特殊单立管排水系统的结构及测试方法对实际排水能力影响的研究

 特殊单立管排水系统的结构及测试方法对实际排水能力影响的研究          

             关文民(1) 陈丽平(2) 姜涌(3) 

摘要

     近年来，随着各种技术的建筑排水系统日益广泛的应用，排水系统的实际排水能力的安全问题，引起了越来越多设计者和使用者的关注。由于各权威机构所出具的检测报告上的数据，与实际应用的感知有比较大的差异，尤其是在特殊单立管排水系统的应用方面较为突出。因此有必要结合实际应用及试验，对产生这个差异的原因进行一下更为深入的剖析，从而促进我国的建筑排水事业的健康发展。

关键词

特殊单立管，排水能力，旋流器种类，排水能力测试方法，排污返臭

     不同种类的建筑排水立管的排水能力，所采用的测试方法标准是没有区别的。但是在实际工程应用时，发现相近的测试数据的不同的排水系统却给人的感受会有很大的不同，甚至有相反的情况发生。随着节水洁具的不断发展和应用，情况还有恶化的趋势。

     笔者根据在流量测试塔的实验结果，以旋流器排水系统的结构分类、流量测试方法及实际工况单点进水流量为研究对象，分别从排水能力测试的标准流量、实际工况的特殊性、排水能力受部分实际工况的影响等方面，进行了深入的剖析，分别阐述如下。

1. 建筑排水系统的排水能力的检测方法标准

     我国的测试方法标准，目前有两部涉及住宅生活排水系统的测试方法标准，它们分别是 CJJ/T245-2016《住宅生活排水系统立管排水能力测试标准》和 T/CECS 336-2013《住宅生活排水系统立管排水能力测试标准》。这两部标准的测试方法，都把测试方法分为定流量法和瞬间流量法。

     由供水装置向排水系统持续放水，排水流量持续不变的测试方法，称为定流量法，由供水装置模拟卫生器具的瞬间排水特性向排水系统供水，排水流量随时间变化的测试方法，称为瞬间流量法。

      由于产品研发的需要，对于实验结果的再现性和简易性的需求的不断提高，世界各发达国家均以定流量法为主。定流量法，是以每层的供水流量升至 2.5L/s 为标准，逐层增加，直至多个层为 2.5L/s 加上最后一层为小于 2.5L/s 的零散数值。在我国，在这种测试情况下，当压力逼近且不超出±400Pa 范围时的最大流量为排水系统的最大测试排 水流量，即系统的测试排水能力。

2. 实际工程与测试方法标准上的差异

       实际工程与标准方法上的比较大的差异之一就是进水点位。进水点位指的是测试标准无一例外采用的都是三通，仅有一路进水，而实际工程尤其是同层排水系统中，采用的除三通外，还有四通以上多路进水的情况。实际工程与标准方法上的比较大的另外一个差异之一就是进水量。标准上的进水方法中是多个 2.5L/s 加上一个零散数值，而实际工程更常见的进水流量根本就不是 2.5L/s，而是更小的进水流量的多点汇集，例如马桶是 1.5 L/s 左右，洗衣机 1.0 L/s 左右，淋浴在 0.151.0 L/s 左右。

       本文的研究重点，是单路进水的情况。如果每一路的进入到排水立管中的水都形成附壁流，而且没有受到水流干涉的影响，那么就会形成一个空心通气柱，有利于压力的平衡与稳定。不同流量下的水量进入立管，可能会出现部分散流。散流水进入立管中，一部分水会存在于立管的中央，对通气中心柱起到一定的破坏作用。当不同楼层的多股散流水进入立管时，存在于立管中央的水越来越多，就会有可能形成气塞，当然实际工程中下落的卫生纸和其它固体堵塞中心的情况，可能会在更大程度上影响排水系统的排水能力。这个问题，会在将来的更深入测试中另作研究。

3. 立管内压力波动受汇集水流分散情况的影响的测试与分析

       为了研究实际应用工程的工况对按测试标准的测试结果的影响，笔者对两个排水系统分别进行了在某一汇集总流量下的点位进水量不同的情况的对比实验。

       a) 测试装置

       地点：宁波世诺卫浴有限公司。装置：流量测试塔。分区：测试塔设置了 5 层用于压力波动数据采集观测区和 4 组立管供水区。方法：定流量法。

       b) 测试方法

       按我国目前的标准通行采用的定流量法，在供水位置是多个 2.5L/s 加上一组零散数值。我们对同一排水系统，首先按国家标准上的方法测试出流量数值，然后，再保持系统总流量不变的情况下，采用多组小于 2.5L/s 的流量进行压力波动测试。对于不同结构种类的旋流器分别进行测试，然后进行对比和分析。

        这里对于旋流器的分类，按结构分为两类：一类是仅具有把本层的供水转换成附壁流能力的旋流器，我们称之为单导流旋流器，也称之为普通型旋流器。这种旋流器所有的导游叶片，全部呈环向四周分布，如图 1 所示；另外一类是既可以把本层的供水转换成附壁流，也可以把上游的散落于立管中央的水也转换成附壁流的旋流器，我们称之为全导流旋流器，也称之为加强型旋流器。这种旋流器的导游叶片中，有些会出现在中心通气柱的位置，如图 2 所示。出现在通气中心柱位置的叶片，会把散落在中心通气柱区域的液体和固体，转到附壁区域与正常的附壁流汇合到一起。

        c) 测试数据

        按不同的种类的旋流器分别进行了测试，结果如下。

        1) 单导流流放器（普通型旋流器）

从表 1 的测试数据上看，拆分开来分别供水，压力波动会发生变化。

(1) 在总流量为 6.5L/s 时，当把一个进水点的流量从 1.5L/s 拆解为   1L/s+0.5L/s 分别在两个供水点时，压力波动几乎没有什么变化。这告诉       我们，在附壁水流膜厚不大时，即    使出现了少量散流，还不足以形成有影响力的气塞，因此对压力波动的影响几乎可以忽略不计。

(2) 在总流量为 7L/s 时，当把一个进水点的流量从 1.5L/s+0.5L/s 拆解为1L/s+1L/s时，压力波动增加了 10%。这告诉我们，0.5L/s 的水流速度比      较小，进入立管时并没有形成明显的水舌现象，而是直接汇入到了附壁流。随着附壁水膜流的厚度增加，当出现了 1L/s 时，压力波动突然增加，说明 1L/s 时的水流，已经形成了一定的流向速度，但尚没有达到进水口斜面弹射的能力，使得水流进入到了通气中心柱区域，产生了气塞现象。而 1.5L/s 的流量，由于流水速度大一些，已经有比较大的概率被斜面转化成附壁流。

(3) 在总流量为 7.5L/s 时，当把一个进水点的流量从 2.5L/s 拆解为1L/s+1.5L/s 分别在两个供水点时，压力波动突然增加了 14.3%。这告诉我们，当单点进水流量比较高时，切向进水的斜面会有助于把进水转向 附壁流。当流量降低时，斜面的转向作用降低，会出现一些散流，进入通气中心柱区域，造成一定程度上的气塞。

(4) 在总流量为 8L/s 时，当把两组进水点的流量从 2.5L/s+0.5L/s 拆解为1.5L/s+1.5L/s，压力波动分别降低了 22.5%。这告诉我们，1.5L/s 的水流是能够在斜面的作用下进入到附壁区域的，进入立管时没有形成明显的水舌现象，而是直接汇入到了附壁流。而 2.5L/s 在形成附壁流时，由于流速比较高，会产生一定的飞溅及散射现象，会有少许形成少量的散流进入通气中心柱区域。随着附壁水膜流的厚度增加时，这些散流就逐渐开始起作用，引起压力波动增加。

(5) 在总流量为 8L/s 时，当把一个进水点的流量从2.5L/s+0.5L/s 拆解为1L/s+2L/s时，压力波动增加了 14.1%。这告诉我们，1L/s 时的水流，已经形成了一定速度水流，但没有达到进水口斜面反射的能力，使得水流进入到了通气中心柱区域，产生了气塞现象。当附壁水流厚度增加后，这部分的散流所形成的气塞现象影响越来越大，导致压力波动的大幅增加。

2) 全导流旋流器（加强型旋流器）

从表 2 的测试数据上看，拆分开来分别供水，压力波动变化比较小。

(1) 在总流量为 4L/s 的情况下，当把进水流量从 1.5L/s 拆解为 1L/s+0.5L/s供水时，与单导流型旋流器不同，其压力波动不升反降，但仅降低了 6%。但这告诉我们，在附壁水流膜厚不大时，出现一些散流，但全导流叶片已经把它们转到附壁流区域，因此它们对压力波动的影响几乎可以忽略不计。当把进水流量从2.5L/s+1.5L/s 拆解为 2L/s+1L/s+1L/s 供水时，压力波动大幅下降了近35%。这说明，单点进水量很大时，产生的水花扰动比较大，在转向斜面处形成了类似于衍射现象，如图3 所示。当流量降低一些时，衍射现象大幅减弱，因此压力波动大幅降低。

(2) 在总流量为4.5L/s 情况下，当把进水流量从1.5L/s+0.5L/s 拆解为1L/s+1L/s供水时，压力波动几乎没有什么变化。这告诉我们，在附壁水流膜厚不大时，出现一些散流，但全导流叶片已经把它们转到附壁流区域，因此它们对压力波动的影响几乎可以忽略不计。

(3) 在总流量为5L/s的情况下，把进水流量从2.5L/s+2.5L/s拆解为2.5L/s+1.5L/s+1L/s 供水时，压力波动下降了近 20%。这告诉我们，单点进水量较大时，产生的水花扰动比较大，在转向斜面处形成了类似于衍射现象。当流量降低一些时，衍射现象大幅减弱，因此压力波动大幅降低。当把进水流量从2.5L/s+2.5L/s 拆解为 2/s+1L/s+1L/s+1L/s 供水时，压力波动下降幅度超过了 41%。这告诉我们，单点进水量较大时，产生的水花扰动比较大，在转向斜面处形成了类似于衍射现象。当把所有的进水点的流量都降离衍射点时，衍射现象大幅减弱，因此压力波动大幅降低。

4. 结论

(1) 单导流型旋流器与全导流型旋流器，受散流的影响程度有很大不同。单导流型旋流器受散流的影响比较大，全导流型旋流器受散流的影响非常小；

(2) 实际工况下的排水，可能会在进水点产生散流。对于本文中的单导流型旋流器来说，1L/s 的流量是大幅产生散流的数值，而 0.5L/s 和 1.5L/s 都反而会降低散流产生的可能性。

(3) 当汇集的总流量相同时，单点进水的流量大小对整个排水系统的排水能力的影响非常大。

(4) 标准中的 2.5L/s 的进水量，对于不同种类的旋流系统，可能会对测试结果产生不同的偏差影响。就实验中所涉及的两种样品而言，对单导流旋流器来说，排水能力测试结果会偏大；对于全导流旋流器来说，排水能力测试结果会偏小。