《住宅生活排水系统立管排水能力测试标准》^[1](以下简称“测试标准”)2.0.16条规定:“水封流出端的自由水面面积与流入端的自由水面面积的比值,又称水封比、管径比。”

　　 式中n———水封比;

　　 A₂———水封流出端的自由水面面积(见图1);

　　 A₁———水封流入端的自由水面面积(见图1)。

　　 对水封抗压能力有如下要求,“测试标准”6.0.2条规定:“排水管内最大压力值不得大于+400Pa,排水管内最小压力值不得小于-400Pa。”6.0.3条规定:“当按排水管内压力值判定确有困难时,也可按存水弯水封残余水深或水封损失值判定,其判定标准为:存水弯水封剩余水深不应小于25mm或水封损失不应大于25 mm。《地漏》^[2](CJ/T 186-2003)5.8条规定:“有水封地漏在正常排水的情况下,当排水管道负压为(-400±10)Pa,并持续10s时,地漏中的水封剩余深度应不小于20 mm。”《地漏》^[3](GB/T 27710-2011)6.5.8条规定:“地漏达到水封深度时,在排水口施加真空度为(0.4±0.01)×10^-3 MPa,并持续10s时,地漏中的水封剩余深度应不小于20mm。”

　　 图2为水封抵抗负压时水封液面变化情况示意,图中阴影部分为水的体积。

　　 在静压条件下不同水封比水封抵抗负压的测试情况见表1。

　　 表1中理论水封剩余高度可按式(2)计算:

　　 式中H ———初始水封高度;

　　 H^′———理论剩余水封高度。

　　 由表1可知:理论剩余水封高度与实际测量值基本吻合,增大水封比可以有效增大水封负压穿透后的剩余水封高度^[4,5]。

　　 不同水封比水封负压穿透压力随水封液面高度变化而变化,如表2所示。

　　 由表2可以看出水封高度均为50 mm的条件下,对应不同水封比与不同水封液面高度时,其负压穿透压力也不同,其极限值均为500Pa,即水封高度所对应的抵抗压力。

　　 水封液面高度只要超过一定值时,其负压穿透压力均为最大值,把此液面高度称为临界液面高度,则不同水封比的临界液面高度不同,如表3所示。

　　 由表3可知:在静压条件下,水封抵抗负压的能力主要与水封高度有关,水封高度决定水封所能抵抗的最大负压压力。要保证水封在负压状态下不被穿透,则必须要保证水封高度满足要求^[6]。

　　 水封抵抗正压与负压的情况不同,在正压条件下,水封内的水被压回,水封流出端液面下降,水封流入端液面升高,水封流入端的水有可能被压回至卫生器具中,产生喷溅、返流等现象,但除去喷溅出的水引起的水量损失外,正压本身并不引起水封水量损失(在正压消失后,水又流回水封中),水封在正压穿透时示意见图3所示。

　　 将图3中A点定义为水封的排入点,则水封一般存在2种典型情况。

　　 典型情况一如图3a所示,排入点足够高,不同水封比水封正压穿透试验数据见表4。

　　 由表4及图3a可知,当A点高度足够高时,正压时水封流入端所能达到的最大水柱高度,即正压穿透时将水封流出端的水全部压至水封流入端,此时水封比是影响水封正压穿透压力的主要因素。

　　 典型情况二如图3b所示,水封排入点不高,如U型存水弯,排入点高度与上溢流点高度相等,正压时水会在流入端侧产生一定的液面雍高,该液面雍高的高度与流入端侧器具的形式有关,也就是水封内被压回的水在流入端器具内可雍高的高度。不同水封比的U型存水弯正压穿透数据见表5。

　　 由表5可知:水封穿透压力在550~600Pa,水封的穿透压力均为初始水封高度与液面雍高高度之和,此时影响水封正压穿透压力最主要的因素为水封排入点(A点)与水封上浸点之间的高差。由表2、表3可知,正压条件下引起水封水量的损失是非常微小的。

　　 水封蒸发试验装置如图4所示,水封盒水封比分别1∶1、1∶3和3∶1。图5为不同水封比水封静态蒸发损失曲线,表6为不同水封比水封静态蒸发损失(10mm)参数。由图5和表6可知:在相同的水封容量情况下,水封比的大小与水封静态蒸发有着密切的关系,水封比越大,水封蒸发量越小,实际水封静态蒸发的量与水封流入端的表面积成正比关系^[7]。

　　 (1)负压条件下会引起水封水量的损失,而正压条件下引起水封水量损失是非常微小的,因此,水封抵抗正压与负压的影响应分开考虑。

　　 (2)水封的最大负压穿透压力由水封高度决定,而与水封比无关。改变水封比只会改变临界液面高度,水封比越大临界液面高度越高,也就是水封剩余深度越大。

　　 (3)正压条件下引起水封水量损失是非常微小的,水封最大正压穿透压力由排入点与上浸入点的高差决定。当排入点与上浸入点的高差足够高时,水封正压穿透压力由水封比和液面高度决定的。

　　 (4)水封比是水封蒸发损失的重要影响因素,当水封容量和水封高度相同时,水封比越大,水封静态蒸发量越小;加大水封比是有效的降低水封静态蒸发损失的方法之一。