建筑同層排水系列：加強(qiáng)型旋流器特殊單立管的技術(shù)必要性＊

關(guān)文民 段先湖 胡亞男

（1寧波世諾衛(wèi)浴有限公司 浙江 寧波 315514）（2咸陽(yáng)陶瓷研究設(shè)計(jì)院 陜西 咸陽(yáng) 712000）（3 中國(guó)建筑裝飾協(xié)會(huì)廚衛(wèi)工程委員會(huì) 北京 100028）

前言

特殊單立管是建筑管網(wǎng)系統(tǒng)中的一個(gè)分類，屬于立管（對(duì)設(shè)備上部和下部進(jìn)行物料傳送的管道；一般指垂直管道）的分支。特殊單立管系統(tǒng)指的是建筑排水管網(wǎng)是由一根管道實(shí)現(xiàn)，采用特殊管件在一根管道中實(shí)現(xiàn)了既排水又通氣，主要用于高于或等于10層的高層建筑，有取代普通雙立管系統(tǒng)的趨勢(shì)。

特殊單立管系統(tǒng)可分為蘇維托和旋流器兩類。旋流器基于以下理念區(qū)別于蘇維托：水流在管道內(nèi)垂直流動(dòng)時(shí)是沿著管內(nèi)壁流動(dòng)的，如果水流形成旋流，則在立管中心自然形成空氣通道，這有利于空氣的流動(dòng)，也有利于排水的暢通。

在建筑衛(wèi)生間排水系統(tǒng)中，加強(qiáng)型特殊單立管排水系統(tǒng)異軍突起，其在統(tǒng)治了日本的排水系統(tǒng)市場(chǎng)幾十年后，目前在我國(guó)市場(chǎng)以其高流量、低噪音、占地面積小和綜合成本經(jīng)濟(jì)等諸多優(yōu)點(diǎn)逐漸擴(kuò)大市場(chǎng)份額，發(fā)展前景勢(shì)不可擋。

目前，日本市場(chǎng)上的旋流器基本上為鑄鐵材料制成。我國(guó)市場(chǎng)上有鑄鐵、聚氯乙烯（PVC）、聚丙烯（PP）和高密度聚乙烯（HDPE）材料的旋流器特殊單立管系統(tǒng)。加強(qiáng)型旋流器的特征是旋流器內(nèi)部有導(dǎo)流葉片。該導(dǎo)流葉片的主要功能，是把上游的水及本層橫支管的水，導(dǎo)向管內(nèi)壁切向旋轉(zhuǎn)，從而形成了中心空心的通氣柱，達(dá)到了系統(tǒng)內(nèi)外的壓力平衡。

對(duì)于高層建筑，旋流特殊單立管的中心通氣孔必須保持暢通，否則將會(huì)破壞整個(gè)系統(tǒng)的功能，造成排水立管內(nèi)氣壓不能與外界氣壓達(dá)到平衡，從而可能導(dǎo)致排水立管內(nèi)正負(fù)壓劇烈波動(dòng)，使?jié)嵕呒暗芈┑拇嫠畯潎?yán)重失水，下水道的臭氣穿過(guò)起密封作用的水封通道，進(jìn)入衛(wèi)生間室內(nèi)，嚴(yán)重影響人們的健康和生活質(zhì)量。

下面就加強(qiáng)型旋流器特殊單立管產(chǎn)品的系統(tǒng)能力、施工過(guò)程以及系統(tǒng)在使用過(guò)程中，影響排水立管內(nèi)通氣空心柱暢通的因素以及相應(yīng)對(duì)策進(jìn)行詳細(xì)闡述。

1 產(chǎn)品系統(tǒng)能力

旋流器主體是旋流器特殊單立管排水系統(tǒng)的最重要的部件之一。它是排水系統(tǒng)不可或缺的部件，并非是充分條件，主要涉及以下三個(gè)影響因素：旋流能力、進(jìn)水干涉、配套部件的設(shè)計(jì)。

1.1 旋流能力

旋流器的主要任務(wù)之一，是把本層進(jìn)入的水及上游來(lái)的水，導(dǎo)流至管內(nèi)壁上形成旋流狀態(tài)，進(jìn)而形成附壁流。隨著流動(dòng)距離的增加，旋流的力量將會(huì)減弱，附壁能力將會(huì)降低。因此，附壁的能力也就是形成通氣空心柱的能力，與相鄰的兩個(gè)旋流器的距離密切相關(guān)。

一般說(shuō)來(lái)，水附壁狀態(tài)好，通氣空心柱就暢通，反之亦然。當(dāng)旋流狀態(tài)變差、不穩(wěn)定時(shí)，通氣空心柱將越發(fā)不穩(wěn)定。此時(shí)的通水能力（立管排水能力）將會(huì)變小。因此，在實(shí)驗(yàn)室測(cè)試的數(shù)據(jù)中，層高是流量測(cè)定的基礎(chǔ)。在規(guī)定的層高下以及更小的層高內(nèi)，測(cè)得的數(shù)據(jù)相對(duì)可靠。以各地區(qū)研究的經(jīng)驗(yàn)判斷，實(shí)際應(yīng)用層高不宜高于測(cè)試層高的15%。但對(duì)于不同的系統(tǒng)，應(yīng)該以實(shí)際層高測(cè)試數(shù)值為準(zhǔn)。

1.2 進(jìn)水干涉

進(jìn)水干涉對(duì)旋流能力的影響，在《陶瓷》2013年第7期（總第323期）中的《建筑同層排水系列：旋流器特殊單立管的排水能力與支管設(shè)計(jì)》文章中已經(jīng)詳細(xì)介紹。對(duì)于同一旋流器上的不同支管，進(jìn)水時(shí)水流的大小、方向的指向及位置，均對(duì)單立管內(nèi)通氣空心柱的穩(wěn)定和暢通有著相當(dāng)大的影響，詳細(xì)原理和解決措施，在此不再贅述。1.3 配套部件的設(shè)計(jì)

旋流器特殊單立管系統(tǒng)，其通氣空心柱的工作狀態(tài)，還受到橫干管內(nèi)水流狀態(tài)的影響。在立管內(nèi)水的流動(dòng)呈現(xiàn)旋轉(zhuǎn)的附壁狀態(tài)，當(dāng)水從立管進(jìn)入橫干管時(shí)，附壁的水流將會(huì)阻斷立管與橫干管上部的壓力平衡。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，底部采用兩個(gè)45°彎頭，與采用一個(gè)不同曲率半徑的大曲彎異徑彎頭的流量數(shù)據(jù)是不同的。有些是在立管的底部加個(gè)整流器，作用是減緩旋流狀態(tài)?？梢缘贸龅慕Y(jié)論是，不同的配置流量是不同的。那么，測(cè)試狀態(tài)時(shí)的配置應(yīng)為應(yīng)用設(shè)計(jì)時(shí)的配置。如果配置不同，流量有可能不相同。

市場(chǎng)上有很多種大曲率彎頭和整流器，也有整流器與大曲率彎頭合為一體的。各種部件并非是相互配套的結(jié)果，而是符合測(cè)試結(jié)果的，也有可能差別較大。至于立管上管件與管道的連接方式可能產(chǎn)生的影響，到目前為止，還未見(jiàn)相關(guān)報(bào)道。

因此，旋流器特殊單立管系統(tǒng)的應(yīng)用，在設(shè)計(jì)上要執(zhí)行測(cè)試時(shí)的配置。

2 施工過(guò)程

一般現(xiàn)場(chǎng)施工可能遇到的情況比較復(fù)雜。經(jīng)常遇到的問(wèn)題是，有的立管小尺寸偏置及建筑垃圾掉入立管等。由實(shí)驗(yàn)結(jié)果可知，立管偏斜11.25°時(shí)，會(huì)嚴(yán)重影響到旋流質(zhì)量。如果層高為3m，按一般的立管垂直度，有明顯的偏斜，偏差會(huì)在20mm左右，這樣的角度不會(huì)超過(guò)0.5°，因此影響并不明顯。

立管內(nèi)掉入建筑垃圾，這是需要分析的。根據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB 50242－2002《建筑給水排水及采暖工程施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范》，對(duì)于排水管道系統(tǒng)，是需要做通球試驗(yàn)驗(yàn)收的。換句話說(shuō)，如果管道系統(tǒng)內(nèi)部能夠通過(guò)規(guī)定的球數(shù)量，就認(rèn)為管道排水暢通。

實(shí)際上，掉入旋流特殊單立管管道系統(tǒng)內(nèi)的垃圾，其危害遠(yuǎn)遠(yuǎn)比堵塞管道更為嚴(yán)重。幾乎所有的加強(qiáng)型旋流器特殊單立管系統(tǒng)，內(nèi)部都有導(dǎo)流葉片。掉落到管道內(nèi)部的垃圾，如果損傷到導(dǎo)流葉片，其后果將會(huì)是災(zāi)難性的。只要有一個(gè)旋流器工作失靈，整個(gè)系統(tǒng)的通氣空氣柱將遭到嚴(yán)重破壞，從而造成整個(gè)系統(tǒng)失效。

判斷垃圾掉入是否會(huì)損壞導(dǎo)流葉片的方法其實(shí)并不復(fù)雜，只要找到一個(gè)沖擊試驗(yàn)的方法，就可以模擬系統(tǒng)的抗沖擊性能。掉入的建筑垃圾，對(duì)葉片及低部彎頭的損壞能力，主要取決于掉落物體的能量和形狀。最嚴(yán)重的形狀，應(yīng)該是棱角狀。能量則是動(dòng)能：

式中：m——質(zhì)量，kg；

V——速度，m／s；

g——重力加速度，m／s2；

h——高度，m。

從公式（1）可以看出，動(dòng)能與質(zhì)量成正比，與掉落高度成正比。

對(duì)系統(tǒng)產(chǎn)生危害最大的、掉入管道系統(tǒng)的物體有混凝土塊和榔頭及線錘等。施工現(xiàn)場(chǎng)的能夠掉入DN110管道內(nèi)的榔頭和線錘的質(zhì)量，通常為1～2磅，以保守的質(zhì)量1kg來(lái)計(jì)算。能夠掉入的水泥塊，尺寸較大的相當(dāng)于管道直徑2／3，以混凝土的密度按2.5g／cm3為基準(zhǔn)，按球形直徑70mm來(lái)計(jì)算，其重量W為：

W＝4／3πR3ρ＝4／3×3.14× （7／2）3×2.5＝449g

在此近似值為0.5kg。

小石子的密度一般為2.7g／cm3左右，其質(zhì)量多為10g左右。根據(jù)動(dòng)能的公式，我們初步可以做出以下判斷：

1 kg的金屬錘，自由落下3m，即一層樓的高度，相當(dāng)于一個(gè)2磅的榔頭下落3m，即一層樓的高度；

一個(gè)較大水泥塊下落6m，即二層樓的高度；

一個(gè)中等石子下落300m，即100層樓的高度。

因此，用一個(gè)1kg的圓柱金屬錘，從3m的高度下落，大體上可以模擬建筑過(guò)程中可能產(chǎn)生的事故發(fā)生狀態(tài)。

以1kg的金屬圓柱體及一些鋼球同時(shí)落下，10個(gè)循環(huán)為標(biāo)準(zhǔn)。用這種方法進(jìn)行測(cè)試，對(duì)于某種旋流器來(lái)說(shuō)，經(jīng)過(guò)2個(gè)循環(huán)后，結(jié)果如圖1所示。

從圖1可以看出，經(jīng)過(guò)2次沖擊后，旋流器的6片導(dǎo)流葉片折斷了2片。由于這2片葉片的損壞，就可能造成整個(gè)系統(tǒng)的通氣空心柱的失效，從而使排水系統(tǒng)遭受災(zāi)難性的破壞。

因此，選擇合適的耐沖擊的材料，將是十分必要的。

圖1 試驗(yàn)結(jié)果圖

3 使用過(guò)程

排水系統(tǒng)在正常的使用過(guò)程中，遇到的最大問(wèn)題主要是老化和腐蝕。

塑料的老化，在《陶瓷》2013年第8期（總第326期）中的《支管材料的選用》文章中，已經(jīng)詳細(xì)介紹過(guò)。對(duì)于類似于PVC這類需要增塑劑的工程塑料，隨著增塑劑的揮發(fā)，塑料加速老化，使得材料加速變得脆硬，因而宜采用類似于HDPE這類幾乎由一種單組分材料組成且不需要塑化劑的材料，從而保證其數(shù)十年性能穩(wěn)定，在此不再贅述。

事實(shí)上，排水管道的工作環(huán)境，對(duì)材料的耐腐蝕有比較高的要求。排水管道內(nèi)有如下幾種惡劣條件：

1）長(zhǎng)期經(jīng)受沖刷；

2）長(zhǎng)期潮濕且存有水分；

3）有氧氣的存在；

4）水分中含有包括酸、堿、鹽及一些氯化物等復(fù)雜的成分。

這些成分的存在，遠(yuǎn)比室外僅有雨水的工況更為惡劣。因此，應(yīng)該對(duì)管道、管件進(jìn)行耐腐蝕規(guī)定。一旦導(dǎo)流葉片發(fā)生了腐蝕損壞，旋流形成的附壁流將會(huì)遭受嚴(yán)重破壞，從而影響了立管內(nèi)部與外界的壓力平衡，可引起潔具及地漏水封喪失隔臭功能，使臭氣進(jìn)入室內(nèi)，危害住戶的身體健康。

為了更加真實(shí)地模擬排水的工作情況，對(duì)于旋流器導(dǎo)流葉片及其連接部分，應(yīng)該首先進(jìn)行老化試驗(yàn)，然后進(jìn)行沖刷試驗(yàn)，最后進(jìn)行耐腐蝕試驗(yàn)。老化試驗(yàn)，可以參照橡膠老化試驗(yàn)的條件，即70℃、24h老化試驗(yàn)；沖刷試驗(yàn)，應(yīng)該采用前面所介紹的沖擊試驗(yàn)高度，但沖擊物體應(yīng)該選用50粒直徑為5mm左右的鋼珠，沖擊100次以上；然后進(jìn)行鹽霧耐腐蝕試驗(yàn)。從實(shí)際應(yīng)用傳統(tǒng)材料的效果上來(lái)看，應(yīng)參照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《衛(wèi)生潔具 便器用重力式?jīng)_洗裝置及潔具機(jī)架》GB 26730－2011中對(duì)潔具機(jī)架耐腐蝕的技術(shù)要求，采用中性鹽霧耐腐蝕試驗(yàn)可考慮200h，6級(jí)。

4 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，加強(qiáng)型旋流器特殊單立管的旋流器導(dǎo)流葉片及底部彎頭，除了具有滿足系統(tǒng)排水能力的要求外，還應(yīng)該滿足抗老化、耐沖擊、耐腐蝕的技術(shù)要求，只有這些技術(shù)參數(shù)都能夠達(dá)到要求時(shí)，才可以保證其長(zhǎng)期、穩(wěn)定、安全的功能要求。因此，在選用適當(dāng)?shù)牟馁|(zhì)是極其重要的。