建筑同層排水系列：加強型旋流器特殊單立管的技術必要性＊

關文民 段先湖 胡亞男

（1寧波世諾衛浴有限公司 浙江 寧波 315514）（2咸陽陶瓷研究設計院 陜西 咸陽 712000）（3 中國建筑裝飾協會廚衛工程委員會 北京 100028）

前言

特殊單立管是建筑管網系統中的一個分類，屬于立管（對設備上部和下部進行物料傳送的管道；一般指垂直管道）的分支。特殊單立管系統指的是建筑排水管網是由一根管道實現，采用特殊管件在一根管道中實現了既排水又通氣，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的趨勢。

特殊單立管系統可分為蘇維托和旋流器兩類。旋流器基于以下理念區別于蘇維托：水流在管道內垂直流動時是沿著管內壁流動的，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，也有利于排水的暢通。

在建筑衛生間排水系統中，加強型特殊單立管排水系統異軍突起，其在統治了日本的排水系統市場幾十年后，目前在我國市場以其高流量、低噪音、占地面積小和綜合成本經濟等諸多優點逐漸擴大市場份額，發展前景勢不可擋。

目前，日本市場上的旋流器基本上為鑄鐵材料制成。我國市場上有鑄鐵、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。加強型旋流器的特征是旋流器內部有導流葉片。該導流葉片的主要功能，是把上游的水及本層橫支管的水，導向管內壁切向旋轉，從而形成了中心空心的通氣柱，達到了系統內外的壓力平衡。

對于高層建筑，旋流特殊單立管的中心通氣孔必須保持暢通，否則將會破壞整個系統的功能，造成排水立管內氣壓不能與外界氣壓達到平衡，從而可能導致排水立管內正負壓劇烈波動，使潔具及地漏的存水彎嚴重失水，下水道的臭氣穿過起密封作用的水封通道，進入衛生間室內，嚴重影響人們的健康和生活質量。

下面就加強型旋流器特殊單立管產品的系統能力、施工過程以及系統在使用過程中，影響排水立管內通氣空心柱暢通的因素以及相應對策進行詳細闡述。

1 產品系統能力

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

1.1 旋流能力

旋流器的主要任務之一，是把本層進入的水及上游來的水，導流至管內壁上形成旋流狀態，進而形成附壁流。隨著流動距離的增加，旋流的力量將會減弱，附壁能力將會降低。因此，附壁的能力也就是形成通氣空心柱的能力，與相鄰的兩個旋流器的距離密切相關。

一般說來，水附壁狀態好，通氣空心柱就暢通，反之亦然。當旋流狀態變差、不穩定時，通氣空心柱將越發不穩定。此時的通水能力（立管排水能力）將會變小。因此，在實驗室測試的數據中，層高是流量測定的基礎。在規定的層高下以及更小的層高內，測得的數據相對可靠。以各地區研究的經驗判斷，實際應用層高不宜高于測試層高的15%。但對于不同的系統，應該以實際層高測試數值為準。

1.2 進水干涉

進水干涉對旋流能力的影響，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計》文章中已經詳細介紹。對于同一旋流器上的不同支管，進水時水流的大小、方向的指向及位置，均對單立管內通氣空心柱的穩定和暢通有著相當大的影響，詳細原理和解決措施，在此不再贅述。1.3 配套部件的設計

旋流器特殊單立管系統，其通氣空心柱的工作狀態，還受到橫干管內水流狀態的影響。在立管內水的流動呈現旋轉的附壁狀態，當水從立管進入橫干管時，附壁的水流將會阻斷立管與橫干管上部的壓力平衡。

實驗結果顯示，底部采用兩個45°彎頭，與采用一個不同曲率半徑的大曲彎異徑彎頭的流量數據是不同的。有些是在立管的底部加個整流器，作用是減緩旋流狀態。可以得出的結論是，不同的配置流量是不同的。那么，測試狀態時的配置應為應用設計時的配置。如果配置不同，流量有可能不相同。

市場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果，而是符合測試結果的，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生的影響，到目前為止，還未見相關報道。

因此，旋流器特殊單立管系統的應用，在設計上要執行測試時的配置。

2 施工過程

一般現場施工可能遇到的情況比較復雜。經常遇到的問題是，有的立管小尺寸偏置及建筑垃圾掉入立管等。由實驗結果可知，立管偏斜11.25°時，會嚴重影響到旋流質量。如果層高為3m，按一般的立管垂直度，有明顯的偏斜，偏差會在20mm左右，這樣的角度不會超過0.5°，因此影響并不明顯。

立管內掉入建筑垃圾，這是需要分析的。根據國家標準GB 50242－2002《建筑給水排水及采暖工程施工質量驗收規范》，對于排水管道系統，是需要做通球試驗驗收的。換句話說，如果管道系統內部能夠通過規定的球數量，就認為管道排水暢通。

實際上，掉入旋流特殊單立管管道系統內的垃圾，其危害遠遠比堵塞管道更為嚴重。幾乎所有的加強型旋流器特殊單立管系統，內部都有導流葉片。掉落到管道內部的垃圾，如果損傷到導流葉片，其后果將會是災難性的。只要有一個旋流器工作失靈，整個系統的通氣空氣柱將遭到嚴重破壞，從而造成整個系統失效。

判斷垃圾掉入是否會損壞導流葉片的方法其實并不復雜，只要找到一個沖擊試驗的方法，就可以模擬系統的抗沖擊性能。掉入的建筑垃圾，對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。最嚴重的形狀，應該是棱角狀。能量則是動能：

式中：m——質量，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，動能與質量成正比，與掉落高度成正比。

對系統產生危害最大的、掉入管道系統的物體有混凝土塊和榔頭及線錘等。施工現場的能夠掉入DN110管道內的榔頭和線錘的質量，通常為1～2磅，以保守的質量1kg來計算。能夠掉入的水泥塊，尺寸較大的相當于管道直徑2／3，以混凝土的密度按2.5g／cm3為基準，按球形直徑70mm來計算，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，其質量多為10g左右。根據動能的公式，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，相當于一個2磅的榔頭下落3m，即一層樓的高度；

一個較大水泥塊下落6m，即二層樓的高度；

一個中等石子下落300m，即100層樓的高度。

因此，用一個1kg的圓柱金屬錘，從3m的高度下落，大體上可以模擬建筑過程中可能產生的事故發生狀態。

以1kg的金屬圓柱體及一些鋼球同時落下，10個循環為標準。用這種方法進行測試，對于某種旋流器來說，經過2個循環后，結果如圖1所示。

從圖1可以看出，經過2次沖擊后，旋流器的6片導流葉片折斷了2片。由于這2片葉片的損壞，就可能造成整個系統的通氣空心柱的失效，從而使排水系統遭受災難性的破壞。

因此，選擇合適的耐沖擊的材料，將是十分必要的。

圖1 試驗結果圖

3 使用過程

排水系統在正常的使用過程中，遇到的最大問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，已經詳細介紹過。對于類似于PVC這類需要增塑劑的工程塑料，隨著增塑劑的揮發，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，從而保證其數十年性能穩定，在此不再贅述。

事實上，排水管道的工作環境，對材料的耐腐蝕有比較高的要求。排水管道內有如下幾種惡劣條件：

1）長期經受沖刷；

2）長期潮濕且存有水分；

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雜的成分。

這些成分的存在，遠比室外僅有雨水的工況更為惡劣。因此，應該對管道、管件進行耐腐蝕規定。一旦導流葉片發生了腐蝕損壞，旋流形成的附壁流將會遭受嚴重破壞，從而影響了立管內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，使臭氣進入室內，危害住戶的身體健康。

為了更加真實地模擬排水的工作情況，對于旋流器導流葉片及其連接部分，應該首先進行老化試驗，然后進行沖刷試驗，最后進行耐腐蝕試驗。老化試驗，可以參照橡膠老化試驗的條件，即70℃、24h老化試驗；沖刷試驗，應該采用前面所介紹的沖擊試驗高度，但沖擊物體應該選用50粒直徑為5mm左右的鋼珠，沖擊100次以上；然后進行鹽霧耐腐蝕試驗。從實際應用傳統材料的效果上來看，應參照國家標準《衛生潔具 便器用重力式沖洗裝置及潔具機架》GB 26730－2011中對潔具機架耐腐蝕的技術要求，采用中性鹽霧耐腐蝕試驗可考慮200h，6級。

4 結語

綜上所述，加強型旋流器特殊單立管的旋流器導流葉片及底部彎頭，除了具有滿足系統排水能力的要求外，還應該滿足抗老化、耐沖擊、耐腐蝕的技術要求，只有這些技術參數都能夠達到要求時，才可以保證其長期、穩定、安全的功能要求。因此，在選用適當的材質是極其重要的。