兰玥莹 王守荣 裴文韬 王丽娟 高纪春 武 雪 赵之淇 赵金辉

(南京工业大学城市建设学院，江苏 南京 211800)

1 背景及意义

近几十年来，建筑的结构安全性、功能性、舒适性和节能性能等方面日益受到关注并取得了很大进步，建筑设备配套日趋完备，但对建筑排水系统关注度较低，常停留在能否将污水排除的基本功能方面。建筑排水管内呈三相混合流态，排水状态下管内过大正压或负压变化均可导致水封破坏从而使排水系统中的气体逸出至室内。秦纪伟等[1]先后对北京等五个城市住宅排水进行了调查，结果表明目前多数住宅排水系统均存在不同程度返臭气、漏水、噪声大和排水不畅等问题。

实际上，除返臭问题外，建筑排水立管内部及卫生器具表面，微生物大量繁殖，本身存在一定的安全风险[2]。刘德明等[3]对高校宿舍排水系统中微生物污染特征研究表明，排水立管管壁上菌落总数高达1.58×1010CFU/cm2。Gormley等[4]指出建筑排水系统中，病毒等污染物可能会随着气体流动，从而形成病毒的交叉传播。在传播性疾病爆发的背景下，排水系统由于水封破坏等原因可带来病原菌随排水系统扩散的不良后果。2003年我国香港淘大花园小区爆发的大规模严重急性呼吸综合征(SARS，“非典”)事件，其中最直接的原因之一是排水系统的卫生器具(主要为地漏)的水封干涸[5，6]。当前，2019年年底开始爆发的新型冠状病毒肺炎(COVID-19)疫情仍在持续，钟南山院士团队等相关研究表明受感染者的粪便及尿液中可检出具活性病毒，再次引发公众对于病毒是否会通过排水系统传播以及该采取哪些措施的关注。钟南山院士强调，防范新冠肺炎，保持下水道畅通极为重要。从基于病原菌风险防控、提升健康安全性角度，对建筑排水系统水封安全及相应应对措施方面尚待深入研究和探索。

我国在建筑排水领域近几十年来主要从增加管道排水能力和减少气压波动角度进行过较多研究，但从基于病原菌风险防控角度对排水系统设计优化和应对措施以及排水系统病原菌传播规律尚缺乏深入试验和实证研究。在当前条件下，亟需基于疫情防控需求开展建筑排水系统安全相关关键问题研究，贯彻习近平总书记强调的“要把人民群众生命安全和身体健康放在第一位”重要指示，目的不仅在于深化我国建筑排水领域内相关研究，更在于为应对类似SARS以及新冠肺炎情况下防止病原菌通过建筑排水系统传播提供应对措施，进一步提升住宅建筑健康安全性水平，保障人民群众生命安全与健康。

2 水封破坏的原因及需关注的关键问题

2.1 水封破坏的原因

长期以来，对水封的作用主要认为是通过一定高度存水液柱抵抗管网压力波动，避免臭气进入室内，相关规范明确限制了地漏水封高度。实际上，随着近年来研究深入，已经认识到影响水封强度存在多元因素，如水封结构、水封深度、水封比、水封容量、水封固有振荡频率等，基于水封安全和病原菌阻隔控制的多维控制参数优化仍需深入探讨[7]。此外，水封因产品自身缺陷、设计选用不当、施工安装不规范、日常疏于管理等因素发生水封破坏的现象常见。从建设、施工和使用过程分析，水封破环原因、破坏因素及现象特征总结分析见表1。

2.2 基于多维参数控制的关键问题分析

水封装置(如存水弯)的性能至少可用水封深度和水封强度这两个重要指标来衡量。其他条件不变情况下，水封深度越大，越不易被破坏。但水封深度太大会容易导致沉积的杂质堵塞，减弱存水弯的自净能力。故水封深度需有低限值和高限值，一般取50 mm～100 mm。

除了水封深度参数之外，水封强度是指在水封深度固定不变的前提下，水封装置的构造变化导致的水封性能变化。用水封构造尺寸表征的水封比需要用水封强度进行测试及体现。但需注意的是水封强度的提高需同时满足水封排水和自净能力，目前一些新开发的水封在提高了水封强度的同时降低了排水和自净能力，未来需进一步基于多维参数控制需求，结合CJ/T 186—2018地漏及国家标准GB/T 27710—2020地漏优化和开发相关产品。

水封的诱导虹吸损失除了受负压值的影响，还与负压的振动频率和水封装置中的水量或固有振荡频率有关。当负压的振动频率和水封装置的固有振荡频率发生谐振时，水封损失加大。水容量小的水封装置容易和排水立管中的负压发生谐振，水封损失加大。

表1 水封破坏原因及特征分析

水封损失还与排水持续时间及压力波动的作用时间有关，排水持续时间越长水封损失越大。有研究表明60 s持续排水，其水封损失值比5 s超出一倍以上。因此，基于短暂持续时间压力条件下的结果不能作为水封是否破坏的判断依据。

此外，当前对水封排水流量、最小水封容量和水封强度等考虑主要是基于清水测试的结果，在水封安全性设计中应考虑实际应用条件下水中含有杂质及部分堵塞情况下对水封安全的影响。

3 地漏安全技术参数及安全措施

3.1 地漏安全技术参数

地漏使用中的问题除安装因素外，产品本身安全性缺陷是主要的因素。在建筑生活排水系统中，地漏通常是最薄弱的环节。受排水系统中气压的变化，地漏内的水封会发生波动。提高水封抵抗正、负气压能力，直接关系到室内环境卫生质量。

在行业标准CJ/T 186—2018地漏及国家标准GB/T 27710—2020地漏之前，相关规范主要明确限制了地漏水封高度，对地漏其他技术参数以及合理选用等并未有较多明确规定。CJ/T 186—2018地漏对地漏的水封安全角度提出以下方面：

1)抗动态气压能力。有水封的地漏在达到水封深度时，当排水系统受到正负压(±400 Pa±10 Pa)时，持续10 s，地漏中的剩余水封深度不应小于25 mm；防虹吸式地漏剩余水封深度不应小于35 mm。

2)水封深度、水封比、最小水封容量。有水封的地漏水封深度不应低于50 mm，水封比不应小于1.0；最小水封容量：DN50为160 mL，DN75为400 mL，DN100为860 mL，DN150为1 860 mL。目前市场上销售的水封芯，其水封容量基本达不到上述要求。

3)自清能力。针对有水封地漏的规定，当地漏内的水封部件不可拆卸清洗时，其自清能力应达到90%以上，当水封部件可拆卸清洗时，其自清能力应能达到80%以上。

3.2 地漏安全措施与建议

1)科学合理的选择地漏。市场上地漏产品种类繁杂，部分厂家玩弄概念，打着“防臭地漏”和“三防地漏”标签，推出的产品实际应用中存在诸多问题[8]。正确的选择地漏，关系到民生健康安全，应根据住宅淋浴间、卫生间以及公共建筑卫生间、公共淋浴间等不同场所，选择合适的地漏。应严格遵守规范要求，禁止钟罩式地漏的使用，并严格保证水封高度50 mm，将不合格的产品严格淘汰[9]。

2)加强地漏安全理论和新产品研发。长期以来，公众对地漏安全重要性认识不足，近年来虽然逐步基于对地漏的新认识开发了一些新产品，但由于相关研究尚不够系统，部分开发的产品利用概念包装或仅强调了某方面性能。未来应进一步重视对于地漏性能的研究，开发性能良好的适用性产品[9]。

3)加强日常管理。针对地漏长期无水补充易导致干涸而造成臭气外溢等问题，应加强日常管理，在无经常性地面排水的情况下，每隔一定时间给地漏补水，也可采用一些新型自动补水地漏。公共建筑中物业管理人员应加强日常维护，定期给地漏补水。

4 基于疫情防控视角的排水系统水封安全研究方向

水封是建筑排水系统中避免臭气逸出至室内的末端关键节点，也是避免排水系统中病原菌传播的关键环节。维持排水系统气压稳定，确保水封功能发挥正常，需要研究以下几个关键问题:

1)水封的多维控制参数。

包括日本在内的一些国家以压力变化值超过±400 Pa作为水封破坏的判定标准；欧洲规范中判定水封破坏通常以水封损失25 mm为标准；东京大学的镰田教授、明治大学的坂上教授对水封损失和压力变化之间的关系进行了实验考证，发现当排水管内压力变化值为-40 mm H2O时水封损失值约为25 mm[10]。CJJ/T 245—2016住宅生活排水系统立管排水能力测试标准也以水封损失为25 mm时的压力相对值为压力判定值，采用瞬间流量法排水测试时最大压力判定值为±300 Pa，定流量法排水时最大压力判定值为±400 Pa。在当前主要关注水封高度基础上，基于水封安全和病原菌阻隔控制的多维控制参数优化仍需深入探讨并将相关研究成果应用于工程实际[7]。

2)排水管设计取值的成本控制与安全度考量。

降低最大排水能力限值有利于稳定管内气压波动，维持水封工作稳定。但是设计人员在选用设计参数时，常常以经济性和不突破规范的允许量为原则，选用不大于“最大设计排水能力”，或者不小于“最小设计管径”等数值，并没有过多考虑是否有安全度更高、使用更舒适的选项，不可避免地可能出现负荷大于基本设计参数时的不利状况。此外，管径选择的依据主要基于排水设计秒流量，从近年来相关研究来看，我国现行规范中采用斯维什尼科夫(平方根法)计算的结果偏小，也小于概率法计算的结果[11]。因此，应加大对现行标准的计算公式和相关参数取值的研究，细化关键指标，提高安全度，避免排水系统不利工况下因负压抽吸、正压喷溅等导致卫生器具水封被破坏，造成不利气体逸出。

3)复杂工况下的强化通气措施实证。

对于当前城市大量的高层住宅建筑而言，排水管内气压变化更加复杂，目前主要采取的措施是设通气管，按现行标准规范选择确定的排水管和通气管管径仅能满足临界排水能力，较少关注排水管系中通气能力和通气量。在此基础上，面对疫情传播威胁，基于避免水封破坏和排水系统病原菌交叉传播，进一步提升健康安全度的需求，有必要开展相关试验研究，验证适当放大管径后强化排水系统的通气功能的效应等，以期达到使住宅建筑排水系统具有更高的健康安全性的目标。

4)排水系统不利气体的安全排放及对策。

建筑室外排水管以及伸顶通气管会向大气中扩散这些不利气体，也是需要考虑的潜在途径。在雷神山、火神山医院建设中也采取了对室外排水管道及伸顶通气管排出的不利气体进行紫外线消毒的应急措施，但相关针对性措施及其效果的系统性研究不多，实践也不够成熟，仍有待在研究探索基础上提出可行的有效应对措施。

5 结语

建筑排水系统水封安全事关建筑室内环境舒适性与安全性已为人们所认识，能够防止排水管道臭气逸散进入室内，影响健康和卫生。近些年来在关注水封高度基础上，已经开展了水封和地漏安全多维安全参数研究，加深了对于水封破坏的原理和影响因素的认知，也开发出来一些新产品。在疫情防控背景下，水封安全对于防止病原菌扩散，保障人民群众生命安全和身体健康具有重要意义。亟需从病原菌风险防控角度开展排水系统设计优化和水封破坏应对措施方面深入和系统研究，进一步提升住宅建筑健康安全性水平，保障人民群众生命安全与健康。