张哲：成果发布：后疫情时代住宅排水卫生安全性能实验研究

张哲  国家住宅与居住环境工程技术研究中心高层建筑设备研究室主任 (中国)

  接下来我给大家汇报一下后疫情时代住宅排水卫生安全性能实验研究。昨天和今天一些专家都给大家介绍了2003年发生的“非典”事件，当时主要是排水管道的传播途径，大家最近对PM2.5关注程度高一些。实际上在排水卫生管道里面，它的细菌对人体产生的危害远远大于PM2.5，我们在预想，将来到很长一个阶段，室内空气污染的主要来源和最严重来源将是排水管道。首先给大家说一下，我今天汇报的主要的四个提纲，第一个是住宅排水系统排水能力测试方法研究。第二水封破坏的判定标准研究。第三，特殊气象条件下的建筑内排水系统研究以及超高层建筑排水系统的噪声研究。

  第一，住宅排水系统排水能力测试方法是正在编制的一本国家排水标准，如果要对排水能力进行判断，首先我们要有一个公平、科学而且严谨的平台。这样才能对排水能力进行一种系统性的评价及分析。以下三个定常流实验法，瞬间流实验法是我们研究的对象。所谓定常流实验法，我们从日本很早以前引进过来的，顾名思义是恒定的流量进行排水，根据管内压力变动判断存水弯的破封情况。

  接下来以一个实际的例子给大家介绍一下什么叫做定常流实验法，这个例子在33层的系统里面进行排水，排水量2.5升每秒，判断存水封的情况。首先大家看到的就是我们这个主界面，通过在这里设置一些具体的参数，我们就可以进行具体的实验，接下来看到的就是实际的定常流的排水装置，包括电动调节法和流量剂，大家看到排水已经开始了，左边是实时的压力曲线图，我们可以看到，每一层的压力实时曲线图，右边是所有层数压力变化情况，蓝的就是抽吸的负压，红色是正压。这个就是负压抽吸时候极端的现象，左边是右边放大以后的存水弯的图，大家可以看到，水抽的非常干净，管内的气体已经和室内的气体发生了接触，并开始有了一个接通。这是正压，也就是说在一层的时候发生的现象，由于强大的压力压下来以后，水发生了喷出，这时候也是发生室内和排水管道内空气的连接。

  大家想这种极端情况有可能发生，不知道在座各位有没有体会，在早上和晚上家里面返臭气的情况多一些，因为早上和晚上用水习惯造成了大量的用水以及用水频率情况，如果这种情况在超高层的话，特别容易发生。也就是刚才视频中展现的一种情况，完全有可能发生。而且在早上和晚上正好是我们人体抵抗力比较弱的时候，如果说管道内的细菌侵入体内，后果非常严重。这个就是我们通过测试以后得到最终的结果，右边的这幅图是整体的这栋楼的压力曲线分布图。这就是刚才看的负压监控点和正压监控点，在座的各位住的楼房是33到34层左右，如果所住的区域是这两个区域，可能家里返臭几率更大一些。

  接下来说一下瞬间流实验法，用真实的器具进行排水，比如说洗脸盆、坐便器结合到一个系统里面进行排水，观察它的管内压力变化和存水弯的破封情况。还是以具体的实验为例给大家介绍一下，在PVC普通的单立管里面，排两层水，工况是时间间隔为三秒，在第二层排完三秒以后，第一层开始排水，我们为什么做时间间隔，尽可能模拟一些真实的用水情况。请大家看一下视频，还是进入主界面的实验以后，这个实验采用全自动控制系统，这样精度更高一些，现在我们看到的就是设置好参数以后开始进行实验。这个就是说我们要知道它的会合流量到底是多少，我们自主开发了测量实验桶，这里面可以看到会合流量到底是多少，这就是实测的场景图，这是第二层坐便器，这是第一层。

  接下来我们可以看到，它这个压力实时曲线图，可以了解到压力到底是什么样的变化，从这个方面看来，和刚才的定流量图是不一样的，排水方式不一样，有一种顺间流的特性。第三种就是定常流和瞬间流相叠加的方法，把两种流态的形式混合到一起进行实验。

  我给大家介绍一下水封破坏的判定标准，因为以前一直直接采用日本的空位学会的判定标准，这个压力对于我国来说是否是这样的？我们也是以这个研究为契机，找一下，到底是对坐便器水封造成破坏最小值是多少，最容易破封的器具有哪些，简单介绍一下实验装置，这是坐便器排水管，压力表以及调压装置。实验步骤，我想大家还是看一下我们具体实验过程中一些视频，因为那样的话，大家可能更容易理解一些。首先我介绍一下实验装置，这就是刚才说的真空泵，通过控制阀门及压力表，冷压罐，以及管路控制的阀门，我们这次也是找了市面上最常见的坐便器，对它进行每一种坐便器测试。待水流停止以后，把阀门关掉，防止它与外界沟通，那样阀门关掉，调节压力，我们做得还是比较精细一些，关掉调节阀门，压力值稳定以后，我们再把这儿的阀门关掉，我们看到坐便器出现了瞬间负压抽吸，这就是把这些东西处理以后进行其他的实验。

  这个就是说对于一种市面上常见的坐便器，我们给了它多少压力后，水封开始降低到一半，我们降低到一半以后称之为破封，水封降低到一半以后，如果家里面有很长时间不用的话，水封因为自己蒸发的作用就没有了，这样就会造成室内和室外的直接连通，也就是下水道里面的气体会直接进入室内大概是在750Pa到850Pa左右。两种坐便器，一种冲落式是负800，降低高度是300，虹吸达到35甚至达到50厘米左右。1000Pa到1100Pa到40厘米以后才造成破封。

  接下来我给大家介绍一下特殊气象条件下建筑内排水系统研究，因为这是大家比较关注的，不知道大家有没有感觉，一到刮风或者下雨的时候，尤其是风力比较强劲的时候，家里面有可能发生臭气，这也是我们调查的一些问卷以及网上大家反映的问题。很多住户反映以前下雨或者大风天气，到底是和地漏反臭有什么直接关系呢，之前我们和国际上的专家讨论过，没有系统性的研究，只是知道这种现象有可能是因为这种恶劣天气产生的。所以我们也进行了这样的实验，在排水系统33层恒定流量，定常流进行排水，借助夏天比较频发的台风，我们实验基地在东莞，可以借助自然条件找出对排水系统产生影响的因素。我们为了定性了解这个问题，采用了大风量的风机模拟大风天气，从不同角度，不同的风量对排水立管进行送风，研究对住宅排水系统的影响。

  研究内容主要是两点，一个是刚才我说的真实的特殊气象条件下建筑内排水实测，还有采用风机模拟，定性和定量的建筑内排水的实验研究。首先给大家介绍一下，我们采用风机的实验，是在33层PVC透明塑料管内，设置压力层33个，26层到33层是我们的排水层，也就是最顶端是我们的排水层，可能不同通气帽有一定的影响，在顶端设置了风速机来监控它到底有多少的风量进去。在采用风机模拟的时候，我们采用了两种方式，一种就是把风直接灌入的方式还有一种横切风，这个图就是当时在东莞发生台风的时候，我们可以看到，在一般气象条件下的时候，可能上面压力变化不是很明显，但是在那天刮风的时候，明显是正压值，大家可以看到，400Pa，我们作为判定标准400Pa已经超过去了，地漏已经被破封。

  接下来说风机模拟，刚才两种方式，一种是对接，一种是对吹，上面这种就是模拟风量直接灌进去的，大量抽吸进去的，下面这幅图是横切风，看它的风速到底是怎么样的，通过风速机可以直接了解到，通过运算可以了解到风量的变化。上面就是灌进的风量变化，下面是横切风的风量变化，通过这个可以了解整个过程中是怎么样变化的。大家看一下，左边这个就是灌进风的压力变化，中间是正常气象，右边是横切风的，我们可以注意一下这块，这块明显的发生了正压，这两块毫无正压现象，这种气象条件对它有很大影响。

  大家先看一下，这是排水之前，我们如果在大风条件下，排水之前正常气象是没有正压，也是没有负压的，几乎保持在平衡的状态。但是我们给它灌入风量以后，每一层都发生了正压，而对吹的话，横切方，对排水管的影响稍微弱一些，这全部都是正压，有正有负，我们可以称之为没有的，几乎接近于零。等排水了以后，我们给它一定的排水流量后，正常显示出来是一种负压，本身由于它的排水流体作用，主要显示负压。但是在刮风灌入风的时候，正压减弱了，负压提高了。

  接下来介绍一下超高层建筑排水系统的噪声研究。其实噪声也是影响人民居住重要的因素，经常是突发的，对居住影响非常大。这个图是我们做的科技部的课题中，对五个代表气侯区的五个城市做一项调查，当然返臭气是大家最为反映强烈的问题，接下来就是噪声问题。目前的国外的研究标准，如果要是欧洲标准，污水排放造成的实验测量装置是两层的，间隔距离5.8米到7.5米，我们可以想象，把两层压起来以后，针对于低层的排水测试。它的这个问题是与高层住宅的排水实际情况还是有一些距离的，在高层建筑排水噪声方面，现在的研究基本处于空白状态。

  但是去年我们在123米的实验塔上，在5层、6层、17层搭建了三层噪音室，这样，给我们提供了一个很好的条件，来做高层排水的时候，噪音是什么样的影响情况这是我们的声源室，接收室，以及实验平台。从内部布置和欧洲标准以及现在的国标是相符的，不同的是我们有高度，更接近高层的实际情况。两种实验方式进行排水，一种就是说定流量的，恒定流量进行排水，还有就是瞬间流，这样可以比较两种，两者之间的区别到底多大。实验成果，我们通过对管材进行对比，螺旋消音管大于普通PVC-U管，通过实验装置做出来的， 在高层建筑里四种管材简单的比较。

  以上就是我的汇报，是因为基础性实验研究，大家听起来不太容易理解，我们踏踏实实做一些基础实验性研究，如果没有这些基础性实验研究，光凭想问题或者把别人东西搬过来去做，我们永远是落后于别人的。我们实验成果会持续的进行公布，在一些杂志上进行刊登，也希望大家继续关注，谢谢！