建筑排水系统具有两大性能:①排放性能, 即将生活中使用过的水收集并迅速排放至室外, 是排水系统的最基本性能;②安全性能, 也就是保证室内环境卫生、防止排水系统内气压波动破坏卫生器具的水封。课题组前期的研究表明, 在定流量或瞬间流排水条件下, 不同卫生器具的水封损失与排水系统内的压力波动正相关^[1]。

排水系统的安全性能反映了由横支管布置方式、立管系统形式、管配件、横干管以及一些辅助配件等组成的系统性性能指标。可以从控制排水系统内的压力波动、提高排水系统可承受压力波动能力的角度提升排水系统的安全性能。

如图1所示, 相同条件下采用专用通气系统 (DN100×75、结合管隔层连接) 排水管内的压力波动小于采用DN100伸顶通气系统的排水管。同时, 在排水立管管径和排水系统高度相同的条件下, 无论采用定流量法还是瞬间流量法, 其他布置形式的专用通气系统的排水能力均大于伸顶通气系统^[2,3]。在采用定流量与瞬间流叠加的合流制排水模式时, 专用通气系统内的压力波动也小于伸顶通气系统^[3]。

特殊单立管系统中, 水流经特殊接头时因其导流叶片可减少水舌的产生, 同时, 水流在管道内流动的过程中呈螺旋状下落, 流程增大、流速降低, 从而使得系统内的压力波动降低。如图1所示, DN100苏维托特殊单立管系统内的压力波动小于DN100伸顶通气系统。其他类型的特殊单立管排水系统内的压力波动也小于同径的伸顶通气系统^[3]。

对于旋流器特殊单立管系统而言, 排水立管采用光壁管的旋流器特殊单立管系统内的压力波动大于采用内螺旋管的旋流器特殊单立管系统^[3], 如图2所示。此外, 由于不同品牌的特殊单立管系统构造不同导致其性能差异较大, 在选择特殊单立管系统时, 应根据《住宅生活排水系统立管排水能力测试标准》 (CJJ/T 245-2016) 进行测试确定其排水性能。

由于市场上少有管径为DN125的管材 (包括塑料管和铸铁管) , 与之匹配的管配件更是很少。搭建DN125的足尺测试系统 (包括伸顶通气系统和专用通气洗) 时, 需要采用DN125×110的过渡接头。而过渡接头的使用, 可能会影响系统的排水性能, 使得其系统内的压力波动大于DN100^[3], 如图3所示。因此, 选择与排水管材相匹配的管道配件是提高排水系统性能的有效措施之一。

专用通气系统因通气立管的存在, 使得系统内的压力波动相较于伸顶通气系统更小。在相同系统高度和结合管连接形式条件下, 通气立管管径越大则系统内的压力波动越小, 且差异较大;当排水立管和通气立管均相同时, 结合通气管每层连接时系统内的压力波动更小, 如图4所示。采用瞬间流量法时, 也有类似的结果^[3]。因此, 当采用专用通气系统时, 采用更大的通气立管和结合管每层连接方式可提高其安全性能。

在相同条件下, 对比铸铁管与PVC-U塑料管 (见图5) , 可以看到铸铁管伸顶通气系统中的压力波动小于PVC-U, 且采用定流量或瞬间流量法结果相同^[3]。可见, 塑料管与铸铁管的排水能力不能一概而论;相同条件下, 选择铸铁管可提升系统安全性能。

排水立管应避免在轴线偏置, 当受条件限制时, 可能存在用乙字管或2个45°弯头连接的情况。对于特殊单立管系统而言, 当排水立管轴线偏置时, 系统内的压力波动明显增大;而当轴线偏置处设置辅助通气管时, 压力波动有明显缓解^[3], 如图6所示。故若需轴线偏置时, 可设置辅助通气管以提高系统性能。

随着节水型社会建设的深化, 坐便器的用水量也逐渐减小, 节水型坐便器的用水量规定为小于等于5 L^[4]。水量的减少, 可能导致卫生洁具对污物的输送能力降低。排水横支管系统是各种卫生器具的连接管, 其性能直接影响着卫生器具的有效、快速排放。

根据试验研究, 排水横支管管径的增大不利于污物的输送, 管径越大水流的充满度越低, 水深越浅, 污物更易接触管底而停止运动;试验表明增加排水横支管管径时, 不同模拟物的输送距离均减小^[3];纸团是管道输送的不利因素, 在相同条件下其输送距离均小于胶棉^[3]。

随着横支管坡度的增大, 模拟污物的输送距离逐渐增加。当坡度为0.010时, 不同模拟污物在DN100的横支管中的输送距离为6～8 m, 而当横支管坡度为0.020时, 其输送距离均大于15 m^[3]。当横支管设置有弯头时, 其输送距离明显降低, 但考虑到坐便器一般靠近排水立管设置, 若受条件限制必须设置弯头时建议提高坡度。

由于建筑高度的不断刷新, 排水系统的高度和用水器具的增加, 使得系统内压力波动变大。随着吸气阀的发明和使用, 在伸顶通气系统和旋流器特殊单立管系统中, 采用不同的吸气阀设置方式, 对吸气阀的性能进行了验证。试验表明, 在排水系统中设置吸气阀时, 可有效缓解排水系统的压力波动^[3]。但吸气阀的安装会导致系统内吸入的气体在有限的空间内不能及时释放, 对系统的正压波动存在一定的影响^[3], 故设置吸气阀时需采取相应的缓解正压的措施。

由图7可知, 在伸顶通气系统中, 不管是否设置吸气阀, 在立管底部安装正压缓解器 (Positive Air Pressure Attenuator, PAPA) 并不能有效缓解系统的最大正压, 即使增加PAPA的安装个数, 缓解效果也没有明显改善;而扩大排出管管径可有效改善系统的正压^[3]。在旋流器特殊单立管系统中, 随着PAPA个数的增加, 缓解正压的效果越来越好, 但扩径的效果更优于安装PAPA^[3]。

(1) 为提升建筑排水系统的安全性能, 首先需选择合适的排水系统, 对卫生安全性能要求较高的建筑, 可选择专用通气系统和特殊单立管系统;相同条件下, 选择铸铁材质的排水管道和配件。

(2) 若受条件限制, 排水立管需轴线偏置时, 可设置辅助通气管以提高其排水性能。

(3) 在排水系统内安装吸气阀、扩大排出管管径, 都是有效提升排水系统性能的措施。

(4) 由于管配件品种繁多, 管道与配件组成的系统形式层出不穷, 建议通过足尺测试确定其系统性能。