建筑同层排水系列：加强型旋流器特殊单立管的技术必要性＊

关文民 段先湖 胡亚男

（1宁波世诺卫浴有限公司 浙江 宁波 315514）（2咸阳陶瓷研究设计院 陕西 咸阳 712000）（3 中国建筑装饰协会厨卫工程委员会 北京 100028）

前言

特殊单立管是建筑管网系统中的一个分类，属于立管（对设备上部和下部进行物料传送的管道；一般指垂直管道）的分支。特殊单立管系统指的是建筑排水管网是由一根管道实现，采用特殊管件在一根管道中实现了既排水又通气，主要用于高于或等于10层的高层建筑，有取代普通双立管系统的趋势。

特殊单立管系统可分为苏维托和旋流器两类。旋流器基于以下理念区别于苏维托：水流在管道内垂直流动时是沿着管内壁流动的，如果水流形成旋流，则在立管中心自然形成空气通道，这有利于空气的流动，也有利于排水的畅通。

在建筑卫生间排水系统中，加强型特殊单立管排水系统异军突起，其在统治了日本的排水系统市场几十年后，目前在我国市场以其高流量、低噪音、占地面积小和综合成本经济等诸多优点逐渐扩大市场份额，发展前景势不可挡。

目前，日本市场上的旋流器基本上为铸铁材料制成。我国市场上有铸铁、聚氯乙烯（PVC）、聚丙烯（PP）和高密度聚乙烯（HDPE）材料的旋流器特殊单立管系统。加强型旋流器的特征是旋流器内部有导流叶片。该导流叶片的主要功能，是把上游的水及本层横支管的水，导向管内壁切向旋转，从而形成了中心空心的通气柱，达到了系统内外的压力平衡。

对于高层建筑，旋流特殊单立管的中心通气孔必须保持畅通，否则将会破坏整个系统的功能，造成排水立管内气压不能与外界气压达到平衡，从而可能导致排水立管内正负压剧烈波动，使洁具及地漏的存水弯严重失水，下水道的臭气穿过起密封作用的水封通道，进入卫生间室内，严重影响人们的健康和生活质量。

下面就加强型旋流器特殊单立管产品的系统能力、施工过程以及系统在使用过程中，影响排水立管内通气空心柱畅通的因素以及相应对策进行详细阐述。

1 产品系统能力

旋流器主体是旋流器特殊单立管排水系统的最重要的部件之一。它是排水系统不可或缺的部件，并非是充分条件，主要涉及以下三个影响因素：旋流能力、进水干涉、配套部件的设计。

1.1 旋流能力

旋流器的主要任务之一，是把本层进入的水及上游来的水，导流至管内壁上形成旋流状态，进而形成附壁流。随着流动距离的增加，旋流的力量将会减弱，附壁能力将会降低。因此，附壁的能力也就是形成通气空心柱的能力，与相邻的两个旋流器的距离密切相关。

一般说来，水附壁状态好，通气空心柱就畅通，反之亦然。当旋流状态变差、不稳定时，通气空心柱将越发不稳定。此时的通水能力（立管排水能力）将会变小。因此，在实验室测试的数据中，层高是流量测定的基础。在规定的层高下以及更小的层高内，测得的数据相对可靠。以各地区研究的经验判断，实际应用层高不宜高于测试层高的15%。但对于不同的系统，应该以实际层高测试数值为准。

1.2 进水干涉

进水干涉对旋流能力的影响，在《陶瓷》2013年第7期（总第323期）中的《建筑同层排水系列：旋流器特殊单立管的排水能力与支管设计》文章中已经详细介绍。对于同一旋流器上的不同支管，进水时水流的大小、方向的指向及位置，均对单立管内通气空心柱的稳定和畅通有着相当大的影响，详细原理和解决措施，在此不再赘述。1.3 配套部件的设计

旋流器特殊单立管系统，其通气空心柱的工作状态，还受到横干管内水流状态的影响。在立管内水的流动呈现旋转的附壁状态，当水从立管进入横干管时，附壁的水流将会阻断立管与横干管上部的压力平衡。

实验结果显示，底部采用两个45°弯头，与采用一个不同曲率半径的大曲弯异径弯头的流量数据是不同的。有些是在立管的底部加个整流器，作用是减缓旋流状态。可以得出的结论是，不同的配置流量是不同的。那么，测试状态时的配置应为应用设计时的配置。如果配置不同，流量有可能不相同。

市场上有很多种大曲率弯头和整流器，也有整流器与大曲率弯头合为一体的。各种部件并非是相互配套的结果，而是符合测试结果的，也有可能差别较大。至于立管上管件与管道的连接方式可能产生的影响，到目前为止，还未见相关报道。

因此，旋流器特殊单立管系统的应用，在设计上要执行测试时的配置。

2 施工过程

一般现场施工可能遇到的情况比较复杂。经常遇到的问题是，有的立管小尺寸偏置及建筑垃圾掉入立管等。由实验结果可知，立管偏斜11.25°时，会严重影响到旋流质量。如果层高为3m，按一般的立管垂直度，有明显的偏斜，偏差会在20mm左右，这样的角度不会超过0.5°，因此影响并不明显。

立管内掉入建筑垃圾，这是需要分析的。根据国家标准GB 50242－2002《建筑给水排水及采暖工程施工质量验收规范》，对于排水管道系统，是需要做通球试验验收的。换句话说，如果管道系统内部能够通过规定的球数量，就认为管道排水畅通。

实际上，掉入旋流特殊单立管管道系统内的垃圾，其危害远远比堵塞管道更为严重。几乎所有的加强型旋流器特殊单立管系统，内部都有导流叶片。掉落到管道内部的垃圾，如果损伤到导流叶片，其后果将会是灾难性的。只要有一个旋流器工作失灵，整个系统的通气空气柱将遭到严重破坏，从而造成整个系统失效。

判断垃圾掉入是否会损坏导流叶片的方法其实并不复杂，只要找到一个冲击试验的方法，就可以模拟系统的抗冲击性能。掉入的建筑垃圾，对叶片及低部弯头的损坏能力，主要取决于掉落物体的能量和形状。最严重的形状，应该是棱角状。能量则是动能：

式中：m——质量，kg；

V——速度，m／s；

g——重力加速度，m／s2；

h——高度，m。

从公式（1）可以看出，动能与质量成正比，与掉落高度成正比。

对系统产生危害最大的、掉入管道系统的物体有混凝土块和榔头及线锤等。施工现场的能够掉入DN110管道内的榔头和线锤的质量，通常为1～2磅，以保守的质量1kg来计算。能够掉入的水泥块，尺寸较大的相当于管道直径2／3，以混凝土的密度按2.5g／cm3为基准，按球形直径70mm来计算，其重量W为：

W＝4／3πR3ρ＝4／3×3.14× （7／2）3×2.5＝449g

在此近似值为0.5kg。

小石子的密度一般为2.7g／cm3左右，其质量多为10g左右。根据动能的公式，我们初步可以做出以下判断：

1 kg的金属锤，自由落下3m，即一层楼的高度，相当于一个2磅的榔头下落3m，即一层楼的高度；

一个较大水泥块下落6m，即二层楼的高度；

一个中等石子下落300m，即100层楼的高度。

因此，用一个1kg的圆柱金属锤，从3m的高度下落，大体上可以模拟建筑过程中可能产生的事故发生状态。

以1kg的金属圆柱体及一些钢球同时落下，10个循环为标准。用这种方法进行测试，对于某种旋流器来说，经过2个循环后，结果如图1所示。

从图1可以看出，经过2次冲击后，旋流器的6片导流叶片折断了2片。由于这2片叶片的损坏，就可能造成整个系统的通气空心柱的失效，从而使排水系统遭受灾难性的破坏。

因此，选择合适的耐冲击的材料，将是十分必要的。

图1 试验结果图

3 使用过程

排水系统在正常的使用过程中，遇到的最大问题主要是老化和腐蚀。

塑料的老化，在《陶瓷》2013年第8期（总第326期）中的《支管材料的选用》文章中，已经详细介绍过。对于类似于PVC这类需要增塑剂的工程塑料，随着增塑剂的挥发，塑料加速老化，使得材料加速变得脆硬，因而宜采用类似于HDPE这类几乎由一种单组分材料组成且不需要塑化剂的材料，从而保证其数十年性能稳定，在此不再赘述。

事实上，排水管道的工作环境，对材料的耐腐蚀有比较高的要求。排水管道内有如下几种恶劣条件：

1）长期经受冲刷；

2）长期潮湿且存有水分；

3）有氧气的存在；

4）水分中含有包括酸、碱、盐及一些氯化物等复杂的成分。

这些成分的存在，远比室外仅有雨水的工况更为恶劣。因此，应该对管道、管件进行耐腐蚀规定。一旦导流叶片发生了腐蚀损坏，旋流形成的附壁流将会遭受严重破坏，从而影响了立管内部与外界的压力平衡，可引起洁具及地漏水封丧失隔臭功能，使臭气进入室内，危害住户的身体健康。

为了更加真实地模拟排水的工作情况，对于旋流器导流叶片及其连接部分，应该首先进行老化试验，然后进行冲刷试验，最后进行耐腐蚀试验。老化试验，可以参照橡胶老化试验的条件，即70℃、24h老化试验；冲刷试验，应该采用前面所介绍的冲击试验高度，但冲击物体应该选用50粒直径为5mm左右的钢珠，冲击100次以上；然后进行盐雾耐腐蚀试验。从实际应用传统材料的效果上来看，应参照国家标准《卫生洁具 便器用重力式冲洗装置及洁具机架》GB 26730－2011中对洁具机架耐腐蚀的技术要求，采用中性盐雾耐腐蚀试验可考虑200h，6级。

4 结语

综上所述，加强型旋流器特殊单立管的旋流器导流叶片及底部弯头，除了具有满足系统排水能力的要求外，还应该满足抗老化、耐冲击、耐腐蚀的技术要求，只有这些技术参数都能够达到要求时，才可以保证其长期、稳定、安全的功能要求。因此，在选用适当的材质是极其重要的。