智能坐便器沖洗功能定量評價方法的研究*

鐘嘉強

(健研檢測集團有限公司 福建 廈門 361000)

在人們更加追求品質化、健康化、人性化、個性化、智能化的衛生間生活理念下,智能坐便器在國內的普及度越來越高。與傳統坐便器普遍帶有陶瓷高水箱不同,智能坐便器因智能組件排布和造型的需要,絕大多數為無水箱或帶下沉式水箱,外觀簡潔大方、空間利用率高、便于智能組件排布(見圖1)。

圖1 傳統坐便器與智能坐便器

沖洗功能是坐便器的核心功能。傳統的水箱坐便器帶有高水箱,沖洗利用的是水箱中儲水的重力勢能,不受自來水壓影響,沖洗功能較為穩定。而智能坐便器因水箱下沉或無水箱,可利用的重力勢能較小或未利用重力勢能,沖洗方式多種多樣,有蓄能沖刷、文丘里沖刷、水泵沖刷及電磁閥沖刷等等,大多數利用管道壓力,受水壓影響較大。

據市場調查反饋,智能馬桶實際沖洗表現良莠不齊,很多用戶的實際沖洗體驗不太理想。而無論是國標GB/T6952及GB/T31436,還是美國標準ASME A112.19.2,或者歐洲標準EN997都是有對坐便器的沖洗能力進行評估的。

針對這種現象,筆者通過調研、測試和分析,發現用現有的國標沖洗能力評價體系評價智能坐便器的沖洗功能,確實存在以下不夠完善的地方。

(1)現有標準里大多測試指標都是以某一限值或要求作為“合格與不合格”的判定基準,特別在合格區間的產品,并沒有定量的評價來做區分,因此,會出現很多產品在合格線的邊界,過程質量控制不好,容易產生波動導致不合格。

(2)國標規定的最低測試壓力為0.14MPa(壓力式為0.24MPa),而從下文中的水壓調研結果和對常見坐便器不同壓力的沖洗功能測試結果可以發現,用戶水壓低于0.14MPa的情況較為常見,且低壓時部分智能坐便器沖洗表現不佳;雖然國標允許商家規定最低使用壓力,但因為沖洗功能沒有定量評價指標,很多用戶選購時容易忽略壓力限制。

所以,現有的國標沖洗能力評價體系用于評估傳統坐便器是適用的,但用來評價智能坐便器的沖洗能力時具有一定局限性。為此,筆者在國標試驗項目的基礎上,結合對用戶實際水壓的調研結果,選取市面上常見的傳統坐便器及智能坐便器各20款,通過大量測試得到了各坐便器在不同水壓下的沖洗表現;再根據試驗結果和分析總結,探尋一種更適用于智能坐便器,有充分考慮水壓影響,且和水效等級一樣可定級或評分的坐便器沖洗功能評價方法,為產品研發及消費者選購智能坐便器提供一個對沖洗能力的定量參考。

1 國標試驗項目概述

1.1 試驗項目

國家標準《衛生陶瓷》(GB/T6952-2015)及《節水型衛生潔具》(GB/T31436-2015)規定的各類坐便器沖洗功能試驗項目如表1所示。

表1 坐便器沖洗功能試驗項目

這些試驗項目中,測試過程有定量和定性的,如洗凈功能中記錄殘留墨線長度、球排放和顆粒排放記錄剩余的球和顆粒個數、排水管道輸送特性記錄輸送長度等均為定量指標,水封回復、污水置換、衛生紙及人造試體和紙球等只記錄合格與否,但國標規定的是各項指標的合格線,測試報告最終呈現出來的只有合格與不合格的定性的結論,無法如水效等級一樣定量評價坐便器沖洗系統的優劣。

1.2 試驗壓力

按國標GB/T6952及GB/T31436的相關規定,沖洗功能試驗項目中,人造試體及紙球試驗在靜壓0.35MPa下進行,其他沖洗功能試驗在表2規定的最低試驗壓力下進行,既重力式的在0.14MPa,壓力式的在0.24MPa下進行。其中重力式即水箱式坐便器,壓力式指有利用管道壓力的沖洗閥式坐便器。不過,現在的智能坐便器應用到的能量多種多樣,定義劃分并不是非常清晰。

表2 便器用水量試驗壓力(靜壓力)(MPa)

除人造試體及紙球外,國標只對最低0.14MPa和0.24MPa兩個壓力的功能測試有規定,而從下文的用戶水壓調研結果來看,低于0.14MPa的情況還是很常見的。供水系統壓力對傳統水箱式坐便器影響不大,但對于沖洗方式與水壓和流量息息相關的許多智能坐便器而言,水壓大小直接影響到功能。雖然國標也允許商家規定產品的最低使用壓力要求,除非專業人士,大多客戶并不會關注到這些要求。這就導致很多用戶家中安裝的智能坐便器沖洗體驗并不好。

2 水壓調研及坐便器沖洗功能測試

國標規定了0.14MPa及0.24MPa的最低測試壓力,為了充分考慮坐便器在不同壓力的沖洗表現,本文的試驗測試壓力選取在0.10～0.28MPa。

2.1 測試壓力選取及水壓調研結果

為了確保試驗壓力能夠真實地反映實際使用情況,通過調查了近千戶用戶家的水壓,涵蓋城市新舊小區及農村自建房等。調查結果顯示,用戶家實際水壓在試驗選取的壓力段(0.14～0.28MPa)的分布情況如圖2所示。從圖2中可看出:①住宅水管壓力低于0.14MPa的情況確實是常見的;②壓力在0.1～0.28 MPa壓力分布近似形成以0.19MPa為期望值的正態分布,這為后續構建評價體系模型時的壓力權重系數選取提供了參考。

圖2 水壓分布圖

2.2 部分沖洗功能測試結果

根據測試壓力選取的結果,在0.1MPa、0.12MPa、0.14MPa、0.17MPa、0.19MPa、0.21MPa、0.24MPa、0.26MPa、0.28MPa等9個壓力對選取的40個坐便器的沖洗功能進行測試,部分測試結果如圖3所示。

圖3 坐便器部分沖洗功能在各壓力段測試結果

根據圖4的測試結果,可以發現:①傳統高水箱坐便器沖洗功能穩定,在各壓力段表現無明顯差異,基本不受水壓高低影響;②智能坐便器沖洗功能受水壓影響明顯,尤其是低壓沖洗功能;部分坐便器在低壓0.14 MPa以下有多項試驗指標不合格。因此,為了能夠準確地評價坐便器的沖洗能力,需要構建一套能夠將沖洗能力量化的定量評價模型,將低壓時的沖洗表現量化到最終結果中。即將考慮了不同水壓的沖洗試驗項目的試驗結果量化成一定的分數,再通過一定的加權計算,得到一個能夠有效反應坐便器在各壓力下沖洗能力的總分數。

3 沖洗功能定量評價體系建模

3.1 試驗項目選取及量化處理

在國標規定的試驗項目中,為了能更有效地量化坐便器的沖洗能力,試驗項目做了一定的取舍,選取了可代表實際沖刷污物在坐便器中的各種狀態的5種介質,墨線、固體球、小顆粒、混合介質和人造試體及紙球,并在現有測試方法的基礎上對試驗項目做量化處理。如洗凈功能中的試驗介質墨線,在坐便器中處于掛壁狀態,反映坐便器沖洗掛壁物的能力。

將試驗結果量化時,先按國標規定的試驗方法和最低試驗壓力0.14MPa(壓力式為0.24MPa)下測試各試驗項目(人造試體及紙球為0.35MPa)。若測試不合格,本項直接記0分;若合格,再測試此試驗項目在選取的各壓力下的結果,并量化處理。試驗項目選取及量化處理如表3所示。

表3 試驗項目及量化處理

其中混合介質和人造試體及紙球,為了更好地量化指標評估沖洗能力,在國標規定的標準數量上適當調整:混合介質中海綿條數量保持20條不變,紙球數量增加;人造試體及紙球中紙球數量保持4個不變,人造試體數量增加。

3.2 試驗壓力加權比重

本試驗同樣選取0.1MPa、0.12MPa、0.14MPa、0.17MPa、0.19MPa、0.21MPa、0.24MPa、0.26MPa、0.28MPa等9個壓力對坐便器進行功能測試,在計算坐便器沖洗能力總分時,參照2.1調研的壓力分布情況,對壓力賦予不同的加權比重。

表4 試驗壓力及權重系數

3.3 分數計算

在確定了試驗項目及試驗壓力后,開始建立定量評價模型。

3.3.1 單項測試

按表3的5個試驗項目,在選取的每個壓力下,分別參照國標規定的測試方法得到每個壓力的測試結果;再根據量化規則,得到坐便器在每個壓力下單項試驗項目的得分sgi、sxi、spi、shi、sci。其中懸浮物含兩項沖刷試驗項目,計算分數時各按50%的比例換算成一個總分。表5為某坐便器單項測試得分舉例。

表5 某坐便器單項測試得分舉例

3.3.2 分數計算

得到各個單項在每個壓力下的得分之后,乘以每個壓力的加權系數yi后再相加,可得到坐便器單個項目在全壓力段下的百分制得分,按5個單項各占比20%,將百分制得分轉換成20分制,得到各單項得分Sg、Sx、Sp、Sh、Sc:

將5個單項得分相加得到總分S,即此坐便器在沖洗能力定量評價模型中得到的總分:

如上例中的坐便器,代入到評價系統中得到各單項得分和總分分別為:

由此,可得到坐便器單項沖洗能力的單項得分和評估整體沖洗能力的總分,定量評估模型構建完成。

3.4 實例分析

本次試驗將所測試的40款坐便器的測試結果代入到擬定的定量評價模型中,得到每個坐便器的最終得分,如表6所示。

表6 常見40款坐便器得分

根據最終分數可以看到,傳統高水箱坐便器分數基本都在70分以上,80～90分段有13個,而智能坐便器分數集中在60～80之間,80分以上僅3個。可見目前傳統高水箱坐便器整體沖洗性能是要好于智能坐便器的,且穩定性也明顯更好。當然,在智能坐便器中,也不乏沖洗能力非常突出的坐便器。這與市場反饋結果相符。

4 結論

(1)用水量作為坐便器節水評價的一項重要指標,國際歐美發達國家及東南亞國家均有加嚴用水量的要求,提高在更寬水壓適用范圍的節水技術還是很有必要的。因此,提高智能坐便器能適用更寬范圍的水壓,且能保持較好的沖刷性能,技術研發的一個方向。

(2)本文所討論的評價方法,可以作為國標和水效評價的一個補充,在量化節水等級的同時,也可以通過評價方法量化沖洗性能,給研發制造企業、消費者可以在從沖洗合格的產品中再區分出在用戶常用壓力段內性能表現有什么差異,哪一款性能更優。作為研制企業改進產品的參考。

(3)通過本文研究的沖洗功能定量分析模型計算獲得的結果看,當前市場智能坐便器的沖洗性能還有待提高。

當然,該定量評價模型還有許多待完善的地方。比如權重分值的確定,壓力的選取,壓力與流量的相關性,以及與客戶體驗的相關性等,都還可以繼續深入研究。此外,關于掛壁物的沖洗能力評估,現有國內和國際標準關于墨線的沖刷,也較難細分不同坐便器的洗凈功能的差異,完善其檢測方法具有一定的研究意義。