瞬间流法和定常流法是测试建筑排水系统排水能力常用的两种方法,都是通过控制系统压力波动接近或达到一个极限判定值,来确定系统最大排水能力。采用何种测试方法得出的最大排水流量值,更有利于工程设计的安全可靠,一直是学界争论的问题。要想厘清这个问题,就要回归到测试建筑排水系统排水能力的定义和数据获取方法上来:

　　 (1)建筑排水系统测试排水能力:是指在通过排水测试得出的水封损失未超过规定值时的最大排水流量;

　　 (2)测试数据获取方法的设计原理:为了便于测试,通常通过测试压力波动极限值来间接反映测试过程中系统水封损失变化状况。测试压力波动极限值的真正的目的是要得出系统水封损失值。压力值只是一个用于间接反映水封损失的参照值。

　　 因此,要想使得压力波动值确切反映水封损失的变化状况,需要搞清楚不同条件下排水试验所测得压力值与水封损失之间的关系。

　　 一般人往往认为排水系统的压力值等量于水封损失值。实际上压力和水封之间的某一等比例对应关系值需要在一定前提条件下才能成立。从泫氏实验塔进行的3个不同楼层同一次试验的压力和水封实时测试对比结果可以看到,在60s的试验时段内,各楼层系统压力基本处于某一范围相对平稳波动的状态(见图1a),但水封液位则在逐步降低(见图1b),水封损失值在逐步增加。图2是采用5s和60s排水持续时间的对比试验结果,也可以看出在同样-200Pa的系统压力下,5s排水持续时间水封损失值为8mm,60s排水持续时间水封损失值为17mm,相差超过1倍。同样在水封损失值17mm时,60s排水持续时间压力为-200Pa,而5s排水持续时间压力为-400Pa。由此可以得出,系统压力和水封损失之间并不是一个恒定的等比例对应关系值,而是一个随着系统压力作用于水封时间长短变化的变量(注:排水持续时间是指在排水流量测试时,从排水流量达到设定值开始,到数据采集记录结束的时间段,定常流法一般取值60s)。

　　 原因在于,水封作为一个具有固有振荡频率和受惯性力作用的水体,它的振荡溢出损失是与压力波动频率和作用时间长短密切相关的。仅从水封的试验就可以直观看到,由于水封水体受惯性力的作用,在排水试验的前期时段(见图1b中前10s),即便系统压力已达到一个较高的波动值,而水封降低幅度并未达到与系统压力相对应的值,现场透明测试地漏中的水封也并没有出现随着系统压力波动而产生相应幅度的振荡现象。但是随着排水持续时间的延长,水封体在系统压力作用下克服惯性,并与水封固有振荡频率相近的压力波产生共振,振荡幅度逐步加剧,水封液位降低幅度增大(见图1b),60s时超过了排水初期10s的1倍以上,甚至9楼位于正压区域波动的水封,也由于水封水体的惯性震荡作用产生水封溢出损失。

　　 在建筑排水系统中,排水流量较大的瞬间排水主要指坐便器排水,每次排水时间约10s,其中较大流量的峰值排水时间不超过6s。定常流测试的排水持续时间通常为为60s。一般人会认为,相较于平稳的定常流排水方式,瞬间排水会给排水立管系统带来较大的压力波动,更易造成水封损失和破坏。但从图1、图2的试验可以看出,在相同压力和相同流量下,水封损失值的大小只与排水持续时间长短相关。排水持续时间较短的瞬间流对水封损失的影响较小,而排水持续时间较长的定常流对水封损失的影响较大。这与许多人的习惯认知恰恰相反。

　　 在2015年8月北京召开的CIB-WO62国际建筑给排水学术会议上,日本坂上恭助教授发言介绍了日本的试验研究结果^[1],在3种相近流量(1.5L/s,3.0L/s,4.5L/s)下,恒流量排水(定常流)时地漏的水封损失是器具排水(瞬间流)的2~3倍,坐便器水封损失是器具排水的4~8倍。同时在相同压力下,恒流量排水的水封损失也远大于器具排水。

　　 根据试验结果可以得出,瞬间流和定常流排水持续时间不同,两种方式不可能在相同压力条件下出现相同或相近的水封损失,且定常流的水封损失远大于瞬间流。鉴于定常流排水工况比瞬间流排水更不利,因此,日本选用定常流而不是瞬间流作为试验标准^[1]。

　　 瞬间流法和定常流法是建筑排水系统排水能力测试常用的两种方法,目前都是通过控制系统压力波动接近或达到一个极限判定值来确定系统最大排水能力,但忽略了水封损失的问题。实际上测试的真正目的是要得出系统达到规定的水封损失值时的最大排水流量,压力值仅是一个用于间接反映水封损失状况的参照值。只不过在以往的试验装置中水封变化数据的采集较为困难,因此多采用压力值来间接反映测试过程水封损失情况。

　　 在试验过程中我们也发现(见图3a),在相同流量下,不同排水持续时间测得的压力极限值几乎接近。这很容易让人误以为瞬间流法和定常流法在相同流量下水封损失值也是相同的。实际上两者的水封损失值是不相同的(见图3b)。

　　 鉴于这种认识,许多人认为欧洲和日本等采用定流量法测试,是因为其喜好泡澡的卫浴习惯更接近恒定流排水方式,而中国人没有泡澡习惯,系统主要以较大流量的坐便器排水为主,应该采用与之更接近的瞬间流法测试,实际上这是一种误解。从日本等国为制订排水能力测试标准所进行的大量试验和研究成果说明,选择定流量法作为排水能力测试方法,一是因为这种相对持续时间较长的排水方式排水工况更为恶劣,更容易造成水封破坏,而非卫浴习惯不同所致;二是高层住宅排水系统立管中经常会出现定常流现象,楼层越高,出现的几率就越大,特别是在下部楼层的排水立管中出现的几率就更大。尽管我国大多数家庭没有像日本或欧洲国家那样的泡澡习惯,但大部分南方地区下午下班后相对集中的冲澡淋浴时段和周末洗衣机使用的集中时段,仍属于一种典型的长流水排水方式。加之我国住宅多为高层或超高层建筑,下部楼层出现定常流的几率更高。从调查了解的情况也可以发现,一些高层住宅经常在用水高峰时段出现明显返臭现象。这说明,不论从试验角度,还是从实际情况看,这种在高层建筑排水系统中常常出现的定常流现象,有可能是造成返臭的原因之一。

　　 根据试验可以看到,如果采用瞬间流法测得的水封损失不破封时的极限压力值和最大流量值,在持续排水的定常流状态时,就有可能会出现水封破坏。因此,只有在定常流且水封损失值未达到破坏状态下测得的极限压力值和最大流量值,才能最大限度确保系统水封的安全性。这应该是目前大多数发达国家选择定常流法的主要原因,这样的试验结果用于工程设计更安全可靠。

　　 瞬间流和定常流两种测试方法的压力判定值是确认系统最大排水能力的重要衡量依据,根据我国现行规范对水封深度的要求,目前采用定常流法进行排水能力测试时,参照日本标准将极限压力判定值定为±400Pa之内,水封损失值≤25mm。这个压力判定值是与水封损失值具有等比例对应关系。从日本《公寓住宅排水立管系统排水能力试验方法》(HASS 218—1999)标准中可以看到:±400Pa压力判定值是基于定常流排水条件下,水封损失25mm,排水持续时间60s而确定的^[2]。就是说定常流在60s试验排水持续时间条件下,±400Pa压力极限值与25mm水封损失具有对应的等比例关系。因此,这个压力值可以间接反映水封损失状态。

　　 由此我们知道,压力判定值是要通过对水封的大量试验和反复验证来确定的,从中找出水封损失值和压力判定值最为接近的等比例对应关系。那么,瞬间流测试方法的压力判定值如何确定?这个问题不解决,瞬间流法以±400Pa压力判定值获取的排水流量结果,就不能用于我国建筑排水系统工程设计,特别是高层建筑排水系统。因此,要想确定瞬间流法的压力判定值,就必须通过大量的水封试验,找出与25 mm水封损失相对应压力值。

　　 综上所述,当我们以系统压力作为水封损失参照值用于判定系统排水能力时,必然涉及到试验时的排水持续时间这个重要参数,三者之间的关系不是孤立的,是不能割裂的。而排水持续时间恰恰是瞬间流和定常流两种测试方法的重要区别,也是影响水封损失值的一个不可忽略的因素。

　　 目前,大多数欧美国家测试标准及我国《住宅生活排水系统立管排水能力测试标准》(CECS 336-2013)采用定常流法,从上述的试验结果可以证明,除了这种测试方法便利及测试数据重现性好等因素外,更重要的原因在于定常流更接近于排水系统中常常出现的相对恶劣的排水工况,以此方法获取最大排水能力测试结果,可确保其用于工程设计的安全性和可靠性。