建筑给排水中污废水系统设计

  在给排水和消防设计中，有些细节问题很容易被忽视。结合国外规范和工程经验，讨论了污废水立管 “偏置”时管径的确定及其通气做法、排水管泡沫压力问题、高层建筑排水立管消能问题、溢流口的设置方法、虹吸雨水的应用范围、自动喷水灭火系统的泄水和试水等问题。设计中，有些细节问题往往由于项目周期紧张或找不到相关依据等原因而被忽视，本文结合国内外的一些工程经验以及设计资料针对这些问题进行详细讨论，以期为类似的情况作设计参考。

  1 污废水立管的“偏置”
在工程中，往往会因排水点位置改变等原因而导致排水立管在水平方向偏移错位（以下简称“偏置”），国标对于这种“偏置”现象中各部分管径的确定以及通气做法没有具体的规定，工程中往往直接沿用上游立管管径，不再进行单独的计算，也容易忽视“偏置”处的通气处理。

事实上，与出户管类似，立管下游的水平管段（通常在距立管和水平管连接点10倍管径的距离内）也会发生“水跃”，污水管道内伴随着剧烈的气压变化，从而导致水封破坏，这也是《建筑给水排水设计规范》（GB 50015—2003，2009年版，以下简称“规范”）规定不得在这一范围内接入排水支管的原因。理论上，放大横干管的管径或者增大其坡度均有利于削弱“水跃”现象。

在国外的一些规范中，对“偏置”处做了详细的规定。《美国给排水规范》（Uniform plumbing code, 以下简称“UPC”）指出，在横干管上下0.61 m的竖向区间内都不得接入横支管，如果“偏置”处下游立管有横支管接入，“偏置”处应做通气处理。《国际给排水规范》（International plumbing code, 以下简称“IPC”）规定如果“偏置”处下游立管不再有横支管接入，可以沿用上游立管的管径，反之，横干管应按“出户管”来确定管径。《高级给排水技术II》(Advanced plumbing technology II，以下简称“APT”)中“高层建筑给排水”一章明确了底层排水横支管与错位立管连接时推荐的连接方式（见图1），并给出了“偏置”处具体的通气管做法，以降低污水管道内的气压波动（见图2）。

  2 泡沫压力问题
  洗衣机、洗碗机和厨房洗涤槽排出的泡沫洗涤剂对居住性建筑，特别是高层建筑的排水系统会造成不良影响。洗涤剂和泡沫在污水管道中会与空气、水进一步充分混合继续发泡，并在立管底部和水平转弯前部聚集。由于废水密度更大，在流动过程中无法冲走泡沫，在污水管道内的压力作用下，泡沫可能会进入排水横支管、通气管等一切与泡沫压聚集区连接的管道中，设置通气管对泡沫压力的减轻作用有限。在“水跃”产生的巨大压力作用下，泡沫也可能会导致水封的破坏。排水管道在水平或竖直方向上的每一次转向处，都可能会出现泡沫压力区，图3标注了这些区域，水平支管应避免在这些区域内接入排水管。

  国内对泡沫压力问题鲜有提及，也没有相关的设计规范，笔者建议设计参考美国的给排水相关规范来处理类似的情况。
  3 高层建筑排水立管的消能问题
  在高层建筑，特别是超高层建筑中，设计通常会考虑排水立管的“消能”问题，常见措施是设置乙字弯。笔者并未找到证实“消能”必要性的试验数据，根据APT，高层建筑排水系统并不需要采取“消能”措施。

  综合安全性和经济性，各国都选用水膜流作为设计排水立管的依据。在水膜流阶段，污水在立管中的流动并不是像自由落体运动那样，水流刚进入立管时在重力的作用下流速会逐渐加大，但随着阻力的增加，经过一定的距离后流速便达到了极限，这一速度成为“终限流速”，对应的距离成为“终限长度”。美国所采用的终限流速计算公式见式（1）：
Vt=4.41Kp110Qdj25(1)式中 Vt——终限流速，m/s；
Kp——管壁粗糙高度，塑料管为15×10-6 m，铸铁管为25×10-5 m；
Q——流量，m³/s；
dj——管径，m。
而根据APT，终限流速和终限长度可按式（2）、式（3）计算：
Vt=3.0(Q/d)2/5（2）
Lt=0.052V2t（3）
式中 Vt——终限流速，feet/s，1 feet=0.304 8 m；
Lt——终限长度，feet；
Q——流量，gal/min，1 gal/min=0.063 L/s；
dj——管径，inch，1 inch=2.54 cm。

将常用的几种管径规格代入式（2）、式（3），不难发现，终限流速为3～4.6 m/s，终限长度为3～4.6 m，也就是说，污水进入立管后，很快便达到了终限流速，它对管道和支架的冲击不会随着管道的增长而无限增大。对于高层建筑,甚至是高度超过300 m的超高层建筑不需要特别考虑排水立管的“消能”问题。

另一方面，设置乙字弯与管道“偏置”类似，都会引起管道内的气压波动，可能会导致管道排水能力的下降，应注意在其上下端做好通气或采用扩大排水立管管径等措施来补偿乙字弯对排水能力和气压波动可能带来的负面影响。

  4 首层单排问题
国内规范并未明确规定何时应采用首层单排，设计往往受限于规范对“最低横支管与立管连接处至立管管底的最小垂直距离”的规定，从出户管道高程的角度考虑而采取 “首层单排”这一做法。根据笔者的经验，按规范的最低限进行设计时，并不能有效降低排水管道内的气压波动和水封破坏问题，即使是采用了“首层单排”的高层住宅，2层业主也常抱怨排水管道堵塞和反味等问题，建议设计应根据项目情况适当提高设计要求。

根据国外建筑的设计经验，对于3层或3层以上建筑，不论是否有完善的通气系统，都应采用“底层单排”，IPC更是直接明确指出，对于2层以上建筑，最低的两层应设置单独的排水立管。

  5 通气管管径的确定
设计中，有时会碰到这种情况：通气管需要在室内敷设很长的距离才能到达室外通气。而根据国内规范，通气管管径仅与其服务的排水管管径有关，并未考虑其自身敷设情况对通气效果的影响。这点在国外规范中给予了充分的考虑，UPC和IPC等都规定，通气管的管径除了与排水管的负荷有关，还与其自身的敷设长度有关，当敷设距离过长时，需要采取扩径的措施来保障通气效果。建议设计根据实际情况，在满足现行规范的前提下，参考国外做法，灵活调整通气管的管径。

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