淺議建筑壓力流排水系統*

郭興宇 王增長

建筑物內部的排水系統是建筑設備完成其服務功能的重要組成部分,其作用是將人們生活和工業生產過程中使用過的受到污染的水收集起來,及時地排到戶外。排水系統的設計是否科學合理直接影響著整個建筑物內生活工作的人群,被人們視為住宅設備的“心臟”。建筑物的排水系統如果有缺陷,如出現污水跑冒滴漏、臭氣從管道進入室內等問題,輕則影響室內的美觀清潔,給室內人群的正常生活帶來不便;重則可能會傳染疾病,甚至危及生命。特別是我國在經歷了2003年爆發的大規模“非典”事件后,使人們對室內排水系統的關注度達到了新的水平。因此,通過對其進行研究使之不斷得到完善顯得尤為必要。

1 建筑壓力流排水系統提出的背景

隨著物質生活水平和生活品味的不斷提高,以及節能減排的觀念深入人心,人們逐漸對室內排水系統的設計工藝和施工質量有了新的要求和標準。傳統重力流排水系統不論是在舒適安全,還是在節能環保等方面都已經不能滿足新時代的要求。于是我們看到今天的建筑排水系統在不斷的派生著各種新的子系統,新技術、新材料如雨后春筍般涌現。從同層排水系統的開發利用到真空流、壓力流排水系統的初步嘗試,新的建筑排水系統正在逐漸被人們認識并接受,有些已經在日常生活和生產中被廣泛的應用。

壓力流排水系統的研究是美國在1954年提出的,當時主要目的是想把合流制下水道改造為分流制下水道。20世紀70年代進行了50多戶居民實用性壓力流排水管道的改造,隨后在200多處別墅和住宅中推廣實施。80年代中期,原聯邦德國、荷蘭、日本等國家也開始了壓力流排水系統的研究。其中日本等國家也相繼開始了室內壓力流排水系統的研究。

筆者在現有的條件下搭制了高為4 m的鋼制高臺,在臺上按照一般住宅衛生間的布置,設置了坐便器、洗手盆、浴缸等衛生器具,按壓力流排水系統的組成和連接等要求,進行管道、管件、衛生器具的安裝和連接,并按照壓力流排水的動作和特點,模擬壓力流排水實驗。本文在對實驗進行介紹的基礎上,對建筑壓力流的含義作出分析和評價,在探討其使用優勢的同時,大膽的提出幾個今后對其重點關注和研究的方向。

2 建筑壓力流排水系統的構成和動作

2.1 系統的構成

建筑壓力流排水系統是一種依靠貯水、增壓裝置的聯動作用,產生了高壓的水流,將各個衛生器具產生的廢水及時排除的排水系統。它由衛生器具(洗面盆、盥洗盆、壓力坐便器等)、污水接納裝置(污水罐、傳感器等)、增壓裝置、壓力管道及排水附件等組成,單個衛生間的大致結構見圖1。

2.2 排水系統動作過程

1)強制壓力坐便器的排水過程。糞便等排泄物降落,首先臨時處于壓力坐便器內。需要排除時,隨著給水閥的打開,少量的水流和排泄物一起組成糞便廢水進入了污水罐中,當罐中廢水水位升高到設定值時,傳感器動作將信號傳達給水泵,隨即水泵開啟,將糞便廢水排除。當污水罐內水位下降到設定值之下時,水泵停機,污水罐重新空置,而給水閥還要再延長給水時間3 s～4 s,使坐便器內有新鮮水停留,起到保持衛生和潤濕的作用,為下一次接納污物作準備。至此,坐便器一次排水動作全部結束,系統重新回到待機狀態。在排除的過程中利用水泵的高速水流壓力沖刷作用使廢水高效高速的排除。2)其他衛生器具的排水過程。其他排水器具的動作過程相對簡單:一次排水時,生活污水進入本器具對應的污水罐中,當罐內水位升高到設定值時,傳感器動作將信號傳于水泵,水泵開啟,直接或將固液混合物進行破碎后排除。隨著器具排水的停止,污水罐內水位下降到設定值之下,水泵關閉,污水罐空置,一次排水動作結束,系統回到待機狀態。

3 建筑壓力流排水系統的優點

1)強制壓力流坐便器的一次沖水量僅需2 L左右,可大大減少日常生活用于沖廁的水量。節水的直接經濟效益產生于節約的水費、水資源費及排污費。更為重要的是從節約水資源的角度,滿足了全球性環境保護的要求。

2)由于系統產生了壓力水流,廢水不必靠自身重力流動,可以使排水管管徑大大減小。敷設于住戶內的排水橫管可以采用DN32甚至口徑更小的DN25承壓排水管,在現場敷設施工時就可徹底打破傳統重力流排水管道的施工方法,模仿給水管的敷設,將排水管道置于本層樓板墊層或墻體甚至天花板內。這樣管線安裝靈活,可輕松連接遠距離潔具,必要時可上升鋪設,無坡度要求,輕易避開障礙物,使排水管的敷設變得輕松而簡單。

3)明確了房屋的產權問題,增大了空間,有利于強調私密性。新型的壓力流排水管道系統全部在本住戶自家完成,避免管道穿樓板。凡涉及到管道的維修和改造不需再和下層住戶交涉,同時,下層廚衛的有效空間增大,打破了廚衛裝修吊頂的傳統方式。這對于目前強調私密性和追求最大使用空間的住宅建筑尤為重要。

4)排水管埋地、埋墻,管道不必裸露在外,排水時大大減小了噪聲,增加了房屋使用的舒適度。

5)隨著各種管道配件的完善使用和成熟運用,加之施工技術的日臻精益,壓力管道氣密性增強,使困擾住戶或住戶之間的污水跑冒滴漏、臭氣溢入室內的問題得到解決,杜絕了疾病的傳播,室內環境特別是廚衛的環境不會受到污染。

6)有壓流增大了水流對管道的沖刷強度,使管內無雜物沉積,避免了器具和管道的堵塞,省去了清通的工作。

7)在每戶排水橫管接排水立管的地方要相應的設置排水止回閥。這樣不管其他住戶的排水情況多么復雜也不會影響到本戶排水系統內的水流,直接省去了傳統重力流排水系統中用于制造水封的“S”“P”等形式的存水彎,使管道內由于壓力波動或其他原因引起的水封減少或破壞得到根本解決,管道內的有害氣體和污水不會回溢到室內。

8)壓力流排水系統中,在壓力的作用下,管道中的水很快被排除,不需要通氣管路系統,大大減少了設計量和施工量,節省了資源,簡化了系統。特別是在現代大型綜合樓的設計施工中,為了樓頂的空氣環境或房屋立面的美觀,很多情況下不能或不宜伸頂或側墻通氣。這種條件下,壓力流排水系統不需要通氣管路的優點就更加地明顯了。

9)壓力流排水系統與傳統重力流排水系統相比,在管道系統中不但省去了較為占用空間的存水彎,更去除了管路復雜的通氣管道系統,大大簡化了整個系統的構成,同時用DN25,DN32的管道替代了DN50～DN110的管道,節省了所用的管材,降低了工程造價,簡化了施工的過程。在經濟方面和實際施工操作方面也有著明顯的優勢。

4 建筑壓力流排水系統的研究方向

1)普通常用的衛生器具的排水口到排水橫管的一段距離中有相當充裕的空間來安置增壓裝置,甚至有人認為,在條件和技術允許下,增壓裝置、儲污罐和衛生器具可以連為一體,減少了連接的管道,也大大提高了系統的美觀性。但像排水地漏這樣的地面排水器具怎樣融入壓力流排水系統中還有待于深入地探討。2)排水止回閥的質量和性能在整個系統中起了很關鍵的作用。理論上分析認為,由于這些管件的存在與作用,有效的避免了排水時立管內壓力水流產生的正、負壓力變化對其他住戶排水橫管的影響,可以消除一戶排水多戶冒水的隱患。通過作者了解,我國目前已有為數不少的公司、廠家在排水止回閥的新型排水管件的開發與研制上取得了很大的成果。但具體到實際中時仍需相關的部門通過實驗數據制定一系列嚴格的規范和標準去規定排水止回閥的各項指標,使其設計、應用更加合理、安全、可靠。3)壓力流使得排水管管徑大大的減小,節省了管材,但管徑大小卻不是任意的。傳統重力流排水管管徑的確定綜合了大量實驗和實際工程經驗,往往兼顧了排水量、流速、坡度、充滿率等等重要因素。壓力流的排水管管徑也需要通過理論計算和實際工程實用的驗證來確定。4)壓力排水系統中要用到增壓裝置“水泵”,由于人們用水的不規律性,使排水時斷時續,水量也極不穩定,造成水泵開開停停,頻繁的啟閉。這種情況下就自然的考慮到水泵的失靈和開泵水錘。在研究壓力流排水系統時不應忽略這兩個問題。5)要承受有壓的污、廢水沖擊,排水管的管材應通過實驗的驗證而慎重選擇。6)由于系統的特殊要求,目前在國內運用會使工程造價超過傳統的排水系統的造價;作為新型的系統,它使用的安全可靠性也是使用者最為關心的問題之一,因此,在一些涉及到保障排水的安全可靠的細節上應給予足夠的重視。

5 建筑壓力流排水系統的展望

綜上所述,建筑內壓力流排水系統實現了一種新型的排水方式,但在我國長期形成的傳統觀念影響下,其系統成型、成熟至開始使用直到推廣普及一定會是一個相當漫長的過程。作為建筑排水技術上的一次變革,首先需要廣大從事給排水工作的專家、學者以及一線工作者轉變觀念,同時也需要相關的機構、企業等的積極支持,并由國家權威機構或各相關高校開展一些必要的試驗。

我國對日益嚴重的水資源和環境問題高度重視,提倡建立資源節約和環境友好型社會,在“以人為本”基本理念不斷深入人心的今天,隨著我國綜合實力和人民生活水平的迅速提高,以及科學技術的日新月異,我們相信,人們的傳統觀念會很快發生轉變,建筑壓力流這樣一種高效、節能、節水及環保的排水系統一定會很快得到認可并接受。況且隨著目前我國室外壓力排水系統工程的普遍應用和技術的日臻成熟,對室內的壓力流系統進行系統化、理論化和設計、施工、管理規范化,也應該盡快納入議事日程,以便使壓力排水技術在基礎工程建設中發揮更大的作用,使得住宅室內環境越來越好,真正提高人們的生活水平,優化住宅質量,滿足對和諧社會建設的要求。

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