智能坐便器防虹吸功能的研究与应用

黄 玮

（厦门优胜卫厨科技有限公司，福建 厦门 361026）

0 前言

智能坐便器必须具备防虹吸的功能，防虹吸功能的作用是当坐便器前端的供水管道处于低压或负压状态时，防虹吸模块会切断水路，确保坐便器系统里面的水不会回流到供水系统中，以免对自来水水源造成污染。由于不同地区的国家标准对智能坐便器的防虹吸设计要求也不同，因此该文将针对欧洲市场需求，根据欧洲区域的标准，阐述如何设计符合要求的智能坐便器的防虹吸模块。

1 欧洲防虹吸标准要求

欧洲的防虹吸测试标准法规是BS-EN-1717-2001，标准规定了预防建筑物内饮用水受到污染的方法以及饮用水防倒流保护装置的基本要求。在欧洲市场智能坐便器的设计必须符合BS-EN-1717-2001的要求。

1.1 防范类型要求

饮用水系统装置除饮用水外不得混合其他流体。当设备连接饮用水使用时，设备会因流体回流而存在污染饮用水的风险。饮用水供给系统中流体回流的主要原因是饮用水供给系统中出现部分真空、压力下降或者饮用水使用设备系统中形成的反压超过饮用水系统中压力的情况。为了防止回流污染饮用水，必须有相应的保护装置，以防止受污染流体流入饮用水系统中。标准规定保护装置应采用空气气隙间隔对饮用水进行隔离保护。保护装置总成的设计位置应集成到使用设备上。如果无法集成，则应将其安装在设备的供水连接处，从而保护饮用水的水质。

EN1717法规规定在不同环境下防虹吸保护装置的设计结构：防护装置设计结构的选择（保护等级与装置结构原理）取决于设备使用饮用水系统需要防范的受污染最高风险流体的类别。

法规规定可能与饮用水接触的流体类别，按照水质的等级划分5类水：1） 直接由饮用水系统配送用于饮用的水。2） 适合人体饮用且不会对健康造成任何危害的流体，包括饮用水的味道、气味以及颜色发生变化。3） 含有一种或多种有害物质且会对人体健康造成危害的流体。4） 含有一种或多种有毒物质或放射性、引起有机物突变或致癌物质且会对人体健康造成危害的流体。5）含有微生物或毒菌且会对人体健康造成危害的流体。

1.2 保护装置类型的选择

智能坐便器在使用或不使用的过程中，可能接触清洁身体的废水和马桶里的废水，存在回流到饮用水系统的风险。根据BS-EN-1717-2001标准附录表 B.1，3.7项清洁身体的废水与3.9项马桶里的废水为5类水可知，保护装置适用第5类水，见表1。

表1 EN 1717：2001 标准附录表B.1

明确需要防护的为第5类水，根据BS-EN-1717-2001标准的第5.8节可以得到适于流体类别的保护装置矩阵，表2指出了每一保护装置的适用性。其中，指出防范5类水的保护装置为AA型、AB型以及AD型，见表2[1]。

表2 EN 1717：2001标准第5.8节表2

1.3 AA型、AB型AD型简介及优点、缺点

根据BS-EN-1717-2001标准的附录 A（规范性附录）可以得到保护装置的参考清单。

AA型的优点为结构简单，其缺点如下：1） 需要单独的水箱且智能坐便器对空间与高度的要求较高。2） 发生溢流时无特定溢流口，溢流无限制。3） 对智能坐便器冲洗需要单独供水装置，例如水泵，如图1所示。

图1 EN 1717：2001标准的附A （AA型示意图）

AB型的优点为有单独溢流口，适合应用在智能坐便器，其缺点如下：1） 需要单独水箱，智能坐便器需要有较大的空间与高度。2） 智能坐便器冲洗需要单独的供水装置，例如水泵，如图2所示。

图2 EN 1717：2001标准的附A （AB型示意图）

AD型保护装置为喷射型装置，出水口具有水压，应用在智能坐便器可以不需要单独水箱，装置体积较小，可降低坐便器高度。其缺点为智能坐便器在使用过程中会有大量损失溢流出去的水，低压冲洗流量较小，如图3所示。

图3 EN 1717：2001标准的附A （AD型示意图）

1.4 确定选择类型

根据3种类型特点与实际情况考虑，智能坐便器推荐使用AB型。AB型装置对应的设计标准为EN13077。

2 AB型防倒流装置

2.1 设计原理图

根据标准EN 13077：2008第7.2节可知，AB型装置设计原理如图4所示。

图4 AB型装置设计原理图

由图4可知，水系统流动方向从进水管进入水箱容器中，从出水口流出；当出水口与技术溢流口关闭时，进水口保持进水，此时关闭进水口（停止进水），2 s后水位达到临界水位。这就使直接与压力饮用水相连接的装置与下游的用水完全隔开，能够有效地隔断下游潜在的污染水因背压或虹吸等原因逆流到上游饮用水系统中，消除了卫浴设施可能对所连接的饮用水系统造成的污染，从而保障了饮用水系统的安全。

2.2 水箱结构设计

防虹吸装置设计集成在智能坐便器的内部。该防虹吸装置水箱主要由进水部分、出水部分、补气口、溢流通道、探针液位开关感应器以及控制电路等构成。

水箱分别设计有进水口和出水口，且进水口设在水箱的上部，同时也可设在水箱的顶壁处，也可设在水箱上部的侧壁中；进水口最低位置不得与水箱里面的水接触，以防止污染水箱上游；进水口须固定在水箱里面，位置不能移动。进入水箱的水应防止因飞溅、起泡而污染进水口，在进水口下方设计防溅板，以发挥防溅作用，也可以使用防溅墙。水流从进水口流进水箱，先落在防贱板上后流进水箱里面并进行存水；进水口与内壁必须有台阶高度差，不应与内壁齐平，防止因毛细现象而导致水箱内壁水污染进水口。

溢流管道进口与水箱的内腔连通，溢流管道的出口设在水箱外部。溢流管道截面形状设计为非圆形，与大气实时畅通，管道口在任何情况下都不允许堵塞；管道截面对应边尺寸管道下游大于或等于管道上游（≥，≥）；溢流下游截面积大于或等于上游截面积（≥）；溢流管道方向只能改变一次，角度小于或等于90 °。

溢流管道有2种方式：1） 水平式溢流，原理示意如图5所示，≤5；＞2+且不小于20 mm；≥10。 2） 信箱式溢流，原理示意如图6所示，≤5，＞2+且不小于20 mm；≥10h。

图5 水平式溢流原理示意图

图6 信箱式溢流原理示意图

当智能坐便器溢流管道出水口位于马桶表面时，在异常情况下，水直接溢流在马桶表面。为避免出现该现象，可在水箱内部溢流口最低溢流水位与水箱正常工作上液位增加辅助引流技术溢流口，技术溢流口可接管引流到陶瓷锅里，即使在异常条件下水箱发生溢流，水也优先从技术溢流口流到陶瓷锅里，避免溢流在陶瓷表面。

水箱的上部还设计了1个补气口，当水箱进水口产生虹吸时，存在空气压力差，补气口可及时给水箱内部进行补气，有效防止因水箱内部存水被虹吸回进水口而污染上游饮用水系统。补气口可以设在水箱的顶壁处，也可以设在水箱上部的侧壁中；补气口为开放式结构，与大气相连。补气口同时满足负压防倒流测试要求。

水箱内部设计了上液位探针感应、下液位感应器以及1个公共端探针感应器；水箱外部设计了控制电路，控制电路的输入分别与上液位探针感应器、下液位探针感应器以及公共端探针感应器相连；上液位探针感应器和下液位探针感应器分别向控制电路输出水箱内上、下液位状态信号，控制电路的输出接电磁阀，控制电路向电磁阀输出通或断的控制信号，电磁阀执行打开或关闭动作，控制水箱进行补水。

根据欧洲认证机构要求，从水箱内部进水口（包括防溅板）到智能坐便器的进水接头的水路零件以及与饮用水接触的有机物材料零件（塑料件、橡胶件等）须有KTW证书和W270证书或DVGW证书（KTW认证是指德国饮用水行业非金属部件的检测试验，对与饮用水接触的有机材料的卫生评估和测试，例如水的气味、味道和颜色测试。W270认证是指对与饮用水接触的有机材料的微生物测试评估，即微生物繁殖数量测试。DVGW认证是指德国煤气与水工业协会（公共卫生部门）制定的认证。对饮用水有关的产品认证需要满足KTW和W270的要求）。

2.3 水路系统设计与控制

根据AB型水箱特点，智能坐便器水路设计顺序原理图如下：电磁阀→防虹吸水箱→水泵→加热模块→换向阀→冲洗模块。

防虹吸型水箱进水通过电磁阀控制，该电磁阀的进口端接饮用水，电磁阀出口端与水箱的进水口相连。水箱的出水端与水泵相连，通过水泵驱动抽出水箱里的水，并传送给加热模块，水流经加热模块加热后，再经过换向阀，最后通过冲洗模块对人体进行清洗。

智能坐便器发出冲洗信号后，该冲洗信号进入控制电路，控制电路接收冲洗指令，上液位探针和下液位探针感应器检测水位情况，在下液位探针感应器检测到水位符合要求后，将信号发送给控制电路，控制电路向水泵发送控制命令，水泵启动抽水。在下液位感应器检测到水位不符合要求后，反馈给控制电路，控制电路向电磁阀发送控制命令，控制电磁阀开启向水箱内补水，经补水下液位探针感应器检测到水位符合要求后，再将信号反馈给控制电路，控制电路向水泵发送控制命令，水泵启动抽水，在上液位探针感应器检测到水位不符合要求后，将信号反馈给控制电路，控制电路向电磁阀发送控制命令，电磁阀继续开启补水。在上液位感应器检测到水位符合要求后，将信号反馈给控制电路，控制电路向电磁阀发送控制命令，电控电磁阀关闭，停止补水。此时，水泵继续抽水，水位会下降，当水位下降到下液位探针感应器作用时，反馈给控制电路，控制电路向电磁阀发送控制指令，指令电磁阀开启向水箱内补水，在上液位器检测到水位符合要求后，将信号反馈给控制电路，控制电路向电磁阀发送控制命令，电磁阀关闭，停止补水。这样循环下去，直到外部发出停止冲洗指令或达到控制程序预设的冲洗时间设定值时，控制电路接收停止冲洗指令，关闭电磁阀和水泵，结束冲洗工作。

由上述工作步骤可知，通过液位感应器对容器内的水位状态进行感应，并将感应信号输给控制电路，由控制电路来控制电磁阀的开启或关闭，以控制压力饮用水向容器内进水的进水量，消除了会使大量多余水从溢流通道排走的弊端，能够极大地避免对水资源的浪费。

2.4 认证机构防虹吸测试的要求

测试认证机构进行防虹吸装置结构验证包括测量值、空气间隔以及溢流管道结构与尺寸等。

2.4.1 水箱值的测试方法

智能坐便器进水口接1000 kPa的水压，开启电磁阀进水，水泵不工作（出水口不出水）；当水箱从溢流管道溢流达到最高水位时，关闭电磁阀进水，2 s后记录水箱水位；2 s后的水位与溢流管口部水位的高度差为。

水箱进水口形成50 kPa的负压，将所有溢流口密封住，当水箱水位位于溢流管口部时，观察是否有水从水箱里倒流进水箱的进水口，如果有倒流，就说明水箱弥补负压的补气不够，须加大补气口径，确保无倒流回进水口。

通过认证机构的测试将发布测试报告。凭测试报告可以申请DVGW认证机构证书。获得DVGW证书就说明在产品水系认证方面符合要求，可进入欧洲市场进行销售。

3 结语

由于地区的差异，欧洲防虹吸水箱装置的设计主要还是以对欧洲标准的理解与判断为基础，再根据标准并结合实际产品进行测试。因此，在设计中需要不断总结和积累，结合理论与实践经验，不断地优化和改进防虹吸系统在实际运用中的性能，提高产品的竞争力。