建筑排水系统水封比初步实验研究

建筑排水系统水封比初步实验研究
摘要：近年来，关于建筑排水系统水封的水封比探讨越来越多，大家对于水封的密
封性能要求也越来越高，然而实际工程中水封比对于水封的影响到底有多大，我们希望通过
实验的方式找出水封比与水封性能之间的关系，并希望得出真正适合于实际应用的水封比范围。

关键词：建筑排水系统；水封；水封比；实验研究
Abstract:In recent years,there are more and more debates of water-seal ratio in
building drainage system,the requires of water sealing performance is also higher and higher, what’s the real influence of water-seal ratio to water-seal? We try to identify the relationship between water-seal ratio and the water seal performance
Keywords:Building drainage system; Water-seal;Water-seal ratio;Experimental research
1 实验背景与目的
近年来，随着2003年非典疫情和2019年新冠疫情的相继爆发，公众对于室内环境卫生的要求越来越高。

卫生间的排水立管连接室外排水系统，且有排水立管及排出管网内有机物
的有氧及无氧发酵作用，会形成许多恶臭的气体，而负责隔绝排水立管内各种气体进入室内
的主要装置就是卫生器具内的各种水封。

有许多参数影响水封的性能，我们通过分析认为影
响水封的主要因素有水封高度、水封比、水封容量等因素，目前国家相关规范只对于水封高
度有一个明确的规定，而对于水封其他参数并未作出明确的规定，有鉴于此，我们想先从水
封比入手，通过实验方法去验证水封比对水封性能的影响，进而确定合理的水封比范围，希
望能为更合理地设计水封提供一些参考数据。

水封比的定义为水封内室与水封外室的截面积之比，目前市场上卖的地漏或者存水弯其水封比的大小并不统一，各种不同水封比的水封均存在，但是否都能很好的隔绝排水立管内
的气体呢，我们设计了以下实验。

2 实验装置与实验原理
图2.1为实验装置构成简图。

模拟实际排水条件，排水系统内的设计压力变化范围在-400Pa～+400Pa之间，本次实验主要模拟排水系统内负压对于不同水封比的水封影响，为产
生负压只需向排水立管内事先灌入一定量的水，将图2.1中两个DN20的球阀密闭，排水支
管处由实验水封装置密封，实验时只需将下部的DN20球阀打开缓慢的放水，由于整个实验
装置内部是密闭的，实验装置内的水排出后就会产生负压，产生的负压值可以通过压力表读出，此时通过观察实验水封测试装置内的情况变化来确定负压对于不同水封比的水封装置的
影响。

图2.1 实验装置构成简图
为了测试不同水封比的水封能够抵御的排水立管的压力变化，我们制作了9组不同水封
比的实验水封装置。

图2.1和图2.2为水封比为1:1的水封实验装置。

图2.2 水封比1:1的水封实验测试装置截面图
图2.3 水封比1:1 的水封实验测试装置俯视图
水封比n即A2与A1部分的面积比，即n＝A2/A1，可以通过调整中间隔板的位置来改
变水封比的大小，我们制作的9组实验水封装置的水封比分别为1/5、1/4、1/3、1/2、1:1、2:1、3:1、4:1、5:1，通过测试不同水封比在相同初始水封高度，相同水封存水量的条件下，测试其所能抵御的最大负压能力。

实验水封装置的外形尺寸均相同，所不同的为中间的隔板，按水封比的公式调整中间隔板的位置可以得到不同的水封比，而这些实验水封装置的初始水
封高度和水封的存水量是基本相同的，不同实验水封装置实物图如图2.4。

图2.4水封实验测试装置实物图
通过测定不同水封比水封所能够抵抗排水系统内的负压值，在通过实验分析可以近似得出水封比与系统内压力变化的关系。

3 实验分析
图3.1实验水封测试装置简图
图3.1为实验水封测试装置简图。

H为水封高度即出水口至水封挡板底的高差；H0为水封液面高度；H’为一次负压穿透后水封实验装置剩余水封液面高度；水封比为n。

通过理论分析可知：
（1）负压穿透后水封实验装置剩余水封液面高度为；
（2）当初始H0＝H时，无论水封比n如何变化，水封的负压穿透压力均为ρgH。

现通过实验数据来验证上述公式的正确性，按照上述实验方法分别对不同水封比的实验装置进行多次实验并取平均值，得到的实验数据如下
表3.1水封比抵抗负压实验实测数据
图3.2实验数据分析折线图
图3.2为实验数据分析折线图，表示实际剩余水封高度与计算剩余水封高度之间的关系。

由图3.2可知，实验数据与按理论计算出来的数值吻合性良好。

4 结论
（1）由表3.1和图3.2可知，水封比和水封被负压穿透后水封剩余高度存
在明显联系，即水封穿透后水封剩余高度都随着水封比的增大而增大。

水封比与
剩余水封高度的关系满足公式（1）的要求。

即
（1）
式中：——负压穿透后水封剩余高度，mm；
——水封比；
——水封高度，mm。

（2）由公式（1）可以看出影响水封剩余高度的主要因素有水封比（n）和水封高度（H），且水封剩余高度都是随着这两个因素的增大而增大；
（3）水封剩余高度的极限是水封高度（H），故无论正常水封比如何变化，水封剩余高
度总是小于水封高度（H）；
（4）水封所能抵御的最大负压值与水封比无关，其值等于水封高度换算成的压力值。

由于实际水封中的水量会有损失，一般水封存水量高度均小于水封高度（H），而实验中还
发现只要水封中存水量高度大于水封剩余高度()，其水封的穿透压力均不变，其值等于水
封高度换算成的压力值；
（5）在实际应用中，我们关心的是负压是否可以将水封击穿（即水封所能抵御的最大负压值），根据以上分析可以得出，水封所能抵御的最大负压值等于其水封高度（H），增大水封比只能增大其剩余水封高度，并不能增大水封所能抵御的最大负压值，但提高了水封剩余高度相当于提高了水封的可靠性。

参考文献：
[1] GB50015-2019，建筑给水排水设计标准 [S]
[2] CJ/T 186-2003，地漏[S]
[3] CECS 172:2004，排水系统水封保护设计规程[S]
作者简介：
邱乃意，男，深圳市市政设计研究院有限公司给水排水工程师。