智能坐便器冲洗功能定量评价方法的研究*

钟嘉强

(健研检测集团有限公司 福建 厦门 361000)

在人们更加追求品质化、健康化、人性化、个性化、智能化的卫生间生活理念下,智能坐便器在国内的普及度越来越高。与传统坐便器普遍带有陶瓷高水箱不同,智能坐便器因智能组件排布和造型的需要,绝大多数为无水箱或带下沉式水箱,外观简洁大方、空间利用率高、便于智能组件排布(见图1)。

图1 传统坐便器与智能坐便器

冲洗功能是坐便器的核心功能。传统的水箱坐便器带有高水箱,冲洗利用的是水箱中储水的重力势能,不受自来水压影响,冲洗功能较为稳定。而智能坐便器因水箱下沉或无水箱,可利用的重力势能较小或未利用重力势能,冲洗方式多种多样,有蓄能冲刷、文丘里冲刷、水泵冲刷及电磁阀冲刷等等,大多数利用管道压力,受水压影响较大。

据市场调查反馈,智能马桶实际冲洗表现良莠不齐,很多用户的实际冲洗体验不太理想。而无论是国标GB/T6952及GB/T31436,还是美国标准ASME A112.19.2,或者欧洲标准EN997都是有对坐便器的冲洗能力进行评估的。

针对这种现象,笔者通过调研、测试和分析,发现用现有的国标冲洗能力评价体系评价智能坐便器的冲洗功能,确实存在以下不够完善的地方。

(1)现有标准里大多测试指标都是以某一限值或要求作为“合格与不合格”的判定基准,特别在合格区间的产品,并没有定量的评价来做区分,因此,会出现很多产品在合格线的边界,过程质量控制不好,容易产生波动导致不合格。

(2)国标规定的最低测试压力为0.14MPa(压力式为0.24MPa),而从下文中的水压调研结果和对常见坐便器不同压力的冲洗功能测试结果可以发现,用户水压低于0.14MPa的情况较为常见,且低压时部分智能坐便器冲洗表现不佳;虽然国标允许商家规定最低使用压力,但因为冲洗功能没有定量评价指标,很多用户选购时容易忽略压力限制。

所以,现有的国标冲洗能力评价体系用于评估传统坐便器是适用的,但用来评价智能坐便器的冲洗能力时具有一定局限性。为此,笔者在国标试验项目的基础上,结合对用户实际水压的调研结果,选取市面上常见的传统坐便器及智能坐便器各20款,通过大量测试得到了各坐便器在不同水压下的冲洗表现;再根据试验结果和分析总结,探寻一种更适用于智能坐便器,有充分考虑水压影响,且和水效等级一样可定级或评分的坐便器冲洗功能评价方法,为产品研发及消费者选购智能坐便器提供一个对冲洗能力的定量参考。

1 国标试验项目概述

1.1 试验项目

国家标准《卫生陶瓷》(GB/T6952-2015)及《节水型卫生洁具》(GB/T31436-2015)规定的各类坐便器冲洗功能试验项目如表1所示。

表1 坐便器冲洗功能试验项目

这些试验项目中,测试过程有定量和定性的,如洗净功能中记录残留墨线长度、球排放和颗粒排放记录剩余的球和颗粒个数、排水管道输送特性记录输送长度等均为定量指标,水封回复、污水置换、卫生纸及人造试体和纸球等只记录合格与否,但国标规定的是各项指标的合格线,测试报告最终呈现出来的只有合格与不合格的定性的结论,无法如水效等级一样定量评价坐便器冲洗系统的优劣。

1.2 试验压力

按国标GB/T6952及GB/T31436的相关规定,冲洗功能试验项目中,人造试体及纸球试验在静压0.35MPa下进行,其他冲洗功能试验在表2规定的最低试验压力下进行,既重力式的在0.14MPa,压力式的在0.24MPa下进行。其中重力式即水箱式坐便器,压力式指有利用管道压力的冲洗阀式坐便器。不过,现在的智能坐便器应用到的能量多种多样,定义划分并不是非常清晰。

表2 便器用水量试验压力(静压力)(MPa)

除人造试体及纸球外,国标只对最低0.14MPa和0.24MPa两个压力的功能测试有规定,而从下文的用户水压调研结果来看,低于0.14MPa的情况还是很常见的。供水系统压力对传统水箱式坐便器影响不大,但对于冲洗方式与水压和流量息息相关的许多智能坐便器而言,水压大小直接影响到功能。虽然国标也允许商家规定产品的最低使用压力要求,除非专业人士,大多客户并不会关注到这些要求。这就导致很多用户家中安装的智能坐便器冲洗体验并不好。

2 水压调研及坐便器冲洗功能测试

国标规定了0.14MPa及0.24MPa的最低测试压力,为了充分考虑坐便器在不同压力的冲洗表现,本文的试验测试压力选取在0.10～0.28MPa。

2.1 测试压力选取及水压调研结果

为了确保试验压力能够真实地反映实际使用情况,通过调查了近千户用户家的水压,涵盖城市新旧小区及农村自建房等。调查结果显示,用户家实际水压在试验选取的压力段(0.14～0.28MPa)的分布情况如图2所示。从图2中可看出:①住宅水管压力低于0.14MPa的情况确实是常见的;②压力在0.1～0.28 MPa压力分布近似形成以0.19MPa为期望值的正态分布,这为后续构建评价体系模型时的压力权重系数选取提供了参考。

图2 水压分布图

2.2 部分冲洗功能测试结果

根据测试压力选取的结果,在0.1MPa、0.12MPa、0.14MPa、0.17MPa、0.19MPa、0.21MPa、0.24MPa、0.26MPa、0.28MPa等9个压力对选取的40个坐便器的冲洗功能进行测试,部分测试结果如图3所示。

图3 坐便器部分冲洗功能在各压力段测试结果

根据图4的测试结果,可以发现:①传统高水箱坐便器冲洗功能稳定,在各压力段表现无明显差异,基本不受水压高低影响;②智能坐便器冲洗功能受水压影响明显,尤其是低压冲洗功能;部分坐便器在低压0.14 MPa以下有多项试验指标不合格。因此,为了能够准确地评价坐便器的冲洗能力,需要构建一套能够将冲洗能力量化的定量评价模型,将低压时的冲洗表现量化到最终结果中。即将考虑了不同水压的冲洗试验项目的试验结果量化成一定的分数,再通过一定的加权计算,得到一个能够有效反应坐便器在各压力下冲洗能力的总分数。

3 冲洗功能定量评价体系建模

3.1 试验项目选取及量化处理

在国标规定的试验项目中,为了能更有效地量化坐便器的冲洗能力,试验项目做了一定的取舍,选取了可代表实际冲刷污物在坐便器中的各种状态的5种介质,墨线、固体球、小颗粒、混合介质和人造试体及纸球,并在现有测试方法的基础上对试验项目做量化处理。如洗净功能中的试验介质墨线,在坐便器中处于挂壁状态,反映坐便器冲洗挂壁物的能力。

将试验结果量化时,先按国标规定的试验方法和最低试验压力0.14MPa(压力式为0.24MPa)下测试各试验项目(人造试体及纸球为0.35MPa)。若测试不合格,本项直接记0分;若合格,再测试此试验项目在选取的各压力下的结果,并量化处理。试验项目选取及量化处理如表3所示。

表3 试验项目及量化处理

其中混合介质和人造试体及纸球,为了更好地量化指标评估冲洗能力,在国标规定的标准数量上适当调整:混合介质中海绵条数量保持20条不变,纸球数量增加;人造试体及纸球中纸球数量保持4个不变,人造试体数量增加。

3.2 试验压力加权比重

本试验同样选取0.1MPa、0.12MPa、0.14MPa、0.17MPa、0.19MPa、0.21MPa、0.24MPa、0.26MPa、0.28MPa等9个压力对坐便器进行功能测试,在计算坐便器冲洗能力总分时,参照2.1调研的压力分布情况,对压力赋予不同的加权比重。

表4 试验压力及权重系数

3.3 分数计算

在确定了试验项目及试验压力后,开始建立定量评价模型。

3.3.1 单项测试

按表3的5个试验项目,在选取的每个压力下,分别参照国标规定的测试方法得到每个压力的测试结果;再根据量化规则,得到坐便器在每个压力下单项试验项目的得分sgi、sxi、spi、shi、sci。其中悬浮物含两项冲刷试验项目,计算分数时各按50%的比例换算成一个总分。表5为某坐便器单项测试得分举例。

表5 某坐便器单项测试得分举例

3.3.2 分数计算

得到各个单项在每个压力下的得分之后,乘以每个压力的加权系数yi后再相加,可得到坐便器单个项目在全压力段下的百分制得分,按5个单项各占比20%,将百分制得分转换成20分制,得到各单项得分Sg、Sx、Sp、Sh、Sc:

将5个单项得分相加得到总分S,即此坐便器在冲洗能力定量评价模型中得到的总分:

如上例中的坐便器,代入到评价系统中得到各单项得分和总分分别为:

由此,可得到坐便器单项冲洗能力的单项得分和评估整体冲洗能力的总分,定量评估模型构建完成。

3.4 实例分析

本次试验将所测试的40款坐便器的测试结果代入到拟定的定量评价模型中,得到每个坐便器的最终得分,如表6所示。

表6 常见40款坐便器得分

根据最终分数可以看到,传统高水箱坐便器分数基本都在70分以上,80～90分段有13个,而智能坐便器分数集中在60～80之间,80分以上仅3个。可见目前传统高水箱坐便器整体冲洗性能是要好于智能坐便器的,且稳定性也明显更好。当然,在智能坐便器中,也不乏冲洗能力非常突出的坐便器。这与市场反馈结果相符。

4 结论

(1)用水量作为坐便器节水评价的一项重要指标,国际欧美发达国家及东南亚国家均有加严用水量的要求,提高在更宽水压适用范围的节水技术还是很有必要的。因此,提高智能坐便器能适用更宽范围的水压,且能保持较好的冲刷性能,技术研发的一个方向。

(2)本文所讨论的评价方法,可以作为国标和水效评价的一个补充,在量化节水等级的同时,也可以通过评价方法量化冲洗性能,给研发制造企业、消费者可以在从冲洗合格的产品中再区分出在用户常用压力段内性能表现有什么差异,哪一款性能更优。作为研制企业改进产品的参考。

(3)通过本文研究的冲洗功能定量分析模型计算获得的结果看,当前市场智能坐便器的冲洗性能还有待提高。

当然,该定量评价模型还有许多待完善的地方。比如权重分值的确定,压力的选取,压力与流量的相关性,以及与客户体验的相关性等,都还可以继续深入研究。此外,关于挂壁物的冲洗能力评估,现有国内和国际标准关于墨线的冲刷,也较难细分不同坐便器的洗净功能的差异,完善其检测方法具有一定的研究意义。