淺議建筑壓力流排水系統(tǒng)*

郭興宇 王增長(zhǎng)

建筑物內(nèi)部的排水系統(tǒng)是建筑設(shè)備完成其服務(wù)功能的重要組成部分,其作用是將人們生活和工業(yè)生產(chǎn)過程中使用過的受到污染的水收集起來,及時(shí)地排到戶外。排水系統(tǒng)的設(shè)計(jì)是否科學(xué)合理直接影響著整個(gè)建筑物內(nèi)生活工作的人群,被人們視為住宅設(shè)備的“心臟”。建筑物的排水系統(tǒng)如果有缺陷,如出現(xiàn)污水跑冒滴漏、臭氣從管道進(jìn)入室內(nèi)等問題,輕則影響室內(nèi)的美觀清潔,給室內(nèi)人群的正常生活帶來不便;重則可能會(huì)傳染疾病,甚至危及生命。特別是我國(guó)在經(jīng)歷了2003年爆發(fā)的大規(guī)?！胺堑洹笔录?使人們對(duì)室內(nèi)排水系統(tǒng)的關(guān)注度達(dá)到了新的水平。因此,通過對(duì)其進(jìn)行研究使之不斷得到完善顯得尤為必要。

1 建筑壓力流排水系統(tǒng)提出的背景

隨著物質(zhì)生活水平和生活品味的不斷提高,以及節(jié)能減排的觀念深入人心,人們逐漸對(duì)室內(nèi)排水系統(tǒng)的設(shè)計(jì)工藝和施工質(zhì)量有了新的要求和標(biāo)準(zhǔn)。傳統(tǒng)重力流排水系統(tǒng)不論是在舒適安全,還是在節(jié)能環(huán)保等方面都已經(jīng)不能滿足新時(shí)代的要求。于是我們看到今天的建筑排水系統(tǒng)在不斷的派生著各種新的子系統(tǒng),新技術(shù)、新材料如雨后春筍般涌現(xiàn)。從同層排水系統(tǒng)的開發(fā)利用到真空流、壓力流排水系統(tǒng)的初步嘗試,新的建筑排水系統(tǒng)正在逐漸被人們認(rèn)識(shí)并接受,有些已經(jīng)在日常生活和生產(chǎn)中被廣泛的應(yīng)用。

壓力流排水系統(tǒng)的研究是美國(guó)在1954年提出的,當(dāng)時(shí)主要目的是想把合流制下水道改造為分流制下水道。20世紀(jì)70年代進(jìn)行了50多戶居民實(shí)用性壓力流排水管道的改造,隨后在200多處別墅和住宅中推廣實(shí)施。80年代中期,原聯(lián)邦德國(guó)、荷蘭、日本等國(guó)家也開始了壓力流排水系統(tǒng)的研究。其中日本等國(guó)家也相繼開始了室內(nèi)壓力流排水系統(tǒng)的研究。

筆者在現(xiàn)有的條件下搭制了高為4 m的鋼制高臺(tái),在臺(tái)上按照一般住宅衛(wèi)生間的布置,設(shè)置了坐便器、洗手盆、浴缸等衛(wèi)生器具,按壓力流排水系統(tǒng)的組成和連接等要求,進(jìn)行管道、管件、衛(wèi)生器具的安裝和連接,并按照壓力流排水的動(dòng)作和特點(diǎn),模擬壓力流排水實(shí)驗(yàn)。本文在對(duì)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行介紹的基礎(chǔ)上,對(duì)建筑壓力流的含義作出分析和評(píng)價(jià),在探討其使用優(yōu)勢(shì)的同時(shí),大膽的提出幾個(gè)今后對(duì)其重點(diǎn)關(guān)注和研究的方向。

2 建筑壓力流排水系統(tǒng)的構(gòu)成和動(dòng)作

2.1 系統(tǒng)的構(gòu)成

建筑壓力流排水系統(tǒng)是一種依靠貯水、增壓裝置的聯(lián)動(dòng)作用,產(chǎn)生了高壓的水流,將各個(gè)衛(wèi)生器具產(chǎn)生的廢水及時(shí)排除的排水系統(tǒng)。它由衛(wèi)生器具(洗面盆、盥洗盆、壓力坐便器等)、污水接納裝置(污水罐、傳感器等)、增壓裝置、壓力管道及排水附件等組成,單個(gè)衛(wèi)生間的大致結(jié)構(gòu)見圖1。

2.2 排水系統(tǒng)動(dòng)作過程

1)強(qiáng)制壓力坐便器的排水過程。糞便等排泄物降落,首先臨時(shí)處于壓力坐便器內(nèi)。需要排除時(shí),隨著給水閥的打開,少量的水流和排泄物一起組成糞便廢水進(jìn)入了污水罐中,當(dāng)罐中廢水水位升高到設(shè)定值時(shí),傳感器動(dòng)作將信號(hào)傳達(dá)給水泵,隨即水泵開啟,將糞便廢水排除。當(dāng)污水罐內(nèi)水位下降到設(shè)定值之下時(shí),水泵停機(jī),污水罐重新空置,而給水閥還要再延長(zhǎng)給水時(shí)間3 s～4 s,使坐便器內(nèi)有新鮮水停留,起到保持衛(wèi)生和潤(rùn)濕的作用,為下一次接納污物作準(zhǔn)備。至此,坐便器一次排水動(dòng)作全部結(jié)束,系統(tǒng)重新回到待機(jī)狀態(tài)。在排除的過程中利用水泵的高速水流壓力沖刷作用使廢水高效高速的排除。2)其他衛(wèi)生器具的排水過程。其他排水器具的動(dòng)作過程相對(duì)簡(jiǎn)單:一次排水時(shí),生活污水進(jìn)入本器具對(duì)應(yīng)的污水罐中,當(dāng)罐內(nèi)水位升高到設(shè)定值時(shí),傳感器動(dòng)作將信號(hào)傳于水泵,水泵開啟,直接或?qū)⒐桃夯旌衔镞M(jìn)行破碎后排除。隨著器具排水的停止,污水罐內(nèi)水位下降到設(shè)定值之下,水泵關(guān)閉,污水罐空置,一次排水動(dòng)作結(jié)束,系統(tǒng)回到待機(jī)狀態(tài)。

3 建筑壓力流排水系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)

1)強(qiáng)制壓力流坐便器的一次沖水量?jī)H需2 L左右,可大大減少日常生活用于沖廁的水量。節(jié)水的直接經(jīng)濟(jì)效益產(chǎn)生于節(jié)約的水費(fèi)、水資源費(fèi)及排污費(fèi)。更為重要的是從節(jié)約水資源的角度,滿足了全球性環(huán)境保護(hù)的要求。

2)由于系統(tǒng)產(chǎn)生了壓力水流,廢水不必靠自身重力流動(dòng),可以使排水管管徑大大減小。敷設(shè)于住戶內(nèi)的排水橫管可以采用DN32甚至口徑更小的DN25承壓排水管,在現(xiàn)場(chǎng)敷設(shè)施工時(shí)就可徹底打破傳統(tǒng)重力流排水管道的施工方法,模仿給水管的敷設(shè),將排水管道置于本層樓板墊層或墻體甚至天花板內(nèi)。這樣管線安裝靈活,可輕松連接遠(yuǎn)距離潔具,必要時(shí)可上升鋪設(shè),無坡度要求,輕易避開障礙物,使排水管的敷設(shè)變得輕松而簡(jiǎn)單。

3)明確了房屋的產(chǎn)權(quán)問題,增大了空間,有利于強(qiáng)調(diào)私密性。新型的壓力流排水管道系統(tǒng)全部在本住戶自家完成,避免管道穿樓板。凡涉及到管道的維修和改造不需再和下層住戶交涉,同時(shí),下層廚衛(wèi)的有效空間增大,打破了廚衛(wèi)裝修吊頂?shù)膫鹘y(tǒng)方式。這對(duì)于目前強(qiáng)調(diào)私密性和追求最大使用空間的住宅建筑尤為重要。

4)排水管埋地、埋墻,管道不必裸露在外,排水時(shí)大大減小了噪聲,增加了房屋使用的舒適度。

5)隨著各種管道配件的完善使用和成熟運(yùn)用,加之施工技術(shù)的日臻精益,壓力管道氣密性增強(qiáng),使困擾住戶或住戶之間的污水跑冒滴漏、臭氣溢入室內(nèi)的問題得到解決,杜絕了疾病的傳播,室內(nèi)環(huán)境特別是廚衛(wèi)的環(huán)境不會(huì)受到污染。

6)有壓流增大了水流對(duì)管道的沖刷強(qiáng)度,使管內(nèi)無雜物沉積,避免了器具和管道的堵塞,省去了清通的工作。

7)在每戶排水橫管接排水立管的地方要相應(yīng)的設(shè)置排水止回閥。這樣不管其他住戶的排水情況多么復(fù)雜也不會(huì)影響到本戶排水系統(tǒng)內(nèi)的水流,直接省去了傳統(tǒng)重力流排水系統(tǒng)中用于制造水封的“S”“P”等形式的存水彎,使管道內(nèi)由于壓力波動(dòng)或其他原因引起的水封減少或破壞得到根本解決,管道內(nèi)的有害氣體和污水不會(huì)回溢到室內(nèi)。

8)壓力流排水系統(tǒng)中,在壓力的作用下,管道中的水很快被排除,不需要通氣管路系統(tǒng),大大減少了設(shè)計(jì)量和施工量,節(jié)省了資源,簡(jiǎn)化了系統(tǒng)。特別是在現(xiàn)代大型綜合樓的設(shè)計(jì)施工中,為了樓頂?shù)目諝猸h(huán)境或房屋立面的美觀,很多情況下不能或不宜伸頂或側(cè)墻通氣。這種條件下,壓力流排水系統(tǒng)不需要通氣管路的優(yōu)點(diǎn)就更加地明顯了。

9)壓力流排水系統(tǒng)與傳統(tǒng)重力流排水系統(tǒng)相比,在管道系統(tǒng)中不但省去了較為占用空間的存水彎,更去除了管路復(fù)雜的通氣管道系統(tǒng),大大簡(jiǎn)化了整個(gè)系統(tǒng)的構(gòu)成,同時(shí)用DN25,DN32的管道替代了DN50～DN110的管道,節(jié)省了所用的管材,降低了工程造價(jià),簡(jiǎn)化了施工的過程。在經(jīng)濟(jì)方面和實(shí)際施工操作方面也有著明顯的優(yōu)勢(shì)。

4 建筑壓力流排水系統(tǒng)的研究方向

1)普通常用的衛(wèi)生器具的排水口到排水橫管的一段距離中有相當(dāng)充裕的空間來安置增壓裝置,甚至有人認(rèn)為,在條件和技術(shù)允許下,增壓裝置、儲(chǔ)污罐和衛(wèi)生器具可以連為一體,減少了連接的管道,也大大提高了系統(tǒng)的美觀性。但像排水地漏這樣的地面排水器具怎樣融入壓力流排水系統(tǒng)中還有待于深入地探討。2)排水止回閥的質(zhì)量和性能在整個(gè)系統(tǒng)中起了很關(guān)鍵的作用。理論上分析認(rèn)為,由于這些管件的存在與作用,有效的避免了排水時(shí)立管內(nèi)壓力水流產(chǎn)生的正、負(fù)壓力變化對(duì)其他住戶排水橫管的影響,可以消除一戶排水多戶冒水的隱患。通過作者了解,我國(guó)目前已有為數(shù)不少的公司、廠家在排水止回閥的新型排水管件的開發(fā)與研制上取得了很大的成果。但具體到實(shí)際中時(shí)仍需相關(guān)的部門通過實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)制定一系列嚴(yán)格的規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)去規(guī)定排水止回閥的各項(xiàng)指標(biāo),使其設(shè)計(jì)、應(yīng)用更加合理、安全、可靠。3)壓力流使得排水管管徑大大的減小,節(jié)省了管材,但管徑大小卻不是任意的。傳統(tǒng)重力流排水管管徑的確定綜合了大量實(shí)驗(yàn)和實(shí)際工程經(jīng)驗(yàn),往往兼顧了排水量、流速、坡度、充滿率等等重要因素。壓力流的排水管管徑也需要通過理論計(jì)算和實(shí)際工程實(shí)用的驗(yàn)證來確定。4)壓力排水系統(tǒng)中要用到增壓裝置“水泵”,由于人們用水的不規(guī)律性,使排水時(shí)斷時(shí)續(xù),水量也極不穩(wěn)定,造成水泵開開停停,頻繁的啟閉。這種情況下就自然的考慮到水泵的失靈和開泵水錘。在研究壓力流排水系統(tǒng)時(shí)不應(yīng)忽略這兩個(gè)問題。5)要承受有壓的污、廢水沖擊,排水管的管材應(yīng)通過實(shí)驗(yàn)的驗(yàn)證而慎重選擇。6)由于系統(tǒng)的特殊要求,目前在國(guó)內(nèi)運(yùn)用會(huì)使工程造價(jià)超過傳統(tǒng)的排水系統(tǒng)的造價(jià);作為新型的系統(tǒng),它使用的安全可靠性也是使用者最為關(guān)心的問題之一,因此,在一些涉及到保障排水的安全可靠的細(xì)節(jié)上應(yīng)給予足夠的重視。

5 建筑壓力流排水系統(tǒng)的展望

綜上所述,建筑內(nèi)壓力流排水系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了一種新型的排水方式,但在我國(guó)長(zhǎng)期形成的傳統(tǒng)觀念影響下,其系統(tǒng)成型、成熟至開始使用直到推廣普及一定會(huì)是一個(gè)相當(dāng)漫長(zhǎng)的過程。作為建筑排水技術(shù)上的一次變革,首先需要廣大從事給排水工作的專家、學(xué)者以及一線工作者轉(zhuǎn)變觀念,同時(shí)也需要相關(guān)的機(jī)構(gòu)、企業(yè)等的積極支持,并由國(guó)家權(quán)威機(jī)構(gòu)或各相關(guān)高校開展一些必要的試驗(yàn)。

我國(guó)對(duì)日益嚴(yán)重的水資源和環(huán)境問題高度重視,提倡建立資源節(jié)約和環(huán)境友好型社會(huì),在“以人為本”基本理念不斷深入人心的今天,隨著我國(guó)綜合實(shí)力和人民生活水平的迅速提高,以及科學(xué)技術(shù)的日新月異,我們相信,人們的傳統(tǒng)觀念會(huì)很快發(fā)生轉(zhuǎn)變,建筑壓力流這樣一種高效、節(jié)能、節(jié)水及環(huán)保的排水系統(tǒng)一定會(huì)很快得到認(rèn)可并接受。況且隨著目前我國(guó)室外壓力排水系統(tǒng)工程的普遍應(yīng)用和技術(shù)的日臻成熟,對(duì)室內(nèi)的壓力流系統(tǒng)進(jìn)行系統(tǒng)化、理論化和設(shè)計(jì)、施工、管理規(guī)范化,也應(yīng)該盡快納入議事日程,以便使壓力排水技術(shù)在基礎(chǔ)工程建設(shè)中發(fā)揮更大的作用,使得住宅室內(nèi)環(huán)境越來越好,真正提高人們的生活水平,優(yōu)化住宅質(zhì)量,滿足對(duì)和諧社會(huì)建設(shè)的要求。

[1] 顧傳宇.我國(guó)建筑給排水的發(fā)展設(shè)計(jì)思路[J].黑龍江科技信息,2008(23):8-15.

[2] 楊忠國(guó),謝安國(guó),郭敬紅,等.關(guān)于建筑排水系統(tǒng)對(duì)住宅室內(nèi)環(huán)境污染的思考[A].中國(guó)工程建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)會(huì)建筑給水排水專業(yè)委員會(huì)、中國(guó)土木工程學(xué)會(huì)水工業(yè)分會(huì)建筑給水排水委員會(huì)20周年慶典論文集[C].2007.

[3] 孫星明,坂上恭助.日本建筑給排水的新技術(shù)及新動(dòng)向[J].給水排水,1996(12):24-26.

[4] 余忠興,余紅健.高層建筑排水系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的弊病[J].給水排水,2008(5):85-86.

[5] 高明遠(yuǎn),岳秀萍.建筑給水排水工程學(xué)[M].北京:中國(guó)建筑工業(yè)出版社,2002.