基于疫情防控視角的水封及地漏安全性探討★

蘭玥瑩 王守榮 裴文韜 王麗娟 高紀春 武 雪 趙之淇 趙金輝

(南京工業大學城市建設學院，江蘇 南京 211800)

1 背景及意義

近幾十年來，建筑的結構安全性、功能性、舒適性和節能性能等方面日益受到關注并取得了很大進步，建筑設備配套日趨完備，但對建筑排水系統關注度較低，常停留在能否將污水排除的基本功能方面。建筑排水管內呈三相混合流態，排水狀態下管內過大正壓或負壓變化均可導致水封破壞從而使排水系統中的氣體逸出至室內。秦紀偉等[1]先后對北京等五個城市住宅排水進行了調查，結果表明目前多數住宅排水系統均存在不同程度返臭氣、漏水、噪聲大和排水不暢等問題。

實際上，除返臭問題外，建筑排水立管內部及衛生器具表面，微生物大量繁殖，本身存在一定的安全風險[2]。劉德明等[3]對高校宿舍排水系統中微生物污染特征研究表明，排水立管管壁上菌落總數高達1.58×1010CFU/cm2。Gormley等[4]指出建筑排水系統中，病毒等污染物可能會隨著氣體流動，從而形成病毒的交叉傳播。在傳播性疾病爆發的背景下，排水系統由于水封破壞等原因可帶來病原菌隨排水系統擴散的不良后果。2003年我國香港淘大花園小區爆發的大規模嚴重急性呼吸綜合征(SARS，“非典”)事件，其中最直接的原因之一是排水系統的衛生器具(主要為地漏)的水封干涸[5，6]。當前，2019年年底開始爆發的新型冠狀病毒肺炎(COVID-19)疫情仍在持續，鐘南山院士團隊等相關研究表明受感染者的糞便及尿液中可檢出具活性病毒，再次引發公眾對于病毒是否會通過排水系統傳播以及該采取哪些措施的關注。鐘南山院士強調，防范新冠肺炎，保持下水道暢通極為重要。從基于病原菌風險防控、提升健康安全性角度，對建筑排水系統水封安全及相應應對措施方面尚待深入研究和探索。

我國在建筑排水領域近幾十年來主要從增加管道排水能力和減少氣壓波動角度進行過較多研究，但從基于病原菌風險防控角度對排水系統設計優化和應對措施以及排水系統病原菌傳播規律尚缺乏深入試驗和實證研究。在當前條件下，亟需基于疫情防控需求開展建筑排水系統安全相關關鍵問題研究，貫徹習近平總書記強調的“要把人民群眾生命安全和身體健康放在第一位”重要指示，目的不僅在于深化我國建筑排水領域內相關研究，更在于為應對類似SARS以及新冠肺炎情況下防止病原菌通過建筑排水系統傳播提供應對措施，進一步提升住宅建筑健康安全性水平，保障人民群眾生命安全與健康。

2 水封破壞的原因及需關注的關鍵問題

2.1 水封破壞的原因

長期以來，對水封的作用主要認為是通過一定高度存水液柱抵抗管網壓力波動，避免臭氣進入室內，相關規范明確限制了地漏水封高度。實際上，隨著近年來研究深入，已經認識到影響水封強度存在多元因素，如水封結構、水封深度、水封比、水封容量、水封固有振蕩頻率等，基于水封安全和病原菌阻隔控制的多維控制參數優化仍需深入探討[7]。此外，水封因產品自身缺陷、設計選用不當、施工安裝不規范、日常疏于管理等因素發生水封破壞的現象常見。從建設、施工和使用過程分析，水封破環原因、破壞因素及現象特征總結分析見表1。

2.2 基于多維參數控制的關鍵問題分析

水封裝置(如存水彎)的性能至少可用水封深度和水封強度這兩個重要指標來衡量。其他條件不變情況下，水封深度越大，越不易被破壞。但水封深度太大會容易導致沉積的雜質堵塞，減弱存水彎的自凈能力。故水封深度需有低限值和高限值，一般取50 mm～100 mm。

除了水封深度參數之外，水封強度是指在水封深度固定不變的前提下，水封裝置的構造變化導致的水封性能變化。用水封構造尺寸表征的水封比需要用水封強度進行測試及體現。但需注意的是水封強度的提高需同時滿足水封排水和自凈能力，目前一些新開發的水封在提高了水封強度的同時降低了排水和自凈能力，未來需進一步基于多維參數控制需求，結合CJ/T 186—2018地漏及國家標準GB/T 27710—2020地漏優化和開發相關產品。

水封的誘導虹吸損失除了受負壓值的影響，還與負壓的振動頻率和水封裝置中的水量或固有振蕩頻率有關。當負壓的振動頻率和水封裝置的固有振蕩頻率發生諧振時，水封損失加大。水容量小的水封裝置容易和排水立管中的負壓發生諧振，水封損失加大。

表1 水封破壞原因及特征分析

水封損失還與排水持續時間及壓力波動的作用時間有關，排水持續時間越長水封損失越大。有研究表明60 s持續排水，其水封損失值比5 s超出一倍以上。因此，基于短暫持續時間壓力條件下的結果不能作為水封是否破壞的判斷依據。

此外，當前對水封排水流量、最小水封容量和水封強度等考慮主要是基于清水測試的結果，在水封安全性設計中應考慮實際應用條件下水中含有雜質及部分堵塞情況下對水封安全的影響。

3 地漏安全技術參數及安全措施

3.1 地漏安全技術參數

地漏使用中的問題除安裝因素外，產品本身安全性缺陷是主要的因素。在建筑生活排水系統中，地漏通常是最薄弱的環節。受排水系統中氣壓的變化，地漏內的水封會發生波動。提高水封抵抗正、負氣壓能力，直接關系到室內環境衛生質量。

在行業標準CJ/T 186—2018地漏及國家標準GB/T 27710—2020地漏之前，相關規范主要明確限制了地漏水封高度，對地漏其他技術參數以及合理選用等并未有較多明確規定。CJ/T 186—2018地漏對地漏的水封安全角度提出以下方面：

1)抗動態氣壓能力。有水封的地漏在達到水封深度時，當排水系統受到正負壓(±400 Pa±10 Pa)時，持續10 s，地漏中的剩余水封深度不應小于25 mm；防虹吸式地漏剩余水封深度不應小于35 mm。

2)水封深度、水封比、最小水封容量。有水封的地漏水封深度不應低于50 mm，水封比不應小于1.0；最小水封容量：DN50為160 mL，DN75為400 mL，DN100為860 mL，DN150為1 860 mL。目前市場上銷售的水封芯，其水封容量基本達不到上述要求。

3)自清能力。針對有水封地漏的規定，當地漏內的水封部件不可拆卸清洗時，其自清能力應達到90%以上，當水封部件可拆卸清洗時，其自清能力應能達到80%以上。

3.2 地漏安全措施與建議

1)科學合理的選擇地漏。市場上地漏產品種類繁雜，部分廠家玩弄概念，打著“防臭地漏”和“三防地漏”標簽，推出的產品實際應用中存在諸多問題[8]。正確的選擇地漏，關系到民生健康安全，應根據住宅淋浴間、衛生間以及公共建筑衛生間、公共淋浴間等不同場所，選擇合適的地漏。應嚴格遵守規范要求，禁止鐘罩式地漏的使用，并嚴格保證水封高度50 mm，將不合格的產品嚴格淘汰[9]。

2)加強地漏安全理論和新產品研發。長期以來，公眾對地漏安全重要性認識不足，近年來雖然逐步基于對地漏的新認識開發了一些新產品，但由于相關研究尚不夠系統，部分開發的產品利用概念包裝或僅強調了某方面性能。未來應進一步重視對于地漏性能的研究，開發性能良好的適用性產品[9]。

3)加強日常管理。針對地漏長期無水補充易導致干涸而造成臭氣外溢等問題，應加強日常管理，在無經常性地面排水的情況下，每隔一定時間給地漏補水，也可采用一些新型自動補水地漏。公共建筑中物業管理人員應加強日常維護，定期給地漏補水。

4 基于疫情防控視角的排水系統水封安全研究方向

水封是建筑排水系統中避免臭氣逸出至室內的末端關鍵節點，也是避免排水系統中病原菌傳播的關鍵環節。維持排水系統氣壓穩定，確保水封功能發揮正常，需要研究以下幾個關鍵問題:

1)水封的多維控制參數。

包括日本在內的一些國家以壓力變化值超過±400 Pa作為水封破壞的判定標準；歐洲規范中判定水封破壞通常以水封損失25 mm為標準；東京大學的鐮田教授、明治大學的坂上教授對水封損失和壓力變化之間的關系進行了實驗考證，發現當排水管內壓力變化值為-40 mm H2O時水封損失值約為25 mm[10]。CJJ/T 245—2016住宅生活排水系統立管排水能力測試標準也以水封損失為25 mm時的壓力相對值為壓力判定值，采用瞬間流量法排水測試時最大壓力判定值為±300 Pa，定流量法排水時最大壓力判定值為±400 Pa。在當前主要關注水封高度基礎上，基于水封安全和病原菌阻隔控制的多維控制參數優化仍需深入探討并將相關研究成果應用于工程實際[7]。

2)排水管設計取值的成本控制與安全度考量。

降低最大排水能力限值有利于穩定管內氣壓波動，維持水封工作穩定。但是設計人員在選用設計參數時，常常以經濟性和不突破規范的允許量為原則，選用不大于“最大設計排水能力”，或者不小于“最小設計管徑”等數值，并沒有過多考慮是否有安全度更高、使用更舒適的選項，不可避免地可能出現負荷大于基本設計參數時的不利狀況。此外，管徑選擇的依據主要基于排水設計秒流量，從近年來相關研究來看，我國現行規范中采用斯維什尼科夫(平方根法)計算的結果偏小，也小于概率法計算的結果[11]。因此，應加大對現行標準的計算公式和相關參數取值的研究，細化關鍵指標，提高安全度，避免排水系統不利工況下因負壓抽吸、正壓噴濺等導致衛生器具水封被破壞，造成不利氣體逸出。

3)復雜工況下的強化通氣措施實證。

對于當前城市大量的高層住宅建筑而言，排水管內氣壓變化更加復雜，目前主要采取的措施是設通氣管，按現行標準規范選擇確定的排水管和通氣管管徑僅能滿足臨界排水能力，較少關注排水管系中通氣能力和通氣量。在此基礎上，面對疫情傳播威脅，基于避免水封破壞和排水系統病原菌交叉傳播，進一步提升健康安全度的需求，有必要開展相關試驗研究，驗證適當放大管徑后強化排水系統的通氣功能的效應等，以期達到使住宅建筑排水系統具有更高的健康安全性的目標。

4)排水系統不利氣體的安全排放及對策。

建筑室外排水管以及伸頂通氣管會向大氣中擴散這些不利氣體，也是需要考慮的潛在途徑。在雷神山、火神山醫院建設中也采取了對室外排水管道及伸頂通氣管排出的不利氣體進行紫外線消毒的應急措施，但相關針對性措施及其效果的系統性研究不多，實踐也不夠成熟，仍有待在研究探索基礎上提出可行的有效應對措施。

5 結語

建筑排水系統水封安全事關建筑室內環境舒適性與安全性已為人們所認識，能夠防止排水管道臭氣逸散進入室內，影響健康和衛生。近些年來在關注水封高度基礎上，已經開展了水封和地漏安全多維安全參數研究，加深了對于水封破壞的原理和影響因素的認知，也開發出來一些新產品。在疫情防控背景下，水封安全對于防止病原菌擴散，保障人民群眾生命安全和身體健康具有重要意義。亟需從病原菌風險防控角度開展排水系統設計優化和水封破壞應對措施方面深入和系統研究，進一步提升住宅建筑健康安全性水平，保障人民群眾生命安全與健康。