基于節水型坐便器的一種排水閥設計*

文少洪 蘇樟忠 陳學錦

(1 潮州市潮安區大耀衛浴設備實業有限公司 廣東 潮州 515646)(2 潮州市建筑衛生陶瓷行業協會 廣東 潮州 521000)

前言

節水，一般是指提高水的利用效率、增加廢水的處理回用量、防止和杜絕水的浪費等技術和措施。隨著經濟發展，建筑行業、衛浴產業的技術進步和生產力的提升，人們對居家生活品質的追求提高，而馬桶作為如廁環境舒適干凈，生活質量提高的標志，價格降低，其使用普及率越來越高。節水工作應融入國民經濟發展和人民群眾的日常生活中，提高個人的節水意識，養成良好的用水習慣，推廣使用節水型用水器具，淘汰不符合節水要求的生活器具。而節水型坐便器是指在現有普通坐便器的基礎上通過技術革新達到節水目的的一種新型坐便器。使用節水型坐便器是實現節水的主要途徑。目前，越來越多的衛浴企業開始積極研發節水型坐便器，節約坐便器用水量，使之達到合理的范圍，這也是未來坐便器發展的必然方向。

1 我國水資源使用現狀

作為全球人口最多的國家，我國水資源總量約為2.81萬億m3，占全球資源總量近7%，人均水資源量為2125m3，不到世界平均水平的三分之一，是世界人均水資源貧乏的國家之一。

各地區城鎮家庭用水水平不一，據國家統計局對全國5萬多戶城鎮居民家庭進行抽樣調查的結果顯示，20.9%的家庭每月用水量在5 t以下，69.6%的家庭每月用水5～19.99 t，10%的家庭每月用水量達到20 t以上，其中3%的家庭每月用水量甚至在30 t以上。以西安市為例，其水資源總量為23.47億m3，人均占有量僅277m3，不到全國平均水平的七分之一。

當今社會水污染主要來源于工業廢水的排放，而水資源浪費卻集中在居民家庭用水上，其中衛生間用水量占在居民家庭總用水量的60%～70%，而馬桶則是衛生間用水量最大的設施，約占居民生活用水的1/3。以一家三口為例，按傳統馬桶一個月用水量約為4m3，按節水馬桶3/6 L計算一個月用水量約為2.7m3，使用節水馬桶可節省約1/3。

2 坐便器概述

在人們的日常生活中，以馬桶為主的便器是不可或缺的衛生設施，它改善了人民的如廁條件，由原始的旱廁向著更現代化更整潔的方向轉變，提高了人民生活品質和如廁舒適度，有利于家庭和公共場所的環境衛生，因其表面干凈光潔易清洗、排污功能優良，被譽為人類最偉大的發明之一。便器的起源要追溯到16世紀的英國，1597年，貴族約翰哈靈頓發明了的第一個現代意義的抽水馬桶，并安裝進伊麗莎白女王的宮廷里。1775年，英國的鐘表師卡明斯對哈林頓馬桶的儲水器進行了改進，使其每次用完儲水器里的水后能自動關住閥門，并讓水自動灌滿水箱，提高了其自動化程度。

便器常見的有坐便器、小便器和蹲便器。以坐便器為例，按產品類型可分為分體坐便器和連體坐便器；按其結構可分為沖落式和虹吸式；按智能化可分為普通坐便器與智能坐便器。按操作方式可分為機械式和感應式等。

十幾年來，我國建筑衛生陶瓷的研發水平和生產設備得到了明顯的提高。產品質量水平得到極大改善，已成為了人民居家裝修消費的主要對象。衛浴產業得以長足發展，國內衛浴品牌聲名鵲起，并逐漸發展壯大且形成了獨有的技術特點，隨著一些國際知名的衛浴品牌加入，在一定程度上促進了國內衛浴市場的競爭激烈程度也利于國內衛浴企業的技術水平、產品質量的不斷提高。

2019年全國衛生潔具產量達到1 851.07萬件，比2018年增長3.58%，坐便器產品約占便器類產品的80%左右，坐便器市場需求量每年在4000萬件以上。

盡管坐便器的品類日漸繁多、產品檔次參差不齊，但在總體結構上還是采用本體、水箱配件或沖洗閥等部件組合。水箱配件作為坐便器的核心部件，業內稱之為“馬桶心臟”，由進水閥，排水閥和按鈕組成，是最常見的自動控制水箱進排水的潔具配件。

大致可以分成連體式和分體式的兩大類，分別適用于連體馬桶和分體馬桶。進水閥有側進水和底進水，也有少數后進水；排水閥部分有雙按式、吊鏈式和桶式；按鈕部分可分成側面按鈕、頂部按鈕和前面按鈕。

3 水箱配件行業現狀分析

我國衛浴產區目前主要分布在為廣東、河北、福建、浙江、河南等地，水箱配件通常需要分開采購和安裝。要達到合理的節水等級，減少水資源浪費，不僅要靠便器本體的優良設計制造，更需要水箱配件精確的排量控制。一級水效配件的提供商主要有ECO、R&T和吉博力。

隨著國內衛浴企業的技術水平、產品質量的不斷提高，相關的標準制定工作也如火如荼地進行。目前便器產品水效相關的國家標準有：GB 28377-2019《小便器水效限定值及水效等級》、GB 30717-2019《蹲便器水效限定值及水效等級》、GB 25502-2017《坐便器水效限定值及水效等級》、GB 38448-2019《智能坐便器能效水效限定值及等級》。

其中國家標準GB 25502-2017《坐便器水效限定值及水效等級》規定了坐便器的水效等級指標如表1所示。

表1 坐便器水效等級指標

在國家標準GB 25502-2017《坐便器水效限定值及水效等級》中，坐便器平均用水量和雙沖坐便器全沖用水量的用水效率規定了一級水效和二級水效相差1 L，在排除坐便器自身管道的穩定性差異，還要保證沖刷的性能穩定發揮，在不同壓力下每次排水量的差值需控制在≤0.3 L的水平。

故要達到國家標準GB 25502-2017《坐便器水效限定值及水效等級》中用水效率一級水效等級，排水閥的配套要求需達到以下標準：

(1)在標準水箱中，同一套排水閥同一檔位排水水位差值需控制在≤3 mm的水平，不同套排水閥之間差值需控制在≤6 mm的水平；

(2)在標準水箱中，同一套排水閥同一檔位在同一壓力下排水量單值差值需控制在≤0.1 L的水平，不同套排水閥之間在三個不同壓力下(0.14 MPa、0.35 MPa和0.55 MPa)單值差值需控制在≤0.2 L的水平。

國家標準GB 25502-2017《坐便器水效限定值及水效等級》自實施以來對我國衛浴企業的研發生產有著重大影響，尤其是對于潮州、河南等地的衛浴產區部分企業，特別是小微企業，原來只關注沖刷能力是否干凈，未過多地關注用水量浪費的多少，生產的坐便器用水量效率主要為7 L，而新標準3級用水效率最低要求提高到6.4 L，這就對企業的研發和生產制造能力提出了更高的要求。同時相關的國家監管機構將不定期不定量對市場上的已流通的產品進行質量抽檢，對于普通消費者而言，在價格相近的條件下，出于環保意識和節省經濟開支的想法，更希望購買水效等級更高的產品。在多重因素的影響下，水效等級低水量排量大的坐便器將逐漸被淘汰出市場。

4 滿足國標一級水效排水閥的設計

圖1 傳統水箱配件

我國衛浴產業經多年研發，科學技術的發展和生產力的提高，目前水箱配件種類齊全，能滿足各種坐便器的配套所需。但傳統的排水閥同套之間差值僅能控制在10 mm左右，最多只能達國家二級水效標準，不能滿足一級水效要求。為了在提高排水量的穩定性的基礎上，能生產滿足國家一級水效標準且具有競爭性產品，需要開發出單套最大極差3 mm、批量最大極差6 mm的排水閥。

4.1 傳統排水閥設計

傳統排水閥設計為：半排控制安裝在底板上，全排控制安裝在本體上，再組合裝配，這種設計的缺點為：本體為關鍵零件，本體上的導向尺寸難以測量，且本體和底板配合后的定位尺寸不精確(見圖 1) 。

圖2 集成水箱配件

4.2 改善排水閥集成設計

改善排水閥集成設計：通過將本體的上導向槽分離出來做成一個導向板零件，將全排、半排控制機構都裝置在底板上，導向板零件也裝置在底板上，這樣與止水機構組件一起集成設計組成閥體的核心組件——“閥芯”，排水閥的排水量穩定性變成只與“閥芯”相關，從而使本體結構更簡單，排水閥閥體結構更為緊湊，更有利于大規模生產，使排水量的穩定性更可控，另外組件實配不同高度的本體可形成不同高度的排水閥，有利于產品的系列化和標準化(見圖 2) 。

4.3 材料的選用

在排水閥內部結構件中，有一個起導向作用的關鍵零件--排水閥內套管。該零件在按壓排水閥的過程中，順著導槽上下滑動，在按鈕按壓力作用下牽引止水蓋打開關閉(見圖3)。

由于導向要求，該零件在100 mm的長度上有較高的垂直度要求，否則彎曲的管件會加劇內套管和導槽間的摩擦，會加速零件間的破壞。同時，由于與導槽間滑動，要求該零件擁有較好的潤滑性和耐磨性能。普通ABS材料是難以滿足要求，基于這種需求，需要開發出耐摩潤滑ABS改性材料。

首先添加硅酮潤滑劑，極大改善了ABS材料的潤滑性能，在與導槽的相對運動中做到低磨耗；再添加部分尼龍提高ABS材料的硬度，大幅度改善材料的耐摩性能。在排水閥的壽命測試中，內套管的磨損失效已大幅提升到15萬次以上，遠超于原本的5萬次～7萬次，同時排水量穩定性增強。

圖3 排水閥內套管

5 結語

通過以上排水閥的集成化設計并結合ABS改性材料的使用，其主要性能指標良好，排水性能更加穩定，滿足節水型坐便器的適配性。隨著缺水問題的日益突出、國家節水政策和相關措施的不斷落實解決、國家水效標準的實施將推動我國衛浴產業的健康發展，同時也能有效促進企業研發和生產能力的提升，建立節水型坐便器產品水效的長效機制，進一步推動環保型生產方式和消費模式，在一定程度上規范了衛浴市場，促進了行業的良性發展，確保我國水資源的高效利用，建設節約型社會。