座便器节水结构分析

　　摘要：节水问题是世界性的资源节约问题，座便器节水是家庭节水的重要部分。本文从座便器的冲排方式、水箱配件、管路设计方面分析现有座便器节水措施的特点，提出节水改进的思路。
　　关键字：座便器；节水；虹吸式；冲落式
　　
　　当前，我国符合饮用水标准的水资源在日常生活中的消耗主要分为淋浴及沐浴用水、座便器冲洗用水、洗衣用水、清洗餐具用水、饮用与烹调、室内卫生、冲洗汽车用水等。其中座便器冲洗用水占家庭全部生活用水量的三分之一左右。座便器是当代许多家庭、宾馆的主要卫生洁具，节水问题是世界性的资源节约问题，因此座便器的节水研制，引起人们的重视，纵观各种节水结构和改进方法，有以下几点共性。
　　一、节水的标准
　　节水是相对老式座便器而言，老式座便器用水一般大于6升，中国建筑装饰协会五金委员会等单位起草的JC／T856《6升水便器配套系统标准》中对节水型座便器的要求是“利用水的冲力，用3升左右的水将粪便冲离存水弯，且有大于2．5升的后续水，将粪便冲入立管”。中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局和中国国家标准化管理委员会发布的《中华人民共和国国家标准卫生陶瓷GB6952--2005》（以下简称《GB6952》），对节水型座便器的最基本定义是实现清洁功能的用水量不大于6升。针对我国缺水问题日益尖锐的现实，也为了环保和节水，国家标准化委员会在2004年将《6升水便器配套系统标准》列为国家强制性标准。因此用水量小于6升的座便器被称为节水座便器。当然这样的座便器要实现冲洗、排出、排送功能,即用6升水能将污物冲出座便器,并刷洗干净，使污物顺利通过排污横管并冲至排污竖管中，存水弯中的水封水必须被置换。
　　二、冲排方式
　　从座便器冲排方式的功能原理来看，座便器分为虹吸式和冲落式。目前中国国内市场同时使用冲落式和虹吸式座便器。如图1。
　　冲落式是利用排掉存储于水箱中的水的势能差产生的冲力来清洁座便器并冲走污物的冲洗方式。因为仅是利用水流的冲力来排出污物，为使从便圈周围的分水孔落下的水力加大，通常池壁都设计得较陡，同时为使水力集中，存水池面积较小。该冲水方式的优点是污物可在冲洗瞬间被快速冲出，洗净效果好，且管路不易阻塞。缺点是冲水噪声大，同时由于水封面积小，易产生积垢。
　　虹吸式座便器是同时利用排掉存储于水箱中水的势能差产生的冲力，还利用冲洗水在座便器的排污管道(通常称为存水弯道)内充满水后形成的虹吸现象，将污物排走的冲洗方式。虹吸式座便器的结构特点是便器内有一个完整的管道。形状呈侧倒状“S”形，利用给水时的水位差促进虹吸作用的形成，由于不借水力冲走污物，所以池壁坡度较缓，池底也扩大了存水面积，解决了冲落式噪声过大的缺点。
　　
　　

　　图1冲落式和虹吸式座便器
　　三、节水原理及措施
　　不论是冲落式，还是虹吸式，都利用了水的势能，所以节水措施可以从其冲洗原理方面考虑。
　　1.提高冲洗用水的势能水的势能差大，水的动力大，速度快，冲洗效果自然好,也便于实施节水。如图2。
　　采用高水箱可以提高水的势能。水箱高，储水多，水的重力势能大，冲洗时水的动力大。
　　提升水冲洗时的水位可以提高水的势能。现有的座便器出水口一般位于水箱的底部，冲水时，水箱内的水自然落下，冲洗力度随水量的减少而逐渐减弱，因而排污力不足，也就难以达到节水的目。如果将水先提升后落下，则水的势能提高，冲洗力提高和保持，排污能力增大，可以实现节水。
　　2.提高冲洗用水的动力通过加大对水的压力直接增加水的动力。
　　采用封闭水箱或加压水箱，利用供水管道内的压力去压缩封闭水箱内的空气，从而使水产生较大的动能，加大冲洗水的动力。进水时,封闭水箱内的空气被压缩,直至其压力与供水管道内的压力平衡，压缩空气对水有一个向下的压力，此时供水管道内的压能可充分转成压缩空气的势能。有资料表明，封闭水箱包含的势能可达到普通水箱势能的12倍。
　　3.对虹吸式而言，必须有足够多的水以足够快的速度倒入便池，才能促发效果明显的虹吸现象，因此通过管道结构改进，使其较早地产生虹吸负压，促进虹吸形成。在虹吸式便器的基础上增设一个喷射附道，部分水由喷射口射出，利用其较大的水流冲力将污物排出，同时促进虹吸作用加速形成。
　　4．水流通过的通道细，水流速度快，动力大。如图
　　
　　图2提升水的势能图3减小水流通道
　　5、进、排水阀结构
　　解决进、排水阀密封不严造成水的跑、冒、滴、漏也是节水可采取的措施。进水阀主要由控制机构及进水管路组成，通过进水管连接水源，其内部机构通过水箱内水位线的高低来控制水流的开启和关闭。排水阀主要由控制开关和闭水机构组成。便器漏水的主要部位是排水阀的密封件，老式座便器水箱排水阀用塑料、橡胶等制成，长期使用，排水阀的材料老化，失去弹性，如果排水阀边沿有很小的异物，都将造成密封不良而漏水。目前水箱配件使用较多的是部分浸水浮筒式进水阀和活塞式、翻板式排水阀。其设计结构经近年来的设计和开发，很多品种达到国际先进水平。
　　密封效果改善源自两个方面：一是密封材料的改进，使用新型工程塑料高强度硅橡胶制造排水阀密封件，在常温条件可使用10年以上，其弹性和耐水性均高于普通橡胶。二是将老式密封件与排水口的线接触改为面接触，加大接触面积，同时利用向下的水压使密封件与排水阀口紧密接触，提高密封效果。如图4所示。

　　翻板式活塞式
　　图4排水阀密封形式
　　6、便器设计
　　便器设计的节水措施主要集中在管道表面质量和管路设计上。在管道表面施超平滑釉，便器内部排水管路上釉，可以减少冲水时水在便器内流动过程中的阻力。冲落式座便器的内部水道结构简单，内径大，弯曲较少，比较容易地将污物排出。由于结构简单，水道内壁比较容易施釉，减少毛刺，易将污物排出便器后再推出一段距离，总用水量控制在6升之内比较容易做到。虹吸式座便器水道内径小，结构复杂，弯曲较多，水道表面不易施釉，有毛刺，导致污物容易堵塞。
　　管路设计主要考虑尽量减小冲水过程的阻力和提高流速，以保持冲水时的冲力。孔径小，流速快，冲力大，效果好。分水孔、喷射口、刷洗孔的直径都可以考虑适当取小。在虹吸式座便器池底设计排污孔，冲洗水从排污孔的侧上方喷出形成漩涡，漩涡使其周围的水面产生强大的向心力，使上面的液体和污物迅速地被卷入漩涡中，又随虹吸的生成而排走，因此排污过程迅速彻底，有利于节水。
　　四、改进思路
　　1.目前水箱配件多为大小便两档用水，其节水取得一定效果。针对不同使用情况，还可以考虑多档排水。
　　2.现有的座便器出水口一般位于水箱的底部，排水时水的势能低，提高排出水的势能,提高水的冲力，可改善冲洗效果，从而实现节水。
　　参考文献：
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