关于排水系统立管排水能力测试的若干问题

程宏伟 邱寿华

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

引 言

近年来，针对排水系统立管排水能力测试所展开的一系列工作对推动建筑排水行业的发展起到了积极作用，但在涉及排水能力测试的方法、判定标准、测试条件等方面仍存在着不同的思路和争议，本文也仅是针对存在的问题进行总结，让更多的同行了解排水能力测试的要点和引发思考。

1 测试方法

立管排水能力测试方法主要有定流量法和瞬间流量法，也有采用定流量法和瞬间流法相叠加的，定流量法是指“测试时，设置的供水装置按照设定的流量向排水系统持续排水的一种测试方法。”，而瞬间流量法是指“测试时，模拟卫生器具瞬间流排水特性的装置向排水系统排水，排水流量随时间而变化的一种测试方法。”其差别主要体现在测试时放水层的排水支管部分(图1左为瞬间流法放水层支管，图1右为定流量法放水层支管)和排水方式。

图1 瞬间流法和定流量法放水层支管

现已实施的《住宅生活排水系统立管排水能力测试标准》[1](CECS 336:2013)采用定流量法作为住宅排水能力测试的推荐方法，而尚未实施的行业标准《住宅排水系统排水能力测试标准》[2]将定流量法和瞬间流量法均纳入测试方法中，只给出测试方法而未涉及何种情况下采用何种测试方法。值得一提的是，标准中对瞬间流量法仅给出了模拟坐便器排放的工况，实测过程中是否需要考虑增加其他排水工况(如浴盆常流水+坐便器瞬间流，洗脸盆常流水+坐便器瞬间流等)，规程并未明确。

关于测试方法的选择，主张采用瞬间流法测试的，其给出的理由主要是我国的生活习惯不同于日本，要摸索出适合我国国情的测试方法，不能盲目照搬日本集合式住宅采用的定常流法，日本卫生间洗浴有“泡汤”的习惯，排水更接近于定常流，而我国多习惯淋浴的方式，整个淋浴过程排水是不连续的。而主张采用定常流法的，其给出的理由在于定常流本身是没有问题的，不应受其他因素的影响，定常流的数据重现性好。

目前的主流观点是，鉴于定流量法测试条件更加严格并且可操作性更强(数据重现性好)，瞬间流量法在控制放水层排水流量叠加以作为最不利工况的难度非常大，测试工作量也将大幅增加，甚至有专家指出，花费大量精力去找瞬间流量法对水封破坏最严重的叠加流量，这个叠加流量不就是定流量法中恒定的放水流量吗?另外，日本的秒流量公式计算的结果是我国秒流量公式计算结果的约1.6倍，这也说明日本在建筑排水系统设计方面是偏于安全考虑的，日本很早以前也有考虑过采用瞬间流法进行排水流量测试，但因为测试过于复杂放弃了，鉴于此，更多的同行倾向于采用定流量法测试。万科排水塔测试数据显示，在相同条件下，同一个水封在破坏的瞬间(刚好破坏时)，瞬间流法此时的排水流量约为定流量法此时排水流量的2倍，换言之，定流量法测试结果将偏于安全。

2 判定标准

日本和印度使用的判定标准是“立管内压力波动在±400Pa以内”，欧美使用的判定标准是“水封存水损耗不大于25mm”，湖南大学使用的判定标准是“立管内压力波动在±400Pa以内并且一次水封损失值控制在25mm以内”的双控模式。实践也证实，按管内压力值判定要求高于按水封残余水深值判定要求，并且只通过压力进行判定便于自动化控制。

日本和湖南大学的模式强化了排水条件，而欧美模式则注重联系实际使用工况，我们知道，排水系统的首要任务是保证排水的安全性，即排水管道内的污浊气体不应进入室内，从这一原则出发就不难发现真正影响排水能力的因素在于水封，而我们往往过于强调压力的波动范围却忽视了排水管道系统工作的特点。对于某一个水封装置，当系统负压造成水封抽吸后，损失部分存水直至负压被重新平衡，此时室内空气呈现流入管道的态势，当系统正压造成水封顶托后，一旦正压被重新平衡，管道内气体有进入室内的态势，这才是我们需要真正避免的情况，也就是说，水封存水往往因为负压抽吸会损失一部分，而如何保证负压抽吸作用后的剩余水封深度仍能够耐住管内正压而不至于使臭气进入室内才是真正安全的排水系统，基于这点测出的排水系统排水能力才是安全的。行业标准《地漏》[3](CJ/T 186-2003)中对地漏水封稳定性提出“有水封地漏在正常排水的情况下，当排水管道内负压为(-400±10)Pa并持续10s时，地漏中的水封剩余深度应不小于20mm。”的要求，这也就是水封的剩余深度应耐住管内400Pa正压的具体描述。也就是说，将压力波幅控制转向防范正压，这对于采用高水封比设计的水封装置而言具有重要意义，对排水系统的安全性和测试标准都有很大的影响。

针对测试过程中排水横支管是否仅采集压力还是同时采集压力和水封损失的工况，部分观点认为在横支管上加装水封装置会对实测压力产生影响，因为水封存水会出现晃动或损失，对管内的压力有一个“缓冲”的作用，实际上，水封的晃动是管内压力变化引起的现象，而水封装置内因负压被抽吸而流失的部分水量相对于管道内体积空间是可以忽略的，也就是说仅在横支管上装设压力传感器不会影响到采集压力的真实性。

3 测试条件

3.1 持续时间的影响

持续时间主要是针对定常流法的，有试验证实，在整个持续放水过程中，因为压力的波动会造成水封的惯性晃动导致水封内的水量逐渐损失，而压力波动幅值在整个过程中却表现均衡，在水封破封失效之前不会因为持续时间的长短而受影响，这对以水封损失值作为判定条件进行测试就会有很大的影响。也就是说，排水持续时间对水封损失值有较大的影响，但对立管内压力波动几乎没有影响。因此，对于相同的某个测试流量而言，瞬间流法和定常流发测得的压力波动幅值是相近的，但定常流的水封损失值却要大很多。可见，不论是相同的测试方法或不同的测试方法，不同的排水持续时间在以水封损失值作为判定标准条件下对测试结果都会有较大的影响。

3.2 采集精度的影响

采集精度是指压力传感器相邻两次执行压力采集动作的时间间隔，很明显，采集精度越高，时间间隔就越短，单位时间内测压点捕捉到的压力值就越多，捕捉到瞬时压力峰值的几率就更大，压力波动表现的更为明显，而采集精度的变化不会对水封损失值造成影响，试验也证实了这一点。

目前，国内测试用压力传感器精度主要有采用20ms、50ms和500ms三种，《住宅生活排水系统立管排水能力测试标准》[1](CECS 336:2013)规定采集精度为200ms，对于同一条件同一放水流量，不同的采集精度测出的压力波动幅值往往不同，甚至会有较大差异，这对于以压力波动作为判定标准的测试方法就会有很大影响，有可能会产生如500ms采集精度下10L/s放水流量和20ms采集精度下6L/s放水流量有相近压力波动曲线的情况。

这样很自然的就会引申出一个问题，采用高采集精度捕捉到的这些瞬间压力极值点对实际排水工况的影响有多大，换言之，这些瞬间压力极值点是否会对排水系统造成多大的破坏作用，是否会造成水封的强烈抽吸作用，在东莞万科排水塔中曾对瞬间压力极值点是否会同步在水封装置中获得表现进行了测试(图2)，采取专人记录排水持续时间内的水封晃动过程，并将这一过程和软件所生产的压力波动曲线进行比对，试验证实压力曲线和水封波动过程是相吻合的，并且瞬间压力值和液面高差也符合理论情况。但这只是记录了压力波动和水封波动的对应情况，对应于实际水封装置(水封高度50mm)，压力极值点和水封水量损失值又是呈现怎样的对应关系尚不是太明确，需进一步试验。

图2 简易水封装置

4 公共建筑排水能力测试

已实施的协会标准《住宅生活排水系统立管排水能力测试标准》[1](CECS 336:2013)和即将实施的行业标准《住宅排水系统排水能力测试标准》[2]都是针对居住类建筑的，虽然住宅排水能力的测试方法尚完善和明确，但也不能仅停留在住宅建筑层面上，公共建筑排水能力测试也是今后必须研究的一个方向，针对这个问题，有以下几方面值得思考:

(1)住宅测试时的卫生器具配置为坐便器+浴盆+洗脸盆，而针对公共建筑排水能力测试的卫生器具如何配置是个颇受争议的问题，难点也就在于公共卫生间配置的多样性和使用的随机性。

(2)关于排水支管坡度的问题，采用PVC-U塑料排水管时，是采用最小坡度、标准坡度还是通用坡度的问题，更多同行倾向于采用标准坡度0.026进行测试。

(3)关于排水支管流量控制的问题，一方认为应以相应管材、管径、坡度、充满度条件下计算得到的流量进行放水，另一方认为这种情况下的流量非常之大，不符合实际情况，应按规范提供的计算方法结合测试中卫生器具的配置情况进行计算，将此计算值作为放水流量值。

(4)另一个焦点问题是排水流量测试控制条件的问题，万科排水塔在试验时对一系列不同类型和款式的主流坐便器进行了破封试验，结果是坐便器破坏水封的负压值最小也在700Pa，相对地漏水封来说，是一个不容易破坏的节点，因此系统的水封薄弱点转向地漏，地漏水封是最容易破坏的节点也就成为了大家的共识，但测试时这个地漏将以怎样的形式(水封深度多少?水封比多少?水封容量多少?)出现又是一个问题，因此，提出制作一个标准水封的想法运运而生。

(5)关于传感器精度的问题，有专家提出，目前，国内市场上没有精度在20HZ(采集时间间隔50ms)的传感器，应根据实际情况调整采集精度，如采用2HZ(采集时间间隔500ms)的传感器，日本有专家指出，此采集频率和水封波动频率是接近的。

(6)另外，研究这些问题的主要目的也是为后续公共建筑排水能力的测试提供出相对的较好方法，大家都采用这个方法进行测试以提供公平的测试环境，但国内也有研发整个建筑排水系统(包括立管系统和支管系统)的，因此，将这个系统应用在测试中意义更大，因为这和工程应用是一致的，也就是说，不要对系统配置作出过多的限制，比如A厂家使用地漏标准水封测试A厂家的立管排水流量，而B厂家可以使用自身的地漏测试B厂家的立管排水流量，但水封破坏的条件是一致的。

(7)现在水封比这个概念的引入也引起不少专家学着的争议，有认为水封比是进出口(平均)断面积之比的，有认为是进出口自由水面面积之比的，还有认为应该是进出口存水量之比的，在如何利用水封比强化水封抗压力波动能上，也持有不同观点，有认为水封比应控制在一个合理范围并且不能触碰50mm水封深度的“红线”，也有认为可以利用加大水封比、减少水封深度的浅水封理论，这又影响到上面提到的标准水封如何制作的问题。

(8)对于公共卫生间大便器多、支管长根据规范需要设置循环通气管的情况下，测试时是否也考虑设置此辅助通气管的工况也是测试时必须考虑的又一个问题。

5 结语

通过有关试验结合工程实践来建立一套与我国实际情况既相适应的排水立管排水能力的测试方法显得迫切而且必要，测试方法、判定条件和测试条件的选取对测试结果都有直接影响，特别是在测试过程中考虑水封比因素对排水安全性的影响将会是下一个研究的工作重点，同时建立一套公共建筑排水立管排水能力的测试方法也是需要推进的工作内容。因此，开展排水立管排水能力的测试方法的研究，将有利于建筑排水理论的完善和应用技术的进步。

[1]CECS 336∶2013，住宅生活排水系统立管排水能力测试标准[S].

[2]CJJ×××，住宅排水系统排水能力测试标准(在编)[S].

[3]CJ/T 186-2003，地漏[S].