（广东省建筑设计研究院，广东广州510010）
摘要：建筑排水系统中排水造成的气压波动对系统的安全性有重要影响。本文阐述了排水过程中气压研究的重要性，分析了两类排水模拟方法－定常流模拟排水与瞬间流量（卫生器具）模拟排水的特点，提出使用定常流模拟排水方法作为标准测试方法的优点及有待改进之处。
关键词：建筑排水系统；管内气压；模拟排水；定常流；瞬间流量
前言
建筑内部排水系统是将人们在日常生活和工业生产过程中污染的水以及降落到屋面的雨水和雪水收集起来，及时排到室外的系统。排水系统的排水能力是设计中的重要参数，它决定了应用在建筑中的管道系统的形式。因此，排水能力的确定需要有足够的实验数据支撑，也促使了建筑排水系统气压研究的发展。
1建筑排水系统中气压研究的重要性
存水弯是建筑排水系统中极为重要的组成部分，在存水弯中的水形成水封，保证了排水系统的封闭性，阻隔排水管道的污气进入室内，防止室内环境污染，是建筑排水系统中的生命线。存水弯中的水封破坏指的是排水管道中的气体穿过存水弯进入室内。出现了水封破坏，意味着排水系统将不再安全。
在污水由横支管进入立管后开始在重力的作用下快速向下运动，在下落的过程中会挟带部分气体，由于气体需要从立管顶端的通气口补充，需要一定的时间，因此在排水横支管的下方将出现负压。而当污水到达立管底部进入横干管时，污水流速迅速减少，形成水跃，污水挟带的气体聚集在立管底部。在排水时，排水系统的上部一般会形成负压，而下部一般形成正压。正压可能会使排水管道中的气体克服水封的水柱压力进入室内，负压可能会对存水弯的水封有抽吸作用导致水封中的水被抽走，不足以维持足够的水封高度。因此，管内气压对水封破坏的影响有直接关系。可以通过对系统内气压波动的影响的研究判断系统出现水封破坏的可能性。
2建筑排水系统压力波动的排水模拟方法
由于建筑排水中立管的气压波动问题可能会导致水封破坏，造成严重的后果。因此，立管内的水气流动状态以及气压波动一直是建筑排水的研究热点。
建筑排水立管为紊流非满管流，其流态十分复杂，目前的研究方法通常采用足尺试验的方法。通过在试验塔或其他建筑上搭建与实际尺寸相同的排水管道系统，在该足尺模拟系统内安装排水设备及测量设备，进行不同工况的模拟，从而确定排水系统的通水能力。
目前进行排水系统模拟测试的排水方法主要有两种：定常流模拟排水与瞬间流量（卫生器具）模拟排水。
定常流模拟排水，即在试验过程中，排水流量不随时间变化。在试验时间内，保持排水阀门开启度不变，恒定流量的水流排入排水管道系统中，压力测量装置测量该段时间内的管道系统各处压力波动。
瞬间流量模拟排水，即在试验过程中，排水流量非恒定，通常使用坐便器、浴缸、洗手盆等卫生器具进行模拟排水。在各种生活排水卫生器具中，坐便器排水具有瞬间排水流量大的特点，对排水系统更为不利，一般常用坐便器作为瞬间流量模拟排水的排水方式。通过多个坐便器的不同组合，考察不同工况下的排水系统气压波动，从而确定系统的通水能力。
目前国内外的建筑排水系统模拟试验中，大部分使用定常流模拟排水作为试验排水方法。国内进行了一系列瞬间流量模拟排水作为排水方法的试验，也取得了重要的研究成果。
3对建筑排水系统排水压力测试模拟排水方法的思考
研究通水能力的意义主要在于指导建筑排水设计规范的编制，目前，不同地区对于同一管道系统形式的通水能力有不同的规定，以伸顶通气的DN100管径排水立管为例，我国2009年修订的最新规范《建筑给水排水设计规范》（GB50015-2003）（2009年版）允许的排水流量为3.2 L/s，欧洲标准BS EN12056：2000“Gravity drainage systems inside buildings”规定同样形式的立管的允许通水能力为4.0L/s，而日本的规定则约为3.8 L/s。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆不同国家地区的不同规定有其国情及不同的用水情况的因素，但也说明排水立管的通水能力还需要更多的理论及实验研究，使通水能力的确定更加科学合理。
要确定排水立管的通水能力，必须要有标准测试方法，这其中便涉及到足尺试验中的标准模拟排水方法。在现阶段，采用何种方式作为排水能力测试的标准排水方法，在业界内仍然有争论。定常流与瞬间流有各自的特点和优势。张淼认为生活排水管道通水能力测试应以器具模拟的瞬间流为标准排水方法。而赵世明等认为使用瞬间流作为标准测试方法存在许多有待解决的困难。
瞬间流的优势在于其与排水管道的实际工况更加相似。在住宅排水立管内的流量随时间是变化的，使用卫生器具进行模拟与实际的排水过程更为相似。但由于卫生器具的瞬间流量不易测定，需要通过特定的测量器具及测量方法才能实现，对于测试的标准化有不利的影响。
定常流的优势在于其操作简单及易于定量。定常流的排水方法操作简单，其流量通过排水层的阀门控制即可，并可使用电磁流量计等测试满管流的流量计测出流量，目前国际上的住宅排水管道通水能力测试使用定常流的排水方法居多。但定常流并不是实际生活排水管道中的常见流态，并不能很好地模拟排水管道的实际工况。
笔者认为，鉴于定常流在操作便利性和可量化性上的优势，可以考虑使用定常流法而非瞬间流量法作为住宅生活排水管道测试的标准方式，但为克服定常流作为标准排水方法的不足，需要考虑或明确以下两个问题：
（1）考虑以负压作为判定标准
在定常流排水时底层正压值的绝对值一般大于上层负压值的绝对值。这可能是由于水流持续下降，在立管底部进入横干管处会形成水跃，导致底层气压波动较大。
在瞬间流的排水测试中，上层负压值的绝对值一般比下层正压值的绝对值大。因为使用卫生器具模拟排水时，其排水不具有连续性，在接近排水层的管道其流量较集中，随着水流在管道内的流动，其水团逐渐分散，到立管底部已无法形成较大水跃，立管底部通气条件较好。
根据上述分析，如以±400 Pa作为排水是否安全的判定标准，定常流的测试方法的压力最不利点在靠近立管底部的横支管，其正压最可能超过判定标准。而瞬间流的测试方法最不利点在排水层的下层，其负压最可能超过判定标准。
实际排水过程中，其排水过程更接近瞬间流排水过程，如果要用定常流代替瞬间流作为测试方法的话，首先需要明确的是使用负压作为判定标准，否则使用定常流时，其正压达到+400Pa的排水量总是小于负压达到-400Pa的排水量，排水系统的排水能力有可能被低估。
（2）通过实验对比定常流与瞬间流造成的负压值大小
目前已有研究进行一系列实验测定瞬间流的最大流量以及瞬间流对排水系统其它横支管所造成的压力波动。如果需要使用定常流代替瞬间流，需要通过更多实验发现瞬间流与定常流所造成的负压值之间的关系，考察两种不同的排水方法在相同的最大流量时所造成的负压值大小。具体的实验可以先测试某一排水器具排水组合所造成的最大负压值及瞬间流量最大值，以该瞬间流量最大值作为定常流的排水流量，再记录定常流所造成的最大负压值。通过该实验得出同等最大流量的定常流与瞬间流之间造成的气压波动关系，为两种排水方法的选择提供更多的数据支持。
4结语
（1）建筑排水系统中的气压波动是影响排水系统安全性的重要因素，国内外均有对排水过程的气压波动情况进行深入研究。
（2）以往研究使用的模拟排水方法主要分为定常流模拟排水以及瞬间流量模拟排水两大类，大部分使用的是定常流模拟排水的排水方式。
（3）作为标准的是的排水方法，定常流模拟排水比卫生器具模拟排水具有更大优势，但需要明确负压作为判定标准，以及探明同等最大流量的瞬间流与定常流所造成的最大负压的关系。
参考文献：
[1]冯旭东．国内外建筑排水立管的排水能力计算比较[J]．给水排水，2007,（S2）
[2]张淼．生活排水管道通水能力测试方法及相关问题探讨[J]．给水排水，2015（01）
[3]赵世明，孟德良．排水立管瞬间流量测试法面临的难题[J]．给水排水，2015（01）
[4]张磊，张哲，王永峰，张天，臧振武，杨艳玲，李星[J]．高层建筑定流量与瞬间流排水方式的排水特性对比[J]．给水排水，2014（06）
论文作者:区永杰
论文发表刊物:《建筑建材装饰》2015年10月上
论文发表时间:2016/9/9
标签：瞬间论文; 流量论文; 方法论文; 气压论文; 排水系统论文; 建筑论文; 负压论文; 《建筑建材装饰》2015年10月上论文;