淋浴器稳量节水影响因素探究

邱 琴，岳 鹏，范俊杰（上海建科检验有限公司，上海 201108）

淋浴器是现代人浴室中必不可少的淋浴器具，也是我国城镇生活节水的主要节水器具之一。据统计，淋浴用水占居民生活用水总量的近 1/3，已逐渐成为居民生活用水的重要部分。目前，市场上的淋浴器本体普遍采用塑料材质，表面经镀铬处理，亦有本体采用纯不锈钢或铜质的产品，但不锈钢或铜制材质花洒产品内部布水装置的成型较为困难，不如塑料材质花洒产品便捷，其精细化程度也不如塑料材质花洒产品。因此，不锈钢或铜制材质产品内部大多缺少布水装置，存在流量过大、冲洗压力过强且布水不均匀的问题，不利于节水。未设置节水措施的淋浴器多用水量较大，尤其是给水压力较大的情况下，淋浴器出水流量将大幅增加。普通型淋浴器（流量限值 9 L/min）将比节水型淋浴器（流量限值 6 L/min）消耗更多的水资源。本文针对淋浴器相关标准和稳量节水技术开展研究，通过对比不同限流装置、出水模式对淋浴器流量及流量均匀性的影响，研究淋浴器稳量节水技术，从而为淋浴器节水技术改进提供参考。

1 淋浴器水效指标分析

1.1 淋浴器节水标准现状

我国现行花洒相关标准主要有两个[1]。

（1）产品标准 GB/T 23447—2009《卫生洁具 淋浴用花洒》。该标准规定了花洒外观、流量、密封性能、机械强度、温降、耐腐蚀性能等产品质量技术要求。其中，与节水性能最为密切的指标是流量，但该标准仅规定了花洒产品基本流量要求，未涉及节水性能的要求。

（2）强制性水效标准 GB 28378—2019《淋浴器水效限定值及水效等级》。该标准于 2020 年 7 月 1 日起实施，替代了老标准 GB 28378—2012《淋浴器用水效率限定值及用水效率等级》。所谓的淋浴器包含了花洒或花洒组件。该标准按流量大小将淋浴器分为 3 级，其中，3 级为用水效率限定值，即市面上所有的淋浴器流量都应小于等于限定值，并且规定了流量均匀性技术要求。

两个标准对于淋浴器节水性能的技术要求如表 1 所示。

表1 淋浴器节水标准指标

其中，流量是淋浴器的一个重要指标，反映的是单位时间内的用水量。流量越大，即同样时间内的耗水量越大，淋浴器的节水效果越差。流量均匀性是淋浴器的另一个重要指标，是指在不同试验压力下，淋浴器手持式花洒的最高平均流量与最低平均流量之差，表征的是淋浴器在不同压力下流量变化幅度的大小，差值越大即压力变化引起流量的变化越大，淋浴器的流量均匀性越差。因此，流量、流量均匀性是评价淋浴器节水性能的两个主要依据。

1.2 淋浴器节水效果影响因素分析

淋浴器节水指标测试过程对管网压力进行了规定。但在实际工程设计时，为满足最不利点在用水高峰期时的用水需求常需要增加水压，也就造成了压力分区的低层超压出流现象更加严重，不仅浪费了能源，也浪费了水资源[2]。同样，管网压力不足时，可能会造成淋浴器出水流量降低、出水流速下降，舒适度和体验感较差。由于淋浴器连接的供水管道的给水泵扬程及楼层高度差异性大，淋浴器生产厂商不可能针对各类不同扬程的给水泵或不同的供水压力单独定制专属淋浴器。目前市场上大多通过增设限流装置、改变淋浴器结构设计等手段，保证淋浴器在不同供水压力下的出水流量和流速的稳定性，从而在实现节水的同时满足舒适度的要求。通常，淋浴器供水连接结构为连接供水管网的软管、限流器、淋浴器本体。

限流器的基本原理是通过过水通道与弹性结构的组合达到稳量的效果。弹性结构会在不同水压下产生不同的形变量，从而改变过水通道的横截面积。在形变量和过水通道本身的结构组合下，改变相应的水口尺寸，起到稳压节流的效果。限流装置最重要的元件是弹性结构组件，当下常用的弹性结构组件主要有两种，分别是橡胶圈和弹簧。弹簧结构相对复杂，限流器的更换也较为不便，淋浴器多采用橡胶圈作为主要弹性结构组件。

此外，高效节水淋浴器的设计除节约用水外，还应该注意水雾的分布、强度和温降[2]。因此，为了实现节水的同时保证体验质量，淋浴器通常通过改变内部构造，设计不同的出水模式，从而满足不同用户对于节水、水雾喷射强度、喷射范围、喷射角度等的不同需求。最常见的方式为通过空气注入，可增大水流速度的同时减小流量。其主要的工作原理是在淋浴器内部结构中增加能够产生文氏效应的结构装置，当水流进入淋浴器时，外界的空气压力迫使水流提速出水，同时空气占据淋浴器内部。

由上可知，淋浴器的组成根据限流装置的位置可分为 3个部分，即限流器前的供水管路、限流器以及限流器后的淋浴器主体部分。因此，影响淋浴器节水效果的因素通常可分为 3 部分，即供水管网压力、限流器限流效果以及淋浴器本体的内部结构。

2 淋浴器稳量节水影响因素研究

2.1 试验样品、试验装置和试验方法

选取了市面上常见的 3 款淋浴器型号并进行了相应的改装（1 号、2 号、3 号）。基于影响淋浴器节水效果的 3 个关键因素，分别开展了 3 组验证试验。其中，1 号、2 号淋浴器为单功能手持花洒，3 号淋浴器为多功能手持花洒，共有 4 种出水模式，分别为激射式、按摩式、雨淋式、富氧雨淋式。

（1）试验方法：试验依据 GB/T 23447—2009、GB 28378—2019 两个标准进行。

（2）试验设备：淋浴器综合试验机。

（3）型号：HZ-SZZH-B。

（4）测量范围：0 ～ 3 MPa、3 ～ 40 L/min。

（5）精度：± 0.01 MPa。

2.2 限流装置对水效指标的影响

选择同一型号淋浴器（1 号），加装不同的限流装置，在不同压力下对淋浴器开展流量和流量均匀性指标测试。通过比较各组淋浴器的流量和流量均匀性测试结果，对比分析不同限流装置对淋浴器稳量节水效果的影响。不同限流器流量-水压试验结果如图 1 所示。不同限流器流量均匀性试验结果如表 2 所示。

表2 不同限流器流量均匀性试验结果

图1 不同限流器流量-水压试验结果

由图 1 可知，供水压力的变化会对淋浴器流量直接产生影响。在未安装限流器的情况下，淋浴器的流量会随着水压的增大呈线性增大的趋势，且流量不符合淋浴器水效限定值指标的要求。安装非弹性结构限流器的淋浴器，随着水压增大，出水流量依然呈增大趋势，不能达到稳量的效果。虽然流量比无限流器的淋浴器流量总体偏小，但仅达到水效限定值的最低要求。设有弹性结构限流器的淋浴器随供水管网水压的上升，流量变化不明显，可达到恒流稳压的效果。由表2 可知，安装不同限流装置的淋浴器流量均匀性出现较大差异，无弹性结构限流、安装非弹性结构限流器的淋浴器流量均匀性无法达到所需指标要求，安装弹性结构限流的淋浴器流量均匀性能够满足指标要求。

安装弹性结构限流的淋浴器时，内部弹性结构在快速水流带来的高压强下受到挤压产生形变，橡胶圈扩大，加大了过水通道的截流面积，从而稳定出水流量。反之，内部弹性结构在低流速下仅产生少量变形或恢复至原始状态，过水通道被打开，保证水流通畅。因此，在同一花洒的前提下，设置橡胶圈弹性结构的限流装置可以实现节水、稳定出水流量的效果。

2.3 弹性装置对水效指标的影响

选择同一型号淋浴器（2 号），基于相同限流器加装不同弹性模量的密封圈。4 个密封圈弹性模量分别为 8.0 MPa、7.8 MPa、7.5 MPa 和 7.2 MPa。在不同压力下开展流量和流量均匀性指标测试，通过比较各组淋浴器的流量和流量均匀性测试结果，对比分析不同弹性限流装置对淋浴器稳量节水效果的影响。不同橡胶圈流量-水压试验结果如图 2所示。不同橡胶圈流量均匀性试验结果如表 3 所示。

图2 不同橡胶圈流量-水压试验结果

表3 不同橡胶圈流量均匀性试验结果

由图 2、表 3 可知，对于不同弹性模量橡胶圈的限流器，淋浴器的流量均匀性各不相同，稳量效果和节水效果也不同。首先，随着供水压力的增大，淋浴器流量逐渐增大，其中，橡胶圈 2 的流量最低，且增长幅度最小。随着橡胶圈弹性模量的减小，淋浴器的流量和流量均匀性呈现先减小再增大的趋势。这主要是由于弹性模量小的橡胶圈在受到水压变化时，容易产生较大程度的形变，当供水压力偏大时，限流的效果不明显。但弹性模量过大时，橡胶圈对于水压的变化不敏感，过水通道所产生的截面积变化也较小，当供水压力偏小时，流量增加的幅度不够，稳量效果也同样会受到影响。

因此，橡胶圈弹性结构的选取应基于不同的淋浴器构造和限流装置设计，弹性模量适中的橡胶圈才可以实现最优化的稳量、节水的效果。

2.4 出水模式对水效指标的影响

选择同一型号具有不同出水模式的淋浴器（3 号），加装同一限流装置，在不同压力下对淋浴器开展流量和流量均匀性指标测试。通过比较同一淋浴器不同出水模式下的流量和流量均匀性测试结果，对比分析不同出水模式对淋浴器稳量节水效果的影响。不同出水模式流量-水压试验结果如图 3所示，不同出水模式流量均匀性试验结果如表 4 所示。

图3 不同出水模式流量-水压试验结果

表4 不同出水模式流量均匀性试验结果

由图 3、表 4 可知，对于同一个淋浴器，不同的出水模式其流量和流量均匀性存在一定的差异。首先，4 种模式下流量随水压变大均呈上升趋势，且上升幅度基本保持一致。其次，模式 1 和 2 相对流量和流量均匀性较小，这主要是由于这两种模式下淋浴器出水口较少，喷射面积较小；但模式 3 和 4 出水口较多、喷射范围较大，在保证体验感的同时依然能够满足 1 级水效的指标要求。另外，在同一压力下，模式 4 相较于模式 3 增加了富氧技术，即空气注入技术，降低淋浴器流量约 8 %。该项技术依据文氏效应，在淋浴器内部过水通道中增设文丘里孔，外部空气因水流产生的负压由文丘里孔进入淋浴器内部过水通道，从而实现水气混合，通道内水含量占比减小同时不影响出水流速，起到稳量节水的效果。

因此，不同出水模式下淋浴器的流量和流量均匀性也随之变化，在保证舒适度的前提下，依然可以通过技术改进和创新减小用水量、降低供水压力的影响，从而实现稳量节水和舒适的双重效果。

3 结 语

通过淋浴器产品标准及水效标准的分析可知，淋浴器关键性的节水指标包含流量、流量均匀性，其影响因素通常包含供水管网压力、限流器限流效果以及淋浴器本体的内部结构 3 个方面。淋浴器的流量和流量均匀性主要是由其限流装置决定。不同限流装置稳量效果不同，未安装限流器或非弹性结构限流器的淋浴器流量和流量均匀性受水压变化的影响较大，容易出现不符合标准技术指标要求的情况。具有弹性结构的限流器淋浴器流量受水压变化影响较小，节水和稳量效果较好。对于限流器的关键零部件橡胶圈，不同弹性模量的橡胶圈稳量节水效果有所不同，但两者并非是线性关系，因此需要根据产品实际情况选择合适的弹性结构。具备不同出水模式的淋浴器在相同弹性限流器的作用下，各出水模式的流量变化较小，模式的选择可以基于节水的前提考虑人体舒适度和体验感。因此，在淋浴器设计、安装和使用过程中，应充分考虑节水、稳量、舒适等多方面的因素，选取最优化产品。