從淋浴用花灑國抽結(jié)果解析衛(wèi)浴產(chǎn)品防虹吸性能*

李 雯 段先湖

(咸陽陶瓷研究設(shè)計(jì)院有限公司 陜西 咸陽 712000)

前言

國家質(zhì)檢總局2015年、2016年、2017年連續(xù)3年布署了淋浴用花灑的國家監(jiān)督抽查任務(wù)。根據(jù)抽查結(jié)果統(tǒng)計(jì)分析，得出近3年的檢驗(yàn)項(xiàng)目質(zhì)量水平，如表1所示。

表1 近3年檢驗(yàn)項(xiàng)目質(zhì)量統(tǒng)計(jì)表

由表1可知，淋浴用花灑產(chǎn)品的安全性能、耐急冷急熱性能、機(jī)械強(qiáng)度、整體抗拉性能、溫降等5項(xiàng)質(zhì)量水平為100%，連續(xù)3年國家監(jiān)督抽查未發(fā)現(xiàn)不合格。這充分說明了，淋浴用花灑質(zhì)量水平已經(jīng)比前幾年有了很大程度的提高。但是，仍有手持式花灑防虹吸性能、管螺紋精度、流量等5項(xiàng)指標(biāo)，質(zhì)量水平不容樂觀，特別是手持式花灑防虹吸性能和管螺紋精度兩項(xiàng)，不合格項(xiàng)次占總不合格項(xiàng)次的比例分別為39.1%和34.4%，占不合格產(chǎn)品的比率分別為62.5%和55%。

抽查結(jié)果顯示，淋浴花灑的防虹吸性能存在重大質(zhì)量問題，是造成抽查不合格的主要原因。鑒于防虹吸性能是一項(xiàng)非常重要的指標(biāo)，涉及供水系統(tǒng)安全、百姓飲水安全和公共衛(wèi)生及健康，且抽查檢驗(yàn)項(xiàng)目質(zhì)量水平極低，筆者將在本文對(duì)此進(jìn)行詳細(xì)的解析。

1 虹吸現(xiàn)象原理、應(yīng)用和危害

1.1 虹吸現(xiàn)象及產(chǎn)生原理

虹吸(Siphon)是指利用液面高度差的作用力、液態(tài)分子間引力和重力的作用，將液體充滿一倒U形的管狀結(jié)構(gòu)，使水上升后再流到低處的現(xiàn)象。倒U形的管狀結(jié)構(gòu)一般稱為虹吸管，也常因看上去貌似天上彩虹，故得名。由于管口處承受不同的壓力，水會(huì)由壓力大的一邊流向壓力小的一邊，直到管口處壓力相等，容器內(nèi)的水面變成相同的高度，水就會(huì)停止流動(dòng)，所以，利用虹吸現(xiàn)象可將容器內(nèi)的水抽出。

虹吸的實(shí)質(zhì)是因?yàn)橐后w壓強(qiáng)和大氣壓強(qiáng)而產(chǎn)生。如圖1所示，因?yàn)閔1p2-ρgh2，那么在A左端的壓強(qiáng)就大于A右端的的壓強(qiáng)，在大氣壓和液體壓強(qiáng)的共同作用下，水朝C方向移動(dòng)。

圖1 虹吸現(xiàn)象(原理)示意圖

1.2 虹吸原理的應(yīng)用

圖2 虹吸原理在日常生活中的應(yīng)用

人類很早就發(fā)現(xiàn)了虹吸現(xiàn)象，并對(duì)虹吸原理有科學(xué)的應(yīng)用。不論是建筑工程如建筑屋面排水系統(tǒng)，還是水利工程如大壩虹吸引水，都是應(yīng)用了虹吸原理。在日常生活中，更是有不少對(duì)虹吸原理的應(yīng)用的例子，見圖2。

a)為公平杯，杯子頭體下部與杯底連接處留有一小孔，向杯內(nèi)注水時(shí)，若水位低于瓷管上口，水不會(huì)漏出；當(dāng)水位超過瓷管上口時(shí)，水即通過杯底的漏水孔漏光。公道杯盛酒最為公道，是虹吸原理制成的，飽含著生活的哲理。

b)為清洗魚缸，利用虹吸原理排出魚缸里的水。

c)是利用虹吸原理從汽車油箱里抽出部分燃油。

d)是虹吸式坐便器的剖面圖。坐便器是在生活中應(yīng)用很廣的日常生活用具，使生活變得清潔、舒適、安全、衛(wèi)生，成為虹吸原理應(yīng)用的典型代表。

1.3 虹吸現(xiàn)象在衛(wèi)浴產(chǎn)品中的危害

任何事物都具有兩面性，虹吸現(xiàn)象也不例外。事實(shí)上，虹吸作用并不全部是由大氣壓力所產(chǎn)生的，真空也能產(chǎn)生壓力差，在真空里也能產(chǎn)生虹吸現(xiàn)象。

科學(xué)應(yīng)用虹吸原理，可造福人類，但部分虹吸現(xiàn)象，卻會(huì)造成不便，甚至危及生命財(cái)產(chǎn)安全。如江河或水庫大堤的鼠洞蟻穴，洪水來臨時(shí)，容易產(chǎn)生虹吸現(xiàn)象，對(duì)生命財(cái)產(chǎn)造成極大危害。同樣，在衛(wèi)生潔具中，不僅有虹吸式坐便器這樣造福人類的應(yīng)用，也有接觸介質(zhì)和使用環(huán)境方面的特殊性，會(huì)因使用不當(dāng)或真空產(chǎn)生的負(fù)壓而產(chǎn)生虹吸現(xiàn)象，這個(gè)卻是危害用戶衛(wèi)生健康和財(cái)產(chǎn)安全的巨大隱患，舉例說明如下：

1)坐便器水箱中，水箱配件進(jìn)水閥給坐便器供水，一端連接供水管網(wǎng)，一端連接坐便器，坐便器水箱中的排水口與坐便器便池相通。一旦進(jìn)水閥與管網(wǎng)連接的一端因足夠大的壓力差(或負(fù)壓)產(chǎn)生虹吸時(shí)，水箱里面的污水、細(xì)菌、病毒，便器沖洗管道內(nèi)的污水、細(xì)菌、病毒，以及便池表面或空氣中的污物、細(xì)菌、病毒，就有可能進(jìn)入供水管網(wǎng)，污染水源，嚴(yán)重危害人民身體健康，危及公共衛(wèi)生安全，由此造成的嚴(yán)重后果，不可估量。

2)坐便器或蹲便器沖洗閥，與坐便器水箱配件產(chǎn)生虹吸的原因相似，危害相同。

3)手持式淋浴花灑是花灑的常見類型。在使用時(shí)，手持式花灑的軟管連接供水管網(wǎng)，使用時(shí)方便、舒適，但是，如果因?yàn)榛⒅Ъ軗p壞使花灑掉落在浴缸里，或者是用戶在使用時(shí)或使用后將花灑放在浴缸水里，一旦機(jī)緣巧合產(chǎn)生虹吸現(xiàn)象，浴缸里的廢水就有可能回流到管網(wǎng)中。

4)水嘴，特別是安裝在面盆上的水嘴，也有可能產(chǎn)生虹吸現(xiàn)象，當(dāng)水嘴的出水口低于面盆邊緣的最低點(diǎn)，當(dāng)面盆中裝滿水時(shí)，如果產(chǎn)生足夠的壓力差(或負(fù)壓)，就有可能產(chǎn)生虹吸現(xiàn)象，使面盆中的污水回流到管網(wǎng)中。

2 防虹吸技術(shù)、產(chǎn)品防虹吸技術(shù)要求及測試方法

2.1 防虹吸技術(shù)的發(fā)展新階段

在2000年之前，衛(wèi)浴產(chǎn)品中的虹吸現(xiàn)象時(shí)有發(fā)生。在當(dāng)時(shí)我國生產(chǎn)力相對(duì)落后，衛(wèi)生陶瓷和衛(wèi)浴產(chǎn)業(yè)還很不發(fā)達(dá)。在一定程度上，社會(huì)、企業(yè)和用戶對(duì)衛(wèi)浴產(chǎn)品的虹吸現(xiàn)象知之甚少，對(duì)虹吸現(xiàn)象造成的危害缺乏深刻認(rèn)識(shí)和評(píng)估，對(duì)日常生活的飲水安全和公共衛(wèi)生造成很大的隱患。媒體上也時(shí)有報(bào)道某小區(qū)或用戶，在家中廚房水龍頭中流出藍(lán)色的水，經(jīng)專家判斷是坐便器水箱中的藍(lán)精靈溶液；甚至高檔小區(qū)、別墅區(qū)也發(fā)生過類似的情況。這些都是虹吸現(xiàn)象造成的，也是防虹吸措施不足造成的。

隨著人們生活水平的不斷提高，大家越來越關(guān)心、關(guān)注飲水安全，防虹吸技術(shù)則得到了顯著地發(fā)展和提高。2005年，JC 987-2005《便器水箱配件》的發(fā)布實(shí)施，被行業(yè)認(rèn)為是衛(wèi)浴行業(yè)飲水安全里程碑式的事件。事實(shí)證明，該標(biāo)準(zhǔn)的實(shí)施，不僅極大地促進(jìn)了衛(wèi)生陶瓷坐便器、水箱配件產(chǎn)業(yè)的技術(shù)、貿(mào)易進(jìn)步和發(fā)展，也促使整個(gè)衛(wèi)浴行業(yè)，真正認(rèn)識(shí)、體會(huì)到了衛(wèi)浴產(chǎn)品防虹吸的重要性。

2.2 衛(wèi)浴產(chǎn)品中主要的防虹吸技術(shù)或措施

現(xiàn)階段衛(wèi)浴產(chǎn)品防虹吸技術(shù)主要有以下幾種方式或措施：

1)真空破壞器。真空破壞器在系統(tǒng)產(chǎn)生真空時(shí)能夠迅速吸入大氣，破壞真空，避免因?yàn)檎婵諏?dǎo)致的回流污染，以及對(duì)管道的損壞。如蹲便器機(jī)械式?jīng)_洗閥，常用的方式是真空破壞器。

2)真空阻斷器。類似于單向閥，當(dāng)一端產(chǎn)生真空或壓差時(shí)，真空阻斷器可向確定的方向關(guān)閉，隔斷管路，阻止液體回流。如部分機(jī)械式壓力沖洗閥、感應(yīng)式?jīng)_洗閥、手持式花灑。

3)空氣間隙。保證衛(wèi)浴產(chǎn)品的進(jìn)水口與水面保持足夠的高度，沒有機(jī)會(huì)接觸水。如水嘴安裝時(shí)，水嘴出水口盡可能高出面盆最低處足夠距離。

4)組合式。就是前3種或2種式的組合運(yùn)用，如現(xiàn)在最常用的坐便器進(jìn)水閥，是真空阻斷、真空破壞、空氣間隙等技術(shù)或措施組合運(yùn)用的成功代表。

2.3 現(xiàn)階段主要衛(wèi)浴產(chǎn)品的防虹吸要求和測試方法

隨著我國衛(wèi)浴行業(yè)不斷的做大做強(qiáng)，衛(wèi)浴產(chǎn)品的防虹吸技術(shù)不僅在產(chǎn)品中得到了廣泛應(yīng)用和發(fā)揮，在產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)中也有明確、具體的技術(shù)要求和測試方法。簡要?dú)w納闡述如下：

2.3.1 GB/T 23447-2009《衛(wèi)生潔具 淋浴用花灑》

手持式花灑防虹吸性能技術(shù)要求：手持式花灑應(yīng)有防虹吸功能，防虹吸性能按本標(biāo)準(zhǔn)6.13規(guī)定進(jìn)行試驗(yàn)，水位上升高度應(yīng)不大于13 mm。

手持式花灑防虹吸試驗(yàn)方法：如圖3所示，將防虹吸裝置的出水口安裝一根1 000 mm±20 mm的軟管，軟管的另一端連接一根內(nèi)徑為13 mm±0.5 mm的透明觀察管，在防虹吸裝置進(jìn)水口處施加真空度為17.0 kPa壓力，保持30 s；將進(jìn)水口處真空度分別依次增加到34.0 kPa、51.0 kPa、68 kPa、85.0 kPa，并各保持30 s；然后將真空度逐漸從85.0 kPa降至0 kPa。以上步驟為一次循環(huán)，測量并記錄觀察管內(nèi)的水位上升的最大高度。共進(jìn)行5次循環(huán)，取最大值。

圖3 防虹吸試驗(yàn)示意圖

2.3.2 GB/T 6952-2015《衛(wèi)生陶瓷》

防虹吸功能技術(shù)要求：所配套的沖水裝置應(yīng)具有防虹吸功能。

安全水位技術(shù)要求：便器用重力式?jīng)_洗水箱的安全水位應(yīng)符合GB 26730-2011第5.4.1條規(guī)定，隱藏式水箱安全水位應(yīng)符合GB 26730-2011第5.4.10.2條的規(guī)定。(注：安全水位，在很大程度上是防虹吸的需要)。

2.3.3 GB 26730-2011《衛(wèi)生潔具便器用重力式?jīng)_水裝置及潔具機(jī)架》

技術(shù)要求：

進(jìn)水閥上應(yīng)標(biāo)記出永久性CL線標(biāo)識(shí)。經(jīng)防虹吸功能試驗(yàn)，標(biāo)記的CL線位置不得高于實(shí)測的CL線位置。

試驗(yàn)方法：

1)用直徑為0.8 mm±0.05 mm的金屬絲將進(jìn)水閥的密封面墊起使之失效，金屬絲應(yīng)只有一處和膜片接觸。

2)將進(jìn)水閥進(jìn)氣孔關(guān)閉。安裝進(jìn)水閥，進(jìn)水使水箱中的水位淹沒閥體。1 分鐘后逐漸抽真空從0～-0.08 MPa，分別在-0.01 MPa 、-0.02 MPa、-0.04 MPa、-0.06 MPa、-0.08 MPa下檢查透明管中有無回流出現(xiàn)。如果透明管中沒有回流出現(xiàn)，說明進(jìn)水閥中有隱藏的止回閥存在，將所有的止回閥墊起，新抽真空直到透明管中有回流出現(xiàn)為止；若有回流出現(xiàn)，則繼續(xù)進(jìn)行以下試驗(yàn)。

3)將進(jìn)水閥進(jìn)氣孔打開，有補(bǔ)水功能的進(jìn)水閥，應(yīng)將補(bǔ)水比率調(diào)整到最大值，并將補(bǔ)水管插入水面20 mm以下。

4)向水箱進(jìn)水至進(jìn)氣口或出水口高度以下3 mm處。開始抽真空至-0.02 MPa，通過透明管觀察直到回流停止；再抽真空至-0.08 MPa，觀察透明管直到回流停止；然后分別在-0.02 MPa 、-0.04 MPa、-0.06 MPa、-0.08 MPa下進(jìn)行間斷真空試驗(yàn)，每個(gè)壓力點(diǎn)下開啟5 s，關(guān)閉5 s，觀察透明管直到?jīng)]有回流出現(xiàn)。將此時(shí)的水位高度標(biāo)記“BB”線。

5)向水箱進(jìn)水至BB線以下25 mm處，抽真空至-0.02 MPa，若無回流，則分別在-0.02 MPa 、-0.04 MPa、-0.06 MPa、-0.08 MPa下進(jìn)行間斷真空試驗(yàn)，保持開啟5s，關(guān)閉5 s。觀察透明管中是否有回流出現(xiàn)，若無回流，將水箱中的水位提高3 mm繼續(xù)試驗(yàn)，直到透明管中出現(xiàn)回流。將此時(shí)的水位高度標(biāo)記“AA”線。

6)若“AA”線和“BB”線不重合，則以其中較低的位置為實(shí)測CL線。

7)若標(biāo)記的CL線下邊沿與實(shí)測的CL線吻合或低于實(shí)測的CL線，則報(bào)告防虹吸功能符合要求；

8)若標(biāo)記的CL線下邊沿高于實(shí)測的CL線，則報(bào)告防虹吸功能不符合要求。

2.3.4 GB/T 26750-2011《衛(wèi)生潔具 壓力式?jīng)_洗裝置》

壓力沖洗水箱：

1)技術(shù)要求。壓力沖洗水箱應(yīng)有真空破壞裝置，進(jìn)氣口最小進(jìn)氣間隙直徑不小于4 mm或等效直徑不小于4 mm。按本標(biāo)準(zhǔn)7.1.3.7進(jìn)行試驗(yàn)時(shí)，不應(yīng)有虹吸產(chǎn)生。

2)測試方法。將壓力沖洗水箱按使用狀態(tài)安裝在測試設(shè)備上，將壓力沖洗水箱進(jìn)水管路或部件上的單向閥或止回閥，用直徑不小于0.8 mm的金屬絲墊起使之失效，有補(bǔ)水功能的進(jìn)水閥，應(yīng)將補(bǔ)水率調(diào)整到最大值，將補(bǔ)水管插入水中不小于20 mm以下。進(jìn)水口與設(shè)備真空系統(tǒng)相連，逐漸抽真空至真空度為0.08 MPa，維持30 s。然后逐漸地將真空度在120 s內(nèi)降至0。連續(xù)測試3次，觀察是否有虹吸產(chǎn)生。

大便器沖洗閥和非接觸式大便器用壓力沖洗閥：

1)技術(shù)要求。大便器沖洗閥應(yīng)具有防虹吸功能，在進(jìn)水口真空度為0.08 MPa下，按本標(biāo)準(zhǔn)7.2.4.5進(jìn)行試驗(yàn)時(shí)出水口水位上升高度應(yīng)符合表3的規(guī)定。

表3 大便器沖洗閥防虹吸性能

2)測試方法。測試裝置如圖4所示，將被測壓力沖洗閥按使用狀態(tài)安裝在測試裝置上。將沖洗閥出水口浸沒在水面以下(30±5) mm，且離水槽底部距離不小于60 mm。開啟真空泵，使真空罐壓力保持在(-0.08±0.002) MPa，迅速開啟截止閥3，使沖洗閥與真空系統(tǒng)相連，開啟沖洗閥控制開關(guān)并保持30 s，然后將真空壓力調(diào)整到-0.054 MPa并保持5 s，接著在120 s內(nèi)，將壓力調(diào)整到大氣壓。在整個(gè)過程中，觀察并測量透明管中的的水位上升高度。測定3次，取最大值。

圖4 大便器沖洗閥防虹吸功能測試裝置示意圖

3 結(jié)語

根據(jù)連續(xù)3年的淋浴用花灑國家監(jiān)督抽查結(jié)果，暴露了淋浴用花灑防虹吸功能的嚴(yán)重不足。由此推測，衛(wèi)浴行業(yè)的防虹吸技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用，并未達(dá)到絕對(duì)安全的程度，應(yīng)引起社會(huì)各階層、生產(chǎn)者、銷售者、使用者的足夠重視。飲水安全和公共衛(wèi)生安全事關(guān)生命和健康，容不得絲毫的疏忽大意。

虹吸現(xiàn)象的產(chǎn)生既可造福人類，在一定條件下也會(huì)危及人類健康和安全，所幸我們已經(jīng)掌握了應(yīng)用和阻止虹吸現(xiàn)象產(chǎn)生的技術(shù)和措施。只要足夠重視，充分認(rèn)識(shí)虹吸現(xiàn)象造成的危害，深度學(xué)習(xí)和掌握防虹吸的規(guī)律、原理，在技術(shù)開發(fā)和生產(chǎn)過程中上嚴(yán)格要求，一絲不茍，就一定可以將危害降至最低甚至徹底消滅。