建筑排水系统及通气管系统设计探讨

吴恒斌

中国联合工程有限公司 浙江杭州 310052

摘要：新规范《建筑给水排水设计标准》GB50015-2019于2020年3月1日实施，其中生活排水章节的内容有较多改动，涉及到排水管道的水力计算及通气管的设置等，本文仅针对排水系统设计流量的计算和通气管系的设置做一些粗浅探讨。

关键词：建筑；排水系统；通气管；

一、建筑生活排水的特点：

室内排水系统是将室内人们在日常生活和生产中使用过的水汇集起来，直接或经过局部处理后，排入室外污水管道的系统。其主要有以下特点：

1、水量变化大。

绝大部分时间里，排水管道内只有很小的流量或处于无水状态。但卫生器具排水历时短、瞬间流量大，高峰流量可能充满整个管道断面。

2、水流变化大。

建筑排水特点是立体交汇，很多层的排水横管与同一根排水立管相连接，卫生器具排水由横支管排入立管时，水流方向发生改变，在重力作用下加速下落，水气混合，直至达到终限流速。当水流由立管进入底部横干管后，水流方向再次改变，流速骤然减小，气水分离。

因此，为了保证排水系统的正常运行，设置通气管系是非常有必要的，其主要作用如下：

1. 将排水管道内有毒有害气体排至屋顶或室外释放，以满足卫生要求；

2. 向排水管道内补充空气，减少气压波动幅度，保护水封防止破坏；

3. 通过补充新鲜空气，减轻金属管道的腐蚀，延长使用寿命；

4. 可提高排水系统的排水能力。

二、建筑排水系统出现的一些问题

在建筑排水系统的实际运行中，常会遇到一些建筑的排水管道冒出异味，污废水溢流至室内地面，甚至有毒有害气体进入室内空间，影响室内环境，危害人民群众身体健康。

本次2020年发生的新冠疫情，在粪便和排水系统中均已发现新冠病毒，下水道中带有病毒的气溶胶也可以传播新冠肺炎。

存水弯的水封在隔离排水管道中有毒有害气体乃至病毒的过程中发挥了重要作用，但如果系统设计不合理，未设置与排水系统相匹配的通气系统，非常容易造成水封的破坏，轻则污染室内空气坏境，重则造成病毒和传染疾病的传播。

三、新标准中排水系统设计流量的计算

《建筑给水排水设计标准》GB50015-2019（简称建水标）已于2020年3月1日实施，其中对生活排水的条文做了较多调整，如调整了排水系统的一些设计参数，修改了通气管设置的具体规定。

其中关于排水系统设计秒流量，建水标在2.1.28条中定义为排水管段中产生的瞬时最大排水流量作为该管段设计流量；而在《建筑给水排水设计规范》GB50015-2003（2009年版）（简称原建水规）中，排水设计流量的定义为排水某种时段的平均流量。

图1通过某一断面流量随时间的变化

建水标将排水的设计秒流量定义为瞬间最大流，出发点是合理的，更加接近系统排水过程中可能出现的极限工况。但在4.5节排水管道水力计算中，设计秒流量的公式并未作相应修改，使用的仍是平均流量公式：q_p=0.12α（N_p）^0.5+q_max。这就造成计算值和规定值之间存在不匹配的情况。以设置专用通气管的生活排水立管（管径100mm）为例，其最大设计排水能力新老规范的对比如下表：

以33层高层住宅为例，排水系统采用合流制，每个卫生间设置一套双立管排水系统，按2~33层每层接入一个卫生间，卫生间设洗脸盆一个、浴盆一个、冲洗水箱大便器一个，按照排水设计秒流量公式计算，q_p=0.12×1.5×（32*（0.75+3+4.5））^0.5+1.5 =4.42L/s。按原建水规中的规定，管径均为DN100通气管隔层连接的双立管排水系统（排水层数在15层以上时，宜乘系数0.9），其最大排水能力为4.8×0.9=4.32L/s，无法满足流量的要求。但若按照建水标的规定，选用通气管管径为DN75，排水管管径为DN100，隔层连接的双立管排水系统，最大排水能力5.20L/s，貌似可满足规范要求。

但其实是有问题的。首先，采用的公式为平均流公式，而建水标中立管排水能力的参数均已改为瞬时最大流量，这是两个时间概念不同的流量，若按照平均流去查表，查得的管径偏小，或承接的楼层偏多。容易造成系统的排水能力不足，导致管道内气压变化过大，存在水封破坏的风险。据研究表明，管道中正负压力值超过25mm水柱时，系统中水封就有可能遭到破坏，产生卫生安全隐患，引发健康安全事故。

图
2伸顶通气单立管排水系统中压力分布示意图

其次，建水标表4.5.7中瞬时流量法的测试标准，是以±400Pa为判定标准确定的，而《住宅生活排水系统立管排水能力测试标准》CJJ/T245中5.0.1条：1、采用瞬间流量法时，排水系统内最大压力Ps_max不得大于+300Pa，最小压力Ps_min不得小于-300Pa；2、采用定流量法时，排水系统内最大压力Ps_max不得大于＋400Pa，最小压力Ps_min不得小于—400Pa。这进一步放大了立管标称的通水能力，加剧了系统排水能力的不足。

图3系统瞬时流排水时不同建筑高度和不同汇合流量下系统压力分布

四、排水系统通气管系的设置

关于排水系统设置通气管，原建水规中4.6.2条规定：建筑标准要求较高的多层住宅、公共建筑、10层及以上高层建筑公共卫生间的生活污水立管应设置通气立管。

建水标中删除了此条文，但在新增的4.7.1条中规定：生活排水管道系统应根据排水系统的类型，管道布置、长度，卫生器具设置数量等因素设置通气管。

其表述较为含糊，并未对通气系统设置的要求做出具体明确的规定，需要设计人员根据具体情况进行计算，作出判断和选择。

由于单立管系统在运行过程中容易形成水塞流，水流在向下运动时，会引起管内气压剧烈波动，在水塞下方形成正压，导致楼层下部存水弯内的水被挤出，形成喷出破封，不仅破坏水封，严重的会发生污水喷出，水塞上方形成了负压，导致高楼层水封遭到虹吸破坏，使水封失效。且由于水塞流引起空气的快速压缩，产生比附壁流和水膜流更大的噪音。

而设置通气管的双立管和三立管的排水系统，可以有效的减小系统工作时管道内上下游的气压差，减小气流对水封的正压挤出和负压虹吸的强度，降低水封破坏的几率，提高排水系统的卫生安全性能。

在实际工程中经常能碰到，一些项目特别是住宅，由于排水立管数量较多，为了节约造价，甲方推广普通单立管系统的排水系统，要求设计根据表格排水能力的上限选择系统。甚至有房地产公司在集团内部发文，要求大力推行单立管排水系统。上文中提到，由于排水平均最大流量和瞬间最大流量的不同，加上排水管测试压力范围的不同，系统实际排水能力并没有表格中那么大。数值的增大只是由于测试方式的改变，在材料和系统没有进化的前提下，想要大幅提高参数，显然是不符合科学规律的。

五、总结：

在设计过程中，选择系统排水能力时，建议还是使用原建水规中的表4.4.11的参数，建水标的表4.5.7仅在水力计算时作为参考，待设计秒流量公式修订成瞬间最大流量后再考虑使用。其次，在排水系统通气管设置中，尽量说服甲方，阐述各种系统的利弊，谨慎对待单立管排水系统。对于酒店、公寓、病房、卫生要求较高的住宅等高层建筑、10层及以上的公共建筑，排水系统还是按照原建水规，设置通气立管，或者使用特殊单立管系统。

参考文献：

1. 张哲等.DN100铸铁伸顶通气系统排水能力研究《中国给水排水》2017年33期。

2. 赵世明等.排水立管瞬间流量测试法面临的难题.《给水排水》2015年第41期。