只三通流量上限为 20 gpm,超出后会导致部分喷嘴工作异常。鼓风机与引气管路通过防回流阀、高出水面的哈特福德防回水环路(Hartford loop)或将鼓风机安装在水面以上来防止池水倒灌。

关于循环过滤泵负责水处理设备、按摩喷嘴回路负责各按摩分区的机房泵组配置,请参阅 泳池与 Spa 设备总览 并结合池体几何与座凳布置参阅 嵌入式 Spa 设计指南。

完工的嵌入式瓷砖混凝土水疗池,水下座凳上方池壁内嵌水疗按摩喷嘴,将空气与水混合成水下充气湍流。
淹没于水线以下的池壁水疗按摩喷嘴将空气与水混合,沿混凝土水疗座凳形成高速充气湍流。

水疗按摩喷嘴回路与过滤循环回路有何区别?

依据 ISPSC 定义,水疗池(spa)供人浸入闭合系统中循环的温控水体,且并非设计为每次使用后排空再注水;系统通常包含过滤器、加热器、一台或多台水泵与控制器,也可配备灯具、鼓风机及消毒投加设备。在《国际泳池与水疗池规范》(ISPSC, 2021)中,“再循环系统”指向“循环系统”定义,即由水泵、毛发杂物过滤器、过滤砂缸或滤芯、阀门、仪表、流量计、加热器、表面撇渣器、进出水口管件及药剂投加装置协同保持池水清澈卫生,且第 505.1 节要求公共水疗池回水口布置能够维持均匀循环与消毒剂余量。

在《示范水上健康规范》(MAHC, 2024)中,第 4.7.5.4.3 节明确水疗按摩喷嘴系统须独立于再循环、过滤与加热系统,第 4.7.5.4.1 节允许空气经由水疗按摩喷嘴系统和/或在过滤之后注入。第 4.7.5.2.1 与 4.7.5.2.2 节规定水疗池最大允许换水周期不大于 0.5 小时,且仅根据通过过滤系统的流量计算;第 4.7.5.3 节还要求水下座凳表面下方至少设置两个间距不小于 3 英尺(0.9 m)的可调过滤进水口。商业换水周期与吸水口核算详见 商业热水池规范与过滤换水周期。

座凳人体工学需把完工座面、使用者体型与所选喷嘴放在一起形成落座适配记录;而运动水疗池(游泳水疗池)产生可供原地游泳的水流,并设有足以容纳 APSP 16 所规定第 99 百分位人体的无遮挡水体,且可配置周边理疗按摩座与独立控制: 水疗按摩喷嘴定位与人体工学 · 游泳水疗池与泳池水力负荷对比。

对比卫生再循环过滤加热回路与独立水疗按摩增压泵、环形分水歧管及文丘里引气回路的双回路水力示意图。
双独立水疗回路示意图:过滤与加热再循环回路仅按过滤流量核算 0.5 小时换水周期,水疗按摩喷嘴水气回路完全独立运行。

如何按喷嘴数量与水头核算水疗增压泵流量?

专用水疗增压泵应按实际安装的理疗三通数量与工作水头选型,而非仅看电机铭牌马力。喷射混凝土理疗三通安装单要求每只文丘里三通内部配备 3/8 英寸喷孔,且按摩分水歧管必须做成闭合环路(looped manifold)以均衡各座位的供水。

在 60 英尺水头条件下,这类 3/8 英寸喷孔三通实现强劲水流需每只 15-20 gpm,适中水流需每只 14-17 gpm。单只三通流量一旦超过最大 20 gpm,会导致部分喷嘴无法正常工作,因此增压总流量应同时落在单喷嘴区间与安装单给出的 Schedule 40 PVC 管径流量表内。

Schedule 40 PVC 管道最大额定流量与理疗三通单只需水量

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管路类别 / 流速基准1-1/2 英寸管2 英寸管2-1/2 英寸管3 英寸管3/8 英寸喷孔三通(60 英尺水头)
吸水管:6 fps 标称流量38 gpm63 gpm90 gpm138 gpm每只 15-20 gpm(强劲水流)
回水管:8 fps 标称流量51 gpm84 gpm119 gpm184 gpm每只 14-17 gpm(适中水流)

核算示例:三通数量、水头换算与管道连续性方程

以表中 2-1/2 英寸吸水管列(6 fps 下标称 90 gpm)为例:按强劲水流下限每只 15 gpm 计算,90 gpm ÷ 15 gpm = 6 只理疗三通。若按单只上限 20 gpm 核算,假设布置 4 只三通共需 80 gpm,仍处于 90 gpm 吸水列内;假设布置 5 只三通则需 100 gpm,超出 90 gpm,需升级至 3 英寸吸水管列(6 fps 下为 138 gpm)。

按 1 psi = 2.31 英尺水头,将安装单标注的 60 英尺水头除以 2.31 得 25.97 psi,同一换算表另列 1 英尺水头 = 0.433 psi。管道连续性公式为 Q = A × V,圆管流量写作 Q (cfs) = 0.785 × (管径, ft)² × (流速, fps),其中 1 立方英尺 = 1728 立方英寸,1 立方英尺水 = 7.48 加仑,1 美制加仑 = 4 夸脱 = 231 立方英寸: 田纳西州环境与保护部(TDEC)水力公式手册 · 美国国家标准与技术研究院(NIST)计量单位总表附录 C.

喷射混凝土施工前穿过钢筋笼布置的白色 Schedule 40 PVC 环形按摩分水歧管、文丘里三通、带试压封帽的水平短管与上方引气管。
混凝土池壳喷射前预埋的 Schedule 40 PVC 环形闭合按摩歧管与文丘里三通配管示例。

文丘里鼓风机与哈特福德环路如何防止池水倒灌?

依据 ISPSC 第 317.1 至 317.5 节,该节适用于借助动力泵或被动设计把空气引入 A 类公共池及住宅泳池与水疗池的装置与系统。鼓风机系统须按 UL 1563 或 CSA C22.2 No. 218.1 配置防回流保护,引气系统须按制造商技术参数选型,且鼓风机必须预留检修与维护通道。

依据公共使用一体式设备规范 NSF CCS-11804 第 1.7.6 节,鼓风机系统须通过以下一种或多种方式防止池水向设备倒灌:防回流阀、哈特福德防回水环路(Hartford loop,即抬高防回水弯管),或将鼓风机安装高度设在池水线以上;同时一体式空气通道须能承受制造商最大额定工作压力的 150% 并保持不少于 5 分钟。在现浇喷射混凝土池壳上,理疗三通安装单要求引气管路中始终建造哈特福德环路。

ISPSC 第 317.3 节要求进气口不得引入积水、泥尘或其他污染物,MAHC 第 4.12.1.9 节要求引气系统防止可能引发触电危险的池水倒灌,第 4.12.1.9.1 节要求进气口不得引入有毒烟气或其他污染物;关于鼓风机进风口选址、机房通风与隔声降噪,请参阅 设备机房选址、隔声与通风设计。

展示水疗引气管路抬升越过池水线形成哈特福德环路的剖面示意图,并同时标注防回流阀与鼓风机高于水线这三种 NSF CCS-11804 防回水方式。
空气防回水剖面示意图:依据 NSF CCS-11804 第 1.7.6 节,可通过高出水线的哈特福德环路、防回流阀或将鼓风机安装在水线以上防止池水倒灌。

规范对管内流速、定时开关与急停装置有何要求?

ISPSC 第 311.3 节按各再循环系统的设计流量计算管内流速,MAHC 对再循环管路的吸水侧与出水侧规定流速上限。ISPSC 第 311.3 节要求按各再循环系统的设计流量计算流速:铜及铜合金管不超过 8 fps(2.4 mps),公共泳池与水疗池吸水管不超过 6 fps(1.8 mps)、回水管不超过 8 fps(2.4 mps)(第 311.3.1 节),住宅泳池与水疗池吸回水管均不超过 8 fps(2.4 mps)(第 311.3.2 节);MAHC 第 4.7.1.7.2.1 与 4.7.1.7.2.2 节同样规定在无专门工程论证时,再循环泵出水侧流速不超过 8 英尺/秒(2.4 m/s),吸水管流速不超过 6 英尺/秒(1.8 m/s)。

公共水疗池的喷嘴限时器与紧急停机开关因所采信规范与场所性质而异。ISPSC 第 504.2 节规定公共水疗池按摩喷嘴受最大设定值 10 分钟的循环定时器限制,安装于距池不小于 5 英尺(1524 mm)、紧邻且目视可见处;而 MAHC 第 4.12.1.10 与 4.12.1.10.1 节规定定时器不超过 15 分钟且设在池内洗浴者触及范围之外。公共水疗池中,ISPSC 第 504.1 节要求急停开关便于触及、目视可见,并设在距池内壁水平距离 5 英尺(1524 mm)至 10 英尺(3048 mm)之间,以切断循环泵、按摩泵与鼓风机;MAHC 第 4.12.1.11 与 4.12.1.11.2 节要求在同一目视与距离范围内设置标明用途的急停开关,以停止再循环系统与水疗按摩喷嘴系统的电机;ISPSC 第 504.1.1 节另要求不低于 80 分贝声压级的声报警,以及靠近水疗池、在急停动作后持续亮起直至解除的警示灯;第 901.2 节使永久住宅水疗池不适用第 504.1 与 504.1.1 节;第 313.7 节另行要求切断再循环泵、按摩泵与鼓风机的急停开关,并将住宅水疗池排除在该节之外。

服务于循环泵或按摩增压泵的水下吸水口均须具备防吸困保护:ISPSC 第 310.1 节规定遵循 APSP 7(ANSI/PHTA/ICC 7,符合 UL 1563 或 CSA C22.2 No. 218.1 认证的便携式水疗池除外),联邦法规 16 CFR Part 1450 要求在美国制造、分销或进入商业流通的每一只泳池与水疗池排水口盖板符合 ANSI/APSP/ICC-16(2017年8月18日批准),而 15 U.S.C. § 8003 要求公共及多户住宅配套水疗池自 2007年12月19日满 1 年起配备符合 ASME/ANSI A112.19.8 或后续标准的防吸困装置: 16 CFR Part 1450(美国消费品安全委员会排水盖法规) · 15 U.S.C. § 8003(联邦泳池与水疗池安全法).

速查参数表:管内流速上限、分列定时器、急停开关与防吸困标准

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控制项目技术指标 / 限值规范条款与适用范围
公共再循环管路流速吸水管 ≤ 6 英尺/秒(1.8 m/s);回水/出水管 ≤ 8 英尺/秒(2.4 m/s)ISPSC 311.3.1;MAHC 4.7.1.7.2.1 与 4.7.1.7.2.2(MAHC 允许工程论证例外)
住宅管路与铜管流速住宅吸水与回水管 ≤ 8 fps(2.4 mps);铜及铜合金管 ≤ 8 fps(2.4 mps)ISPSC 311.3 与 311.3.2(按各再循环系统设计流量核算)
按摩循环定时器(ISPSC)最大设定 10 分钟;距池 ≥ 5 英尺(1524 mm),紧邻且目视可见ISPSC 504.2(适用于公共水疗池,并通过 901.2 适用于第 9 章永久住宅水疗池)
按摩分钟定时器(MAHC)不超过 15 分钟;安装在池内洗浴者触及范围之外MAHC 4.12.1.10 与 4.12.1.10.1(公共水上场所)
公共水疗池紧急停机开关距池内壁水平距离 5 英尺(1524 mm)至 10 英尺(3048 mm),目视可见ISPSC 504.1(切断循环泵、按摩泵与鼓风机)及 MAHC 4.12.1.11 / 4.12.1.11.2
公共急停声光报警与住宅豁免不低于 80 分贝声压级声报警,以及靠近水疗池、急停动作后持续亮起直至解除的警示灯ISPSC 504.1.1;第 901.2 节使永久住宅水疗池不适用第 504.1 与 504.1.1 节,第 313.7 节将住宅水疗池排除在该节自身的急停要求之外
过滤换水周期与池内进水口≤ 0.5 小时(仅计过滤流量);座凳下至少两个间距 ≥ 3 英尺(0.9 m)可调进水口MAHC 4.7.5.2.1、4.7.5.2.2、4.7.5.3 与 4.7.5.4.3(按摩回路独立)
鼓风机防回水与耐压测试防回流阀、哈特福德环路或鼓风机高于水线;一体风道承受 150% 最大额定工作压力至少 5 分钟NSF CCS-11804 第 1.7.6 节规定三种防回水方式与耐压测试;ISPSC 第 317.2 节要求按 UL 1563 或 CSA C22.2 No. 218.1 配置防回流保护
吸水防吸困与排水盖标准ANSI/APSP/ICC-16 2017 排水口盖板;APSP 7 防吸困设计;ASME/ANSI A112.19.8 或后续标准16 CFR Part 1450;ISPSC 第 310.1 节;15 U.S.C. § 8003(含多户住宅配套公共池)
户外混凝土水疗设备基础垫板,左侧为无品牌标识的 PVC 再循环水泵、过滤器与加热器管组,右侧独立布置专用水疗增压泵与带检修空间的立式鼓风机。
将再循环过滤加热机组与专用按摩增压泵及可检修鼓风机分开布置的机房垫板示例。

常见问题解答

水疗按摩增压泵的流量能否计入 0.5 小时过滤换水周期?

不能。依据 MAHC 第 4.7.5.4.3 节,水疗按摩喷嘴系统须独立于再循环、过滤与加热系统,且第 4.7.5.2.2 节规定 0.5 小时最大换水周期仅根据通过过滤系统的流量计算。

6 fps 流速下,2-1/2 英寸 Schedule 40 PVC 吸水管可带多少只 3/8 英寸喷孔理疗三通?

依据喷射混凝土理疗三通安装单,2-1/2 英寸 Schedule 40 PVC 吸水管在 6 fps 下标称流量为 90 gpm:按强劲水流下限每只 15 gpm 核算可带 6 只三通(90 gpm ÷ 15 gpm = 6),按每只上限 20 gpm 核算可带 4 只三通(80 gpm)。

嵌入式混凝土水疗池为何要在引气管上设置哈特福德防回水环路?

哈特福德环路(Hartford loop)是向上抬升越过水线的防回水弯管,用于阻止池水顺引气管倒灌至鼓风机或进风口;它与防回流阀、将鼓风机安装在水线以上并列为 NSF CCS-11804 第 1.7.6 节规定的三种防回水机制。

参考资料与标准来源