關于排水系統立管排水能力測試的若干問題

程宏偉 邱壽華

(1.福建省建筑設計研究院 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，針對排水系統立管排水能力測試所展開的一系列工作對推動建筑排水行業的發展起到了積極作用，但在涉及排水能力測試的方法、判定標準、測試條件等方面仍存在著不同的思路和爭議，本文也僅是針對存在的問題進行總結，讓更多的同行了解排水能力測試的要點和引發思考。

1 測試方法

立管排水能力測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“測試時，設置的供水裝置按照設定的流量向排水系統持續排水的一種測試方法。”，而瞬間流量法是指“測試時，模擬衛生器具瞬間流排水特性的裝置向排水系統排水，排水流量隨時間而變化的一種測試方法。”其差別主要體現在測試時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

現已實施的《住宅生活排水系統立管排水能力測試標準》[1](CECS 336:2013)采用定流量法作為住宅排水能力測試的推薦方法，而尚未實施的行業標準《住宅排水系統排水能力測試標準》[2]將定流量法和瞬間流量法均納入測試方法中，只給出測試方法而未涉及何種情況下采用何種測試方法。值得一提的是，標準中對瞬間流量法僅給出了模擬坐便器排放的工況，實測過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)，規程并未明確。

關于測試方法的選擇，主張采用瞬間流法測試的，其給出的理由主要是我國的生活習慣不同于日本，要摸索出適合我國國情的測試方法，不能盲目照搬日本集合式住宅采用的定常流法，日本衛生間洗浴有“泡湯”的習慣，排水更接近于定常流，而我國多習慣淋浴的方式，整個淋浴過程排水是不連續的。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有問題的，不應受其他因素的影響，定常流的數據重現性好。

目前的主流觀點是，鑒于定流量法測試條件更加嚴格并且可操作性更強(數據重現性好)，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，測試工作量也將大幅增加，甚至有專家指出，花費大量精力去找瞬間流量法對水封破壞最嚴重的疊加流量，這個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算的結果是我國秒流量公式計算結果的約1.6倍，這也說明日本在建筑排水系統設計方面是偏于安全考慮的，日本很早以前也有考慮過采用瞬間流法進行排水流量測試，但因為測試過于復雜放棄了，鑒于此，更多的同行傾向于采用定流量法測試。萬科排水塔測試數據顯示，在相同條件下，同一個水封在破壞的瞬間(剛好破壞時)，瞬間流法此時的排水流量約為定流量法此時排水流量的2倍，換言之，定流量法測試結果將偏于安全。

2 判定標準

日本和印度使用的判定標準是“立管內壓力波動在±400Pa以內”，歐美使用的判定標準是“水封存水損耗不大于25mm”，湖南大學使用的判定標準是“立管內壓力波動在±400Pa以內并且一次水封損失值控制在25mm以內”的雙控模式。實踐也證實，按管內壓力值判定要求高于按水封殘余水深值判定要求，并且只通過壓力進行判定便于自動化控制。

日本和湖南大學的模式強化了排水條件，而歐美模式則注重聯系實際使用工況，我們知道，排水系統的首要任務是保證排水的安全性，即排水管道內的污濁氣體不應進入室內，從這一原則出發就不難發現真正影響排水能力的因素在于水封，而我們往往過于強調壓力的波動范圍卻忽視了排水管道系統工作的特點。對于某一個水封裝置，當系統負壓造成水封抽吸后，損失部分存水直至負壓被重新平衡，此時室內空氣呈現流入管道的態勢，當系統正壓造成水封頂托后，一旦正壓被重新平衡，管道內氣體有進入室內的態勢，這才是我們需要真正避免的情況，也就是說，水封存水往往因為負壓抽吸會損失一部分，而如何保證負壓抽吸作用后的剩余水封深度仍能夠耐住管內正壓而不至于使臭氣進入室內才是真正安全的排水系統，基于這點測出的排水系統排水能力才是安全的。行業標準《地漏》[3](CJ/T 186-2003)中對地漏水封穩定性提出“有水封地漏在正常排水的情況下，當排水管道內負壓為(-400±10)Pa并持續10s時，地漏中的水封剩余深度應不小于20mm。”的要求，這也就是水封的剩余深度應耐住管內400Pa正壓的具體描述。也就是說，將壓力波幅控制轉向防范正壓，這對于采用高水封比設計的水封裝置而言具有重要意義，對排水系統的安全性和測試標準都有很大的影響。

針對測試過程中排水橫支管是否僅采集壓力還是同時采集壓力和水封損失的工況，部分觀點認為在橫支管上加裝水封裝置會對實測壓力產生影響，因為水封存水會出現晃動或損失，對管內的壓力有一個“緩沖”的作用，實際上，水封的晃動是管內壓力變化引起的現象，而水封裝置內因負壓被抽吸而流失的部分水量相對于管道內體積空間是可以忽略的，也就是說僅在橫支管上裝設壓力傳感器不會影響到采集壓力的真實性。

3 測試條件

3.1 持續時間的影響

持續時間主要是針對定常流法的，有試驗證實，在整個持續放水過程中，因為壓力的波動會造成水封的慣性晃動導致水封內的水量逐漸損失，而壓力波動幅值在整個過程中卻表現均衡，在水封破封失效之前不會因為持續時間的長短而受影響，這對以水封損失值作為判定條件進行測試就會有很大的影響。也就是說，排水持續時間對水封損失值有較大的影響，但對立管內壓力波動幾乎沒有影響。因此，對于相同的某個測試流量而言，瞬間流法和定常流發測得的壓力波動幅值是相近的，但定常流的水封損失值卻要大很多。可見，不論是相同的測試方法或不同的測試方法，不同的排水持續時間在以水封損失值作為判定標準條件下對測試結果都會有較大的影響。

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行壓力采集動作的時間間隔，很明顯，采集精度越高，時間間隔就越短，單位時間內測壓點捕捉到的壓力值就越多，捕捉到瞬時壓力峰值的幾率就更大，壓力波動表現的更為明顯，而采集精度的變化不會對水封損失值造成影響，試驗也證實了這一點。

目前，國內測試用壓力傳感器精度主要有采用20ms、50ms和500ms三種，《住宅生活排水系統立管排水能力測試標準》[1](CECS 336:2013)規定采集精度為200ms，對于同一條件同一放水流量，不同的采集精度測出的壓力波動幅值往往不同，甚至會有較大差異，這對于以壓力波動作為判定標準的測試方法就會有很大影響，有可能會產生如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曲線的情況。

這樣很自然的就會引申出一個問題，采用高采集精度捕捉到的這些瞬間壓力極值點對實際排水工況的影響有多大，換言之，這些瞬間壓力極值點是否會對排水系統造成多大的破壞作用，是否會造成水封的強烈抽吸作用，在東莞萬科排水塔中曾對瞬間壓力極值點是否會同步在水封裝置中獲得表現進行了測試(圖2)，采取專人記錄排水持續時間內的水封晃動過程，并將這一過程和軟件所生產的壓力波動曲線進行比對，試驗證實壓力曲線和水封波動過程是相吻合的，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和水封波動的對應情況，對應于實際水封裝置(水封高度50mm)，壓力極值點和水封水量損失值又是呈現怎樣的對應關系尚不是太明確，需進一步試驗。

圖2 簡易水封裝置

4 公共建筑排水能力測試

已實施的協會標準《住宅生活排水系統立管排水能力測試標準》[1](CECS 336:2013)和即將實施的行業標準《住宅排水系統排水能力測試標準》[2]都是針對居住類建筑的，雖然住宅排水能力的測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試也是今后必須研究的一個方向，針對這個問題，有以下幾方面值得思考:

(1)住宅測試時的衛生器具配置為坐便器+浴盆+洗臉盆，而針對公共建筑排水能力測試的衛生器具如何配置是個頗受爭議的問題，難點也就在于公共衛生間配置的多樣性和使用的隨機性。

(2)關于排水支管坡度的問題，采用PVC-U塑料排水管時，是采用最小坡度、標準坡度還是通用坡度的問題，更多同行傾向于采用標準坡度0.026進行測試。

(3)關于排水支管流量控制的問題，一方認為應以相應管材、管徑、坡度、充滿度條件下計算得到的流量進行放水，另一方認為這種情況下的流量非常之大，不符合實際情況，應按規范提供的計算方法結合測試中衛生器具的配置情況進行計算，將此計算值作為放水流量值。

(4)另一個焦點問題是排水流量測試控制條件的問題，萬科排水塔在試驗時對一系列不同類型和款式的主流坐便器進行了破封試驗，結果是坐便器破壞水封的負壓值最小也在700Pa，相對地漏水封來說，是一個不容易破壞的節點，因此系統的水封薄弱點轉向地漏，地漏水封是最容易破壞的節點也就成為了大家的共識，但測試時這個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?)出現又是一個問題，因此，提出制作一個標準水封的想法運運而生。

(5)關于傳感器精度的問題，有專家提出，目前，國內市場上沒有精度在20HZ(采集時間間隔50ms)的傳感器，應根據實際情況調整采集精度，如采用2HZ(采集時間間隔500ms)的傳感器，日本有專家指出，此采集頻率和水封波動頻率是接近的。

(6)另外，研究這些問題的主要目的也是為后續公共建筑排水能力的測試提供出相對的較好方法，大家都采用這個方法進行測試以提供公平的測試環境，但國內也有研發整個建筑排水系統(包括立管系統和支管系統)的，因此，將這個系統應用在測試中意義更大，因為這和工程應用是一致的，也就是說，不要對系統配置作出過多的限制，比如A廠家使用地漏標準水封測試A廠家的立管排水流量，而B廠家可以使用自身的地漏測試B廠家的立管排水流量，但水封破壞的條件是一致的。

(7)現在水封比這個概念的引入也引起不少專家學著的爭議，有認為水封比是進出口(平均)斷面積之比的，有認為是進出口自由水面面積之比的，還有認為應該是進出口存水量之比的，在如何利用水封比強化水封抗壓力波動能上，也持有不同觀點，有認為水封比應控制在一個合理范圍并且不能觸碰50mm水封深度的“紅線”，也有認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準水封如何制作的問題。

(8)對于公共衛生間大便器多、支管長根據規范需要設置循環通氣管的情況下，測試時是否也考慮設置此輔助通氣管的工況也是測試時必須考慮的又一個問題。

5 結語

通過有關試驗結合工程實踐來建立一套與我國實際情況既相適應的排水立管排水能力的測試方法顯得迫切而且必要，測試方法、判定條件和測試條件的選取對測試結果都有直接影響，特別是在測試過程中考慮水封比因素對排水安全性的影響將會是下一個研究的工作重點，同時建立一套公共建筑排水立管排水能力的測試方法也是需要推進的工作內容。因此，開展排水立管排水能力的測試方法的研究，將有利于建筑排水理論的完善和應用技術的進步。

[1]CECS 336∶2013，住宅生活排水系統立管排水能力測試標準[S].

[2]CJJ×××，住宅排水系統排水能力測試標準(在編)[S].

[3]CJ/T 186-2003，地漏[S].