關(guān)于排水系統(tǒng)立管排水能力測(cè)試的若干問(wèn)題

程宏偉 邱壽華

(1.福建省建筑設(shè)計(jì)研究院 福建福州 350001;2.昆明群之英科技有限公司 云南昆明 650000)

引 言

近年來(lái)，針對(duì)排水系統(tǒng)立管排水能力測(cè)試所展開(kāi)的一系列工作對(duì)推動(dòng)建筑排水行業(yè)的發(fā)展起到了積極作用，但在涉及排水能力測(cè)試的方法、判定標(biāo)準(zhǔn)、測(cè)試條件等方面仍存在著不同的思路和爭(zhēng)議，本文也僅是針對(duì)存在的問(wèn)題進(jìn)行總結(jié)，讓更多的同行了解排水能力測(cè)試的要點(diǎn)和引發(fā)思考。

1 測(cè)試方法

立管排水能力測(cè)試方法主要有定流量法和瞬間流量法，也有采用定流量法和瞬間流法相疊加的，定流量法是指“測(cè)試時(shí)，設(shè)置的供水裝置按照設(shè)定的流量向排水系統(tǒng)持續(xù)排水的一種測(cè)試方法?！?，而瞬間流量法是指“測(cè)試時(shí)，模擬衛(wèi)生器具瞬間流排水特性的裝置向排水系統(tǒng)排水，排水流量隨時(shí)間而變化的一種測(cè)試方法?！逼洳顒e主要體現(xiàn)在測(cè)試時(shí)放水層的排水支管部分(圖1左為瞬間流法放水層支管，圖1右為定流量法放水層支管)和排水方式。

圖1 瞬間流法和定流量法放水層支管

現(xiàn)已實(shí)施的《住宅生活排水系統(tǒng)立管排水能力測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)》[1](CECS 336:2013)采用定流量法作為住宅排水能力測(cè)試的推薦方法，而尚未實(shí)施的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《住宅排水系統(tǒng)排水能力測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)》[2]將定流量法和瞬間流量法均納入測(cè)試方法中，只給出測(cè)試方法而未涉及何種情況下采用何種測(cè)試方法。值得一提的是，標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)瞬間流量法僅給出了模擬坐便器排放的工況，實(shí)測(cè)過(guò)程中是否需要考慮增加其他排水工況(如浴盆常流水+坐便器瞬間流，洗臉盆常流水+坐便器瞬間流等)，規(guī)程并未明確。

關(guān)于測(cè)試方法的選擇，主張采用瞬間流法測(cè)試的，其給出的理由主要是我國(guó)的生活習(xí)慣不同于日本，要摸索出適合我國(guó)國(guó)情的測(cè)試方法，不能盲目照搬日本集合式住宅采用的定常流法，日本衛(wèi)生間洗浴有“泡湯”的習(xí)慣，排水更接近于定常流，而我國(guó)多習(xí)慣淋浴的方式，整個(gè)淋浴過(guò)程排水是不連續(xù)的。而主張采用定常流法的，其給出的理由在于定常流本身是沒(méi)有問(wèn)題的，不應(yīng)受其他因素的影響，定常流的數(shù)據(jù)重現(xiàn)性好。

目前的主流觀點(diǎn)是，鑒于定流量法測(cè)試條件更加嚴(yán)格并且可操作性更強(qiáng)(數(shù)據(jù)重現(xiàn)性好)，瞬間流量法在控制放水層排水流量疊加以作為最不利工況的難度非常大，測(cè)試工作量也將大幅增加，甚至有專家指出，花費(fèi)大量精力去找瞬間流量法對(duì)水封破壞最嚴(yán)重的疊加流量，這個(gè)疊加流量不就是定流量法中恒定的放水流量嗎?另外，日本的秒流量公式計(jì)算的結(jié)果是我國(guó)秒流量公式計(jì)算結(jié)果的約1.6倍，這也說(shuō)明日本在建筑排水系統(tǒng)設(shè)計(jì)方面是偏于安全考慮的，日本很早以前也有考慮過(guò)采用瞬間流法進(jìn)行排水流量測(cè)試，但因?yàn)闇y(cè)試過(guò)于復(fù)雜放棄了，鑒于此，更多的同行傾向于采用定流量法測(cè)試。萬(wàn)科排水塔測(cè)試數(shù)據(jù)顯示，在相同條件下，同一個(gè)水封在破壞的瞬間(剛好破壞時(shí))，瞬間流法此時(shí)的排水流量約為定流量法此時(shí)排水流量的2倍，換言之，定流量法測(cè)試結(jié)果將偏于安全。

2 判定標(biāo)準(zhǔn)

日本和印度使用的判定標(biāo)準(zhǔn)是“立管內(nèi)壓力波動(dòng)在±400Pa以內(nèi)”，歐美使用的判定標(biāo)準(zhǔn)是“水封存水損耗不大于25mm”，湖南大學(xué)使用的判定標(biāo)準(zhǔn)是“立管內(nèi)壓力波動(dòng)在±400Pa以內(nèi)并且一次水封損失值控制在25mm以內(nèi)”的雙控模式。實(shí)踐也證實(shí)，按管內(nèi)壓力值判定要求高于按水封殘余水深值判定要求，并且只通過(guò)壓力進(jìn)行判定便于自動(dòng)化控制。

日本和湖南大學(xué)的模式強(qiáng)化了排水條件，而歐美模式則注重聯(lián)系實(shí)際使用工況，我們知道，排水系統(tǒng)的首要任務(wù)是保證排水的安全性，即排水管道內(nèi)的污濁氣體不應(yīng)進(jìn)入室內(nèi)，從這一原則出發(fā)就不難發(fā)現(xiàn)真正影響排水能力的因素在于水封，而我們往往過(guò)于強(qiáng)調(diào)壓力的波動(dòng)范圍卻忽視了排水管道系統(tǒng)工作的特點(diǎn)。對(duì)于某一個(gè)水封裝置，當(dāng)系統(tǒng)負(fù)壓造成水封抽吸后，損失部分存水直至負(fù)壓被重新平衡，此時(shí)室內(nèi)空氣呈現(xiàn)流入管道的態(tài)勢(shì)，當(dāng)系統(tǒng)正壓造成水封頂托后，一旦正壓被重新平衡，管道內(nèi)氣體有進(jìn)入室內(nèi)的態(tài)勢(shì)，這才是我們需要真正避免的情況，也就是說(shuō)，水封存水往往因?yàn)樨?fù)壓抽吸會(huì)損失一部分，而如何保證負(fù)壓抽吸作用后的剩余水封深度仍能夠耐住管內(nèi)正壓而不至于使臭氣進(jìn)入室內(nèi)才是真正安全的排水系統(tǒng)，基于這點(diǎn)測(cè)出的排水系統(tǒng)排水能力才是安全的。行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《地漏》[3](CJ/T 186-2003)中對(duì)地漏水封穩(wěn)定性提出“有水封地漏在正常排水的情況下，當(dāng)排水管道內(nèi)負(fù)壓為(-400±10)Pa并持續(xù)10s時(shí)，地漏中的水封剩余深度應(yīng)不小于20mm。”的要求，這也就是水封的剩余深度應(yīng)耐住管內(nèi)400Pa正壓的具體描述。也就是說(shuō)，將壓力波幅控制轉(zhuǎn)向防范正壓，這對(duì)于采用高水封比設(shè)計(jì)的水封裝置而言具有重要意義，對(duì)排水系統(tǒng)的安全性和測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)都有很大的影響。

針對(duì)測(cè)試過(guò)程中排水橫支管是否僅采集壓力還是同時(shí)采集壓力和水封損失的工況，部分觀點(diǎn)認(rèn)為在橫支管上加裝水封裝置會(huì)對(duì)實(shí)測(cè)壓力產(chǎn)生影響，因?yàn)樗獯嫠畷?huì)出現(xiàn)晃動(dòng)或損失，對(duì)管內(nèi)的壓力有一個(gè)“緩沖”的作用，實(shí)際上，水封的晃動(dòng)是管內(nèi)壓力變化引起的現(xiàn)象，而水封裝置內(nèi)因負(fù)壓被抽吸而流失的部分水量相對(duì)于管道內(nèi)體積空間是可以忽略的，也就是說(shuō)僅在橫支管上裝設(shè)壓力傳感器不會(huì)影響到采集壓力的真實(shí)性。

3 測(cè)試條件

3.1 持續(xù)時(shí)間的影響

持續(xù)時(shí)間主要是針對(duì)定常流法的，有試驗(yàn)證實(shí)，在整個(gè)持續(xù)放水過(guò)程中，因?yàn)閴毫Φ牟▌?dòng)會(huì)造成水封的慣性晃動(dòng)導(dǎo)致水封內(nèi)的水量逐漸損失，而壓力波動(dòng)幅值在整個(gè)過(guò)程中卻表現(xiàn)均衡，在水封破封失效之前不會(huì)因?yàn)槌掷m(xù)時(shí)間的長(zhǎng)短而受影響，這對(duì)以水封損失值作為判定條件進(jìn)行測(cè)試就會(huì)有很大的影響。也就是說(shuō)，排水持續(xù)時(shí)間對(duì)水封損失值有較大的影響，但對(duì)立管內(nèi)壓力波動(dòng)幾乎沒(méi)有影響。因此，對(duì)于相同的某個(gè)測(cè)試流量而言，瞬間流法和定常流發(fā)測(cè)得的壓力波動(dòng)幅值是相近的，但定常流的水封損失值卻要大很多?？梢?jiàn)，不論是相同的測(cè)試方法或不同的測(cè)試方法，不同的排水持續(xù)時(shí)間在以水封損失值作為判定標(biāo)準(zhǔn)條件下對(duì)測(cè)試結(jié)果都會(huì)有較大的影響。

3.2 采集精度的影響

采集精度是指壓力傳感器相鄰兩次執(zhí)行壓力采集動(dòng)作的時(shí)間間隔，很明顯，采集精度越高，時(shí)間間隔就越短，單位時(shí)間內(nèi)測(cè)壓點(diǎn)捕捉到的壓力值就越多，捕捉到瞬時(shí)壓力峰值的幾率就更大，壓力波動(dòng)表現(xiàn)的更為明顯，而采集精度的變化不會(huì)對(duì)水封損失值造成影響，試驗(yàn)也證實(shí)了這一點(diǎn)。

目前，國(guó)內(nèi)測(cè)試用壓力傳感器精度主要有采用20ms、50ms和500ms三種，《住宅生活排水系統(tǒng)立管排水能力測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)》[1](CECS 336:2013)規(guī)定采集精度為200ms，對(duì)于同一條件同一放水流量，不同的采集精度測(cè)出的壓力波動(dòng)幅值往往不同，甚至?xí)休^大差異，這對(duì)于以壓力波動(dòng)作為判定標(biāo)準(zhǔn)的測(cè)試方法就會(huì)有很大影響，有可能會(huì)產(chǎn)生如500ms采集精度下10L/s放水流量和20ms采集精度下6L/s放水流量有相近壓力波動(dòng)曲線的情況。

這樣很自然的就會(huì)引申出一個(gè)問(wèn)題，采用高采集精度捕捉到的這些瞬間壓力極值點(diǎn)對(duì)實(shí)際排水工況的影響有多大，換言之，這些瞬間壓力極值點(diǎn)是否會(huì)對(duì)排水系統(tǒng)造成多大的破壞作用，是否會(huì)造成水封的強(qiáng)烈抽吸作用，在東莞萬(wàn)科排水塔中曾對(duì)瞬間壓力極值點(diǎn)是否會(huì)同步在水封裝置中獲得表現(xiàn)進(jìn)行了測(cè)試(圖2)，采取專人記錄排水持續(xù)時(shí)間內(nèi)的水封晃動(dòng)過(guò)程，并將這一過(guò)程和軟件所生產(chǎn)的壓力波動(dòng)曲線進(jìn)行比對(duì)，試驗(yàn)證實(shí)壓力曲線和水封波動(dòng)過(guò)程是相吻合的，并且瞬間壓力值和液面高差也符合理論情況。但這只是記錄了壓力波動(dòng)和水封波動(dòng)的對(duì)應(yīng)情況，對(duì)應(yīng)于實(shí)際水封裝置(水封高度50mm)，壓力極值點(diǎn)和水封水量損失值又是呈現(xiàn)怎樣的對(duì)應(yīng)關(guān)系尚不是太明確，需進(jìn)一步試驗(yàn)。

圖2 簡(jiǎn)易水封裝置

4 公共建筑排水能力測(cè)試

已實(shí)施的協(xié)會(huì)標(biāo)準(zhǔn)《住宅生活排水系統(tǒng)立管排水能力測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)》[1](CECS 336:2013)和即將實(shí)施的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《住宅排水系統(tǒng)排水能力測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)》[2]都是針對(duì)居住類(lèi)建筑的，雖然住宅排水能力的測(cè)試方法尚完善和明確，但也不能僅停留在住宅建筑層面上，公共建筑排水能力測(cè)試也是今后必須研究的一個(gè)方向，針對(duì)這個(gè)問(wèn)題，有以下幾方面值得思考:

(1)住宅測(cè)試時(shí)的衛(wèi)生器具配置為坐便器+浴盆+洗臉盆，而針對(duì)公共建筑排水能力測(cè)試的衛(wèi)生器具如何配置是個(gè)頗受爭(zhēng)議的問(wèn)題，難點(diǎn)也就在于公共衛(wèi)生間配置的多樣性和使用的隨機(jī)性。

(2)關(guān)于排水支管坡度的問(wèn)題，采用PVC-U塑料排水管時(shí)，是采用最小坡度、標(biāo)準(zhǔn)坡度還是通用坡度的問(wèn)題，更多同行傾向于采用標(biāo)準(zhǔn)坡度0.026進(jìn)行測(cè)試。

(3)關(guān)于排水支管流量控制的問(wèn)題，一方認(rèn)為應(yīng)以相應(yīng)管材、管徑、坡度、充滿度條件下計(jì)算得到的流量進(jìn)行放水，另一方認(rèn)為這種情況下的流量非常之大，不符合實(shí)際情況，應(yīng)按規(guī)范提供的計(jì)算方法結(jié)合測(cè)試中衛(wèi)生器具的配置情況進(jìn)行計(jì)算，將此計(jì)算值作為放水流量值。

(4)另一個(gè)焦點(diǎn)問(wèn)題是排水流量測(cè)試控制條件的問(wèn)題，萬(wàn)科排水塔在試驗(yàn)時(shí)對(duì)一系列不同類(lèi)型和款式的主流坐便器進(jìn)行了破封試驗(yàn)，結(jié)果是坐便器破壞水封的負(fù)壓值最小也在700Pa，相對(duì)地漏水封來(lái)說(shuō)，是一個(gè)不容易破壞的節(jié)點(diǎn)，因此系統(tǒng)的水封薄弱點(diǎn)轉(zhuǎn)向地漏，地漏水封是最容易破壞的節(jié)點(diǎn)也就成為了大家的共識(shí)，但測(cè)試時(shí)這個(gè)地漏將以怎樣的形式(水封深度多少?水封比多少?水封容量多少?)出現(xiàn)又是一個(gè)問(wèn)題，因此，提出制作一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)水封的想法運(yùn)運(yùn)而生。

(5)關(guān)于傳感器精度的問(wèn)題，有專家提出，目前，國(guó)內(nèi)市場(chǎng)上沒(méi)有精度在20HZ(采集時(shí)間間隔50ms)的傳感器，應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況調(diào)整采集精度，如采用2HZ(采集時(shí)間間隔500ms)的傳感器，日本有專家指出，此采集頻率和水封波動(dòng)頻率是接近的。

(6)另外，研究這些問(wèn)題的主要目的也是為后續(xù)公共建筑排水能力的測(cè)試提供出相對(duì)的較好方法，大家都采用這個(gè)方法進(jìn)行測(cè)試以提供公平的測(cè)試環(huán)境，但國(guó)內(nèi)也有研發(fā)整個(gè)建筑排水系統(tǒng)(包括立管系統(tǒng)和支管系統(tǒng))的，因此，將這個(gè)系統(tǒng)應(yīng)用在測(cè)試中意義更大，因?yàn)檫@和工程應(yīng)用是一致的，也就是說(shuō)，不要對(duì)系統(tǒng)配置作出過(guò)多的限制，比如A廠家使用地漏標(biāo)準(zhǔn)水封測(cè)試A廠家的立管排水流量，而B(niǎo)廠家可以使用自身的地漏測(cè)試B廠家的立管排水流量，但水封破壞的條件是一致的。

(7)現(xiàn)在水封比這個(gè)概念的引入也引起不少專家學(xué)著的爭(zhēng)議，有認(rèn)為水封比是進(jìn)出口(平均)斷面積之比的，有認(rèn)為是進(jìn)出口自由水面面積之比的，還有認(rèn)為應(yīng)該是進(jìn)出口存水量之比的，在如何利用水封比強(qiáng)化水封抗壓力波動(dòng)能上，也持有不同觀點(diǎn)，有認(rèn)為水封比應(yīng)控制在一個(gè)合理范圍并且不能觸碰50mm水封深度的“紅線”，也有認(rèn)為可以利用加大水封比、減少水封深度的淺水封理論，這又影響到上面提到的標(biāo)準(zhǔn)水封如何制作的問(wèn)題。

(8)對(duì)于公共衛(wèi)生間大便器多、支管長(zhǎng)根據(jù)規(guī)范需要設(shè)置循環(huán)通氣管的情況下，測(cè)試時(shí)是否也考慮設(shè)置此輔助通氣管的工況也是測(cè)試時(shí)必須考慮的又一個(gè)問(wèn)題。

5 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)有關(guān)試驗(yàn)結(jié)合工程實(shí)踐來(lái)建立一套與我國(guó)實(shí)際情況既相適應(yīng)的排水立管排水能力的測(cè)試方法顯得迫切而且必要，測(cè)試方法、判定條件和測(cè)試條件的選取對(duì)測(cè)試結(jié)果都有直接影響，特別是在測(cè)試過(guò)程中考慮水封比因素對(duì)排水安全性的影響將會(huì)是下一個(gè)研究的工作重點(diǎn)，同時(shí)建立一套公共建筑排水立管排水能力的測(cè)試方法也是需要推進(jìn)的工作內(nèi)容。因此，開(kāi)展排水立管排水能力的測(cè)試方法的研究，將有利于建筑排水理論的完善和應(yīng)用技術(shù)的進(jìn)步。

[1]CECS 336∶2013，住宅生活排水系統(tǒng)立管排水能力測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)[S].

[2]CJJ×××，住宅排水系統(tǒng)排水能力測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)(在編)[S].

[3]CJ/T 186-2003，地漏[S].