建筑排水管道内部是气水两相流, 为了维持排水管道内的气压稳定, 避免气压的波动造成水封破坏, 防止有毒有害气体进入室内, 需要设置通气管道系统。除自循环通气系统和目前几乎不再使用的无通气立管排水系统外, 其他排水通气管道系统均会涉及通气立管伸顶通气的要求, 需要设计时考虑伸顶通气管的设置。由于卫生防疫需要, 通气管道伸顶高度依据目前的规范在一些经常有人员活动或可上人的屋面上会有不低于2m要求, 如果遇到建筑女儿墙高度不够或者造型特别的建筑, 设置这么高的伸顶通气管对建筑立面会造成一定的破坏, 所以在这些建筑中会遇到选择伸顶通气管设置位置的问题。《建筑给水排水设计规范》 (GB 50015-2003, 2009年版) 中提出自循环通气管道系统后, 在无需设置伸顶通气管的情况下, 解决了排水立管与通气管道之间的气体循环, 防止与立管连接横支管处负压过大, 破坏横支管上器具水封。那么排水管道自循环通气方式是不是替代通气管道伸顶困难的最佳方式呢, 本文将一般的民用建筑分为非生产性居住建筑和公共建筑两类, 就采用自循环通气立管的必要性和可行性, 进行总结概括。

　　 《住宅设计规范》 (GB 50096-2011) 8.2.13条规定, “排水通气管的出口, 设置在上人屋面、住户平台上时, 应高出屋面或平台地面2.00m;”在目前许多的平屋顶住宅建筑中, 建筑专业标注为上人屋面的场所时, 排水通气管道系统中的伸顶通气管大多设置为伸顶2m。这样对规范的理解和认识是否正确, 在此不做讨论, 但是这样的伸顶通气管设置方式, 在建筑女儿墙高度不够, 无法实现有效遮挡的情况下, 对建筑立面破坏较大, 给房屋的销售也会带来影响。如图1所示, 伸顶通气管的设计虽然符合了规范的字面要求, 但是很难满足建筑专业和建设单位的立面要求。此时若采用自循环通气系统可以解决排水通气管道中伸顶通气管设置破坏建筑立面的问题, 但是否是一种合适的解决方式。笔者认为这种情况下采用自循环通气方式并不是一个最合适的解决方案, 原因如下: (1) 自循环通气方式解决排水立管和通气立管之间的气体循环, 排水立管的数量决定通气立管的数量。采用该方式时立管数量增加, 管材造价及管井面积均会增加。 (2) 由于管道数量的增多以及管井面积的增加, 造成住宅套内可使用面积的减少, 得房率降低, 这在市场房价较高的现状下套内可使用面积是普通消费者较为敏感的因素之一, 对建设单位的销售可能会带来不利影响。如果采用汇合通气管的方式将屋面排水管道的伸顶通气管汇合后引至上人屋面的电梯机房、楼梯间或水箱间附近处, 再靠墙伸顶2 m;或者在检修用上人屋面, 将伸顶通气管道在屋面布置成汇合通气管后在高出下层门窗0.6m的女儿墙设置侧墙通气管, 可能比采用自循环通气系统更简单、便捷和节省造价, 同时对住宅建筑的立面影响也比之前减少了很多。

　　 如图2所示, 作为典型的中式建筑, 如果按照传统排水管道的伸顶通气方式将会造成建筑立面的破坏;而采用侧墙通气方式又会因为外挑屋檐的存在, 即使通气管口高出门窗顶部0.6 m, 也可能会出现通气管道内的有害气体在屋檐下聚集, 影响室内空气环境的现象。这时可以考虑采用排水管道的自循环通气方式, 理由如下: (1) 排水立管数量不多, 同时排水管道排水流量不大, 排水高度不高; (2) 其他通气方式容易造成立面的破坏或影响室内空气环境; (3) 购买或使用这种中式庭院的消费者对外形和环境的敏感度比价格更高。设计选择自循环通气方式, 既保护建筑立面的完整与美观, 又不对使用和室内环境造成影响。

　　 目前公共建筑的立面或造型越来越多追求特色和地标的概念, 也给排水通气管道系统的设计带来了一些麻烦。如果排水通气管道系统设置不合适, 不但无法将建筑所要呈现的效果充分体现, 而且还可能带来排水系统的使用麻烦。因此针对这类项目建议设计时需要从实际使用功能以及通气管道系统设置的条件, 综合分析比较, 选择最合理的通气管道系统。

　　 对于造型独特但是功能简单的公共建筑, 由于排水管道数量不多, 且排水管道在布置时不需要转换或汇合, 可以结合建筑立面及造型, 在通气管道伸顶设置无法实现时优先考虑采用排水管道自循环通气方式。如图3所示的办公楼, 整个建筑屋面与相邻建筑裙房屋面连成一体, 成为人员活动或休息远眺可到达的场所。如果依照规范伸顶通气管伸顶高度不小于2m, 建筑的立面和效果则将完全被破坏;同时, 因为建筑外立面均采用玻璃和干挂石材幕墙, 即使在屋面上可以找到一个4m范围内无门窗且人员不可到达的区域, 建筑专业也不会允许在玻璃和干挂石材幕墙上设置侧墙通气口。最终考虑到整个建筑功能仅为办公建筑, 排水管道主要集中在公共卫生间区域, 并且数量不多, 排水高度不大, 采用自循环通气系统不仅能够有效解决排水立管的排水能力和管道中的气体压力平衡问题, 而且对建筑造型及立面几乎没有影响, 所以在项目设计中使用。

　　 虽然自循环通气方式可以解决排水通气管道伸顶不便的问题, 但是在一些功能复杂的公共建筑中, 由于使用功能多, 可能有酒店、会议、商业、餐饮等, 而且为了今后管理和使用的方便, 往往需要各种功能的场所设置相对独立的排水出户管, 因此在项目设计中会出现排水管道的转换与汇合。此时, 如果选择排水管道的自循环通气方式, 会遇到排水管道流量计算、管道布置、使用维护上的一些问题。如图4, 建筑造型不利通气管道的伸顶通气, 选择自循环通气方式看起来也是可行的方式之一, 但是整个建筑使用功能包括酒店客房、会议、餐饮、商业等, 为满足建筑较低楼层中会议及餐饮区的使用要求, 酒店客房排水立管在中间楼层需要转换汇合后避开这些对环境噪音以及卫生要求较高的场所, 单独排出室外。在设计时, 若采用自循环通气系统, 排水管道的布置形式可能需要如图5所示, 会有以下问题需要设计考虑解决: (1) 排水横干管敷设距离长, 没有辅助的通气管道, 一旦不能合理使用, 较易产生堵塞, 排水横干管出现堵塞情况, 单靠在排水横干管上设置的清扫口是否可以有效解决问题。 (2) 排水立管1的排水能力怎样确定。

　　 对于问题 (1) , 在项目完成后通过横干管上设置的清扫口疏通管道解决堵塞问题, 对日常运营会有较多的不便, 同时可能涉及产权问题实施起来也较麻烦;如果为了排水的通畅放大排水横干管的坡度, 那么层高和总体造价也会受到影响。

　　 对于问题 (2) , 如果该立管按照不通气的排水立管来设计, 排水能力很低, 从计算上无法满足排水流量的要求;但也无法证明可以按照有伸顶或专用通气立管的排水立管来确定其排水流量。虽然也可以将排水立管1布置成自循环通气形式, 但目前可以找到的自循环通气方式排水立管排水能力参数仅有DN100, 对更大的管径没有实测的数据, 因此没有设计依据, 存在很大的不确定性。目前规范中对于自循环通气方式排水立管的排水能力以及管道布置形式, 主要是针对单根排水立管自循环通气且单独出户的情况, 对于图5这种形式的排水管道布置形式, 在规范中还无法找到对应的理论与数据支持, 这也是一个必须考虑的关键因素。综上所述, 对于排水立管数量较多且需要转换汇合的排水系统, 目前笔者建议还是采用专用通气或主、副通气立管的方式, 通过和建筑专业共同商议找到最合适的立面与伸顶通气管的融合, 选择合适的通气管道伸顶透气位置, 降低对建筑造型、立面的影响。

　　 自循环通气系统作为一种新型的排水管道通气方式, 在目前工程中不能使用吸气阀和通气管道伸顶困难的情况下, 起到了维持排水管道内气体正、负压平衡, 保护排水器具水封的作用, 弥补了不通气排水立管排水能力小, 不能满足使用要求的缺点。自循环通气方式设计时, 需要注意与采用专用通气立管或主、副通气立管时的差异和理解上的不同, 确保自循环通气方式设计的正确, 充分发挥该系统的作用。

　　 采用自循环通气系统时应根据《建筑给水排水设计规范》 (GB 50015-2003, 2009年版) 4.6.9 A条要求“通气立管下端应在排水横干管或排出管上采用倒顺水三通或倒斜三通相接。”而不同于4.6.9条要求的“下端应在最低排水横支管以下与排水立管以斜三通连接;”条文解释中说明这样设置的目的是为了顺自循环气流, 减小气流在配件中的阻力, 避免出现按照4.6.9条规定方式连接后出现其通水能力减小, 相当于不通气立管通水能力的现象。该条内容建议在设计说明或图纸表达上应重点体现, 避免因为立管底部连接方式的错误, 造成自循环通气系统使用的失败。

　　 设计采用自循环通气系统, 当采用环形通气管与排水横支管连接时, 结合通气管的连接规范中要求按照4.6.9条第4款执行“与主通气立管、排水立管连接不宜多于8层”, 采用结合通气管与主通气立管、排水立管层层连接是否合适?横支管在排水时最大负压区发生在横支管接入立管的位置, 最大负压值的大小与横支管距离立管底部的高度、横支管排水量大小以及通气量的大小有关, 此时若采用结合通气管与主通气立管、排水立管层层连接, 易出现污水在立管中竖直下落时带走的气体不能及时得到足够补充, 由于通气量小, 形成的负压大, 造成横支管上排水器具的水封破坏。虽然规范规定的是结合通气管连接通气立管与排水立管的最大层数要求, 但是设置过多的结合通气管连接排水管道和通气管道, 反而影响管道系统的压力平衡和自循环通气系统使用效果。因此设计时应当充分理解条文说明中针对该条文的自循环通气形式图示意义, 并参照执行。

　　 自循环通气系统是在排水管道通气系统直接设置伸顶通气管道困难, 采用侧墙通气或通过汇合通气管后仍不能解决的情况下, 选择的排水管道通气系统, 替代吸气阀和不通气排水立管的设置。因此在设计时遇到项目中排水立管伸顶通气困难, 可以考虑选择采用自循环通气系统解决排水立管和通气立管之间的气体循环、压力平衡, 同时增强这种条件下的排水管道排水能力。

　　 在工程设计中排水管道通气系统并没有规定, 一个项目中就需要采用统一的通气管道系统设置方式。在项目中可以依据各个场所要求的不同, 分别选择适合的通气管道系统。如图4所示的项目, 在设计时由于对自循环通气系统还不完全了解, 认为在主体建筑部分采用该系统并不是最佳方案, 并且笔者主观地认为在一个项目中采用一致的排水管道通气系统方式, 会更便于施工单位掌握和理解, 可以减少和避免出现施工时的错误, 从而放弃了在裙房的排水管道系统中采用自循环通气系统, 结果花费了大量的时间和精力与建筑专业商讨研究选择合适的位置, 设置满足规范要求的伸顶和侧墙通气管。其实在裙房屋面布置有人行通道的情况下, 且自循环通气方式所连接的排水立管可以独立排水出户时, 设计采用自循环通气系统是较简单有效的通气管道系统设计方式, 只要在图纸的表达和说明中详细交代所要掌握和特别注意的施工细节, 可以降低和减少错误产生的可能。

　　 采用自循环通气系统时, 还有以下几点建议:

　　 (1) 目前规范只有针对一个立管系统的试验和测试数据, 当实际项目中排水立管数量较多, 单立管排水出户不便, 管道布置需要如图5所示时, 应注意到规范中并没有该方式的表示和试验数据支持, 而且自循环系统管道内的空气动力学情况复杂, 和伸顶及专用通气立管条件下有很大不同, 因此在没有充分实现试验支持的前提下, 不建议选择。

　　 (2) 不应忽略排水高度对排水能力的影响。一般情况下, 随着排水高度的增加, 排水立管的排水能力会有所降低, 因此规范中说明排水层数在15层以上时, 排水立管排水能力宜乘以0.9系数, 而自循环通气方式排水高度对排水能力的影响, 是否和设有伸顶通气管情况完全一致或有试验数据证明, 从规范及条文解释中没有找到明确的结论;另外, 由于排水时污水在立管中竖直下落过程中挟带部分气体向下流动, 在排水横支管接入立管处形成最大负压区, 需要及时补充气体平衡管道内的压力波动, 当排水高度较高、排水量较大、管道系统通气量不足时能否有足够的气体补充平衡管道内的压力, 目前还无法确定。所以对于排水高度较高时使用, 建议慎重选择。

　　 (3) 由于通气立管底部与排水干管连接方式对排水能力和最低横支管通气效果影响大, 所以不仅在设计时应做好该部位的详细表达、说明, 同时建议最好对施工安装、施工监理进行重点说明和解释, 便于控制施工安装完全符合设计要求, 避免工程风险。

　　 自循环通气系统是在伸顶、侧墙通气管无法设置的情况下, 解决排水管道通气系统设计的一种手段。通过在一些项目中的实际应用以及思考, 笔者认为在注意了设计时所要关注的细节问题后, 在无法采用吸气阀的条件下, 自循环通气系统是帮助给排水设计更好地体现建筑师意图, 保护建筑造型、立面, 并且满足排水系统今后使用效果的排水管道通气方式。但在选择使用自循环通气系统前, 最好依据建设单位要求、建筑的使用性质和实施的必要性和可行性进行综合比较分析。

　　 (1) 建议在排水系统通气方式选择时, 首先应当选择排水管道伸顶通气的方式, 既可以满足排水管道中的气体压力平衡、管道排水能力问题, 又可以通过伸顶通气管将排水系统中积聚的有毒、有害气体排入大气中, 减少进入室内环境的可能。

　　 (2) 当一般普通的居住建筑即使女儿墙高度不够, 无法实现对上人屋面伸顶通气管有效遮挡或隐蔽时, 可以通过伸顶通气管道在屋面汇合后采用侧墙通气或在屋面合适位置伸顶通气的方式, 最大可能减少对建筑立面影响。自循环通气方式此时虽然可行, 但却不具备实施的必要性, 因此不建议选择采用该系统。

　　 (3) 遇到建筑高度不高, 层数不多的特殊造型的居住建筑或公共建筑, 如中式、欧式或某些独特造型建筑, 可以考虑自循环通气系统的使用或局部应用。当排水立管数量不多、排水流量不大, 单独排水出户便利, 不需要排水管道的汇合或转折时, 自循环通气方式在此时既具有采用的必要性又具有实施的可行性, 建议设置自循环通气系统, 保护建筑造型的完整。但需要按照《建筑给水排水设计规范》4.6.9C条要求, 在室外起始检查井的合适位置设置管径不小于100mm的通气管道, 便于排除管道系统中的有毒、有害气体。

　　 (4) 《建筑给水排水设计规范》4.6.9A条的条文说明中也提及“自循环通气立管底部与排出管相连接, 其通水能力大增, 将立管底部的正压值和立管上部的负压值通过循环通气管把两者相互抵消。”如果能在今后的规范修订中增加该种连接和敷设方式的图示, 以及更多的管道排水能力试验测试数据, 将会更有利于在项目中正确使用自循环通气方式。