1.前言

新水封理論（詳見《給水排水》2009年第三期“排水系統(tǒng)水封設(shè)計(jì)新概念”一文，以下簡(jiǎn)稱“新概念”）適用于建筑排水系統(tǒng)水封的設(shè)計(jì)、保護(hù)，能夠提高水封的安全度和排水立管的排水能力，并將改變我們對(duì)建筑排水立管內(nèi)氣壓波動(dòng)狀況的認(rèn)識(shí)。這個(gè)理論可以把我們從水封的認(rèn)識(shí)誤區(qū)中解脫出來。

2. 關(guān)于水封的認(rèn)識(shí)誤區(qū)

關(guān)于排水系統(tǒng)的水封，我們的傳統(tǒng)認(rèn)識(shí)中有五個(gè)誤區(qū)。這些誤區(qū)中，有的僅僅在特定的點(diǎn)上成立，有的則是邏輯上不相關(guān)。

2.1誤區(qū)一  水封深度越小，水封排水能力越大，而水封阻止管內(nèi)氣體逸出的能力越低。反之亦然。

2.2誤區(qū)二  排水立管排水時(shí)管內(nèi)負(fù)壓一定不能穿透水封，否則，水封必然會(huì)因管內(nèi)負(fù)壓的抽吸而喪失^［1］。

2.3誤區(qū)三  水封只有耐住了管內(nèi)-40mmH₂O的負(fù)壓，才能耐住管內(nèi)40mmH₂O的正壓^［1］。

2.4誤區(qū)四  負(fù)壓抽吸、正壓噴濺、自虹吸、慣性晃動(dòng)、蒸發(fā)和毛細(xì)作用等6項(xiàng)因素會(huì)對(duì)水封產(chǎn)生不利的影響^［2］。

2.5誤區(qū)五  水封深度不得小于50mm^{［1］［2］［2］}。

3.討論

新的水封理論（詳見“新概念”文）可以有效的擺脫這5個(gè)誤區(qū)對(duì)我們的束縛。

3.1對(duì)于誤區(qū)一，實(shí)際上水封深度越小，水封排水能力越大，但水封的正壓阻氣性能不一定降低。

通過對(duì)水封的研究和試驗(yàn)測(cè)試，我們得到了下面表1和表2的數(shù)據(jù)^［4］。

若設(shè)定水封深度為40mm，則有表-1如下：

若設(shè)定剩余水封耐管內(nèi)正壓40mmH₂O，則有表-2如下：

注：損失高度-負(fù)壓抽吸后的水封剩余深度與水封深度40mm的差；正壓落差-水封剩余深度耐管內(nèi)正壓40mmH₂O時(shí)水封內(nèi)室水面的落差；正壓增高-水封剩余深度耐管內(nèi)正壓40mmH₂O時(shí)水封外室水面的上升高度；正壓全高-水封耐最大管內(nèi)正壓時(shí)的水柱高度，為剩余深度與正壓增高之和；水封深度-水封滿水時(shí)的有效深度。

通過對(duì)水封的研究，我們發(fā)現(xiàn)，改變水封內(nèi)、外室水面的比值（水封比）后，水封的性能會(huì)出現(xiàn)人們不曾關(guān)注過的變化。加大水封比后，所需的水封深度可以相應(yīng)變小，水封排水能力會(huì)增大。水封比越大，所需的水封深度就越小，水封排水能力就越大。

盡管加大水封比后，水封的深度變小了，負(fù)壓抽吸時(shí)水封會(huì)被穿透，但是水封的剩余深度恢復(fù)的正壓阻氣性能仍可以得到充分保證。例如：

水封比為5時(shí)，盡管水封深度僅為8mm，水封剩余深度僅為6.7mm，水封仍能耐住管內(nèi)40mmH₂O的正壓。見表2。

然而，水封比過小，比如水封比為0.5時(shí)，盡管水封深度已達(dá)40mm，但經(jīng)過管內(nèi)-40mmH₂O的負(fù)壓抽吸后，水封剩余深度僅為13.3mm，水封剩余深度抗管內(nèi)正壓的能力也僅為20mmH₂O。見表1。

如果我們要求水封剩余深度抗管內(nèi)正壓的能力為40mmH₂O，當(dāng)水封比為0.5，則水封深度必須達(dá)到53.4mm以上，經(jīng)-40mmH₂O的管內(nèi)負(fù)壓抽吸后，水封剩余深度為26.7mm，見表2。

3.2對(duì)于誤區(qū)二，通常我們習(xí)慣以鐘罩式地漏的水封為例來說明水封是不能負(fù)壓穿透的，因?yàn)殓娬质降芈┑乃庖坏┍回?fù)壓穿透，水封水就會(huì)被抽吸殆盡，水封喪失。其實(shí)，鐘罩式地漏的水封只是水封的一種。鐘罩式地漏的水封之所以一旦被穿透就會(huì)被吸干，是因?yàn)樗牡乃獗冗^小造成的。改變它的的水封比，情況就會(huì)不一樣了。

依據(jù)新的水封理論設(shè)計(jì)的水封（包括鐘罩式地漏的水封），加大了水封比，水封就有了以下特性：

a.允許負(fù)壓抽吸穿透向管內(nèi)進(jìn)氣；

b.利用虹吸的抽吸作用增加水封排水量且允許虹吸穿透向管內(nèi)進(jìn)氣；

c.系統(tǒng)壓力消失后水封剩余深度仍能恢復(fù)抗管內(nèi)正壓所需的能力。

所以，測(cè)試新式水封排水系統(tǒng)的立管最大排水能力時(shí)可以不必關(guān)注負(fù)壓時(shí)水封穿透與否，而是應(yīng)該著重關(guān)注于系統(tǒng)壓力消失后，水封剩余深度能否有抵抗管內(nèi)正壓的所需的能力。

換言之，傳統(tǒng)理論測(cè)試排水立管最大流量時(shí)，是將管內(nèi)壓力波動(dòng)控制在±40mmH₂O以內(nèi)。而測(cè)試新式水封排水系統(tǒng)的排水立管最大流量時(shí)不必再控制負(fù)壓值，而是控制：a. 排水立管排水時(shí)管內(nèi)正壓力不能夠突破40mmH₂O（純新式水封的排水系統(tǒng)此值可以再大些）；b. 系統(tǒng)壓力消失后的水封剩余深度必須能夠抵抗不小于40mmH₂O的管內(nèi)正壓的能力（純新式水封的排水系統(tǒng)此值也可以再大些）。此時(shí)立管流量即為新式水封排水系統(tǒng)排水立管的最大流量。

基本理念的不同導(dǎo)致了客觀效果的不同。一個(gè)是水封不能負(fù)壓穿透，一個(gè)是水封可以或需要或必須負(fù)壓穿透向管內(nèi)補(bǔ)氣。其客觀效果是排水立管最大排水能力勢(shì)必會(huì)從傳統(tǒng)的“管內(nèi)負(fù)壓不突破±40mmH₂O”時(shí)的流量水平，提高到一個(gè)新的流量水平。

3.3對(duì)于誤區(qū)三，當(dāng)我們依據(jù)新的水封理論，對(duì)排水系統(tǒng)中所有的水封進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)（加大水封比）后，水封能夠耐住管內(nèi)正壓40mmH₂O與水封是否能夠耐住管內(nèi)負(fù)壓-40mmH₂O之間就沒有了必然的聯(lián)系。也就是說水封能抗住管內(nèi)40mmH₂O的正壓，并不需要水封一定要抗住管內(nèi)-40mmH₂O的負(fù)壓。

比如，當(dāng)水封比為5時(shí)，水封在管內(nèi)-8mmH₂O的負(fù)壓時(shí)就開始穿透了。當(dāng)水封比為8時(shí)，水封在管內(nèi)負(fù)壓僅為-5mmH₂O時(shí)就開始穿透了。隨著水封比的不同，水封開始穿透的管內(nèi)負(fù)壓值都會(huì)不同。他們都沒有抗住管內(nèi)-40mmH₂O的負(fù)壓，但都能抗住管內(nèi)40mmH₂O的正壓。

所以說水封的抗管內(nèi)正壓40mmH₂O與抗管內(nèi)負(fù)壓-40mmH₂O二者不相關(guān)，沒有邏輯關(guān)系。

按新的水封理論設(shè)計(jì)的水封，在負(fù)壓抽吸穿透和虹吸穿透后，其剩余深度仍能恢復(fù)抗管內(nèi)正壓的能力，水封變成了具有類似吸氣閥單向進(jìn)氣功能的“補(bǔ)氣水封”。這個(gè)特性有助于平衡立管內(nèi)的負(fù)壓。

3.4對(duì)于誤區(qū)四，在我們依據(jù)新的水封理論，對(duì)水封進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)時(shí)，傳統(tǒng)的6項(xiàng)破壞因素中的自虹吸和負(fù)壓抽吸，已不再是力求避免的不利因素，而是有利因素，要充分的利用。這有助于提高水封的排水能力，同時(shí)，平衡管內(nèi)負(fù)壓，提高排水立管的排水能力。

關(guān)于慣性晃動(dòng)、正壓噴濺、蒸發(fā)和毛細(xì)作用，水封加大了水封比后，也有了水到渠成的、更好的保護(hù)。對(duì)于本人在研究中新發(fā)現(xiàn)的水封破壞6項(xiàng)因素之外的另一個(gè)水封破壞因素“負(fù)壓噴濺”，也有了更好的利用和保護(hù)。

3.5對(duì)于誤區(qū)五，在對(duì)水封進(jìn)行深入研究后發(fā)現(xiàn)，“水封深度不得小于50mm”也是有待于商榷的。

我們知道，水封的真實(shí)意義（或功能）是當(dāng)管內(nèi)壓力大于外界壓力時(shí)，阻止管內(nèi)的氣體逸出，污染室內(nèi)空氣。所以我們最為關(guān)注的應(yīng)該是管內(nèi)正壓時(shí)水封的表現(xiàn)。對(duì)于管內(nèi)負(fù)壓時(shí)水封的表現(xiàn)，我們則要求水封在管內(nèi)負(fù)壓作用后，不能喪失阻止管內(nèi)氣體逸出的功能。換句話說，不管管內(nèi)壓力如何變化，水封都必須能夠阻止管內(nèi)氣體逸出。至于室內(nèi)空氣通過水封的負(fù)壓穿透進(jìn)入管內(nèi)，我們完全沒有必要去禁止。

我們期待水封的耐管內(nèi)正壓的能力是不小于40mmH₂O。我們關(guān)心的是水封剩余深度耐管內(nèi)正壓時(shí)的表現(xiàn)，我們最終期待的是水封能防止管內(nèi)濁氣逸出污染室內(nèi)空氣。可是我們?yōu)槭裁床幻髡f呢？為什么不直接關(guān)注水封剩余深度耐管內(nèi)正壓時(shí)的表現(xiàn)呢？

很多國家都規(guī)定建筑排水系統(tǒng)水封深度不得小于50mm。而水封深度50mm的真實(shí)含義，是在水封理論深度40mm的基礎(chǔ)上增加了25%的為六項(xiàng)不利因素預(yù)留的安全裕量，既40mm+40mm*25%=50mm。現(xiàn)階段為了敘述方便，我們暫時(shí)忽略預(yù)留量，暫時(shí)設(shè)定水封深度為40mm。

過去，我們沒有水封比概念。我們把常見的管式存水彎水封（S彎，水封比等于1）這個(gè)特例的表現(xiàn)當(dāng)成了定律。40mm理論水封深度的管式存水彎水封經(jīng)過管內(nèi)-40mmH₂O的負(fù)壓抽吸后，水封的剩余深度是20mm，仍然可以耐住管內(nèi)40mmH₂O的正壓。在建立了水封比概念后，我們發(fā)現(xiàn)管式存水彎水封的這個(gè)現(xiàn)象僅僅在水封比等于1時(shí)成立，水封比大于1和小于1時(shí)都不成立。

比如，管式存水彎水封，水封比為1，水封深度40mm。在經(jīng)過了管內(nèi)-40mmH₂O的負(fù)壓抽吸后，水封剩余深度20mm，仍然能夠耐住下一次的管內(nèi)40mmH₂O的正壓。

但是，當(dāng)水封比為5時(shí)，耐管內(nèi)正壓40mmH₂O所需的水封深度僅需要8mm，而不需要40mm，經(jīng)過管內(nèi)-40mmH₂O的負(fù)壓抽吸后，水封剩余深度也不再是20mm，也仍然能夠耐住下一次的管內(nèi)耐管內(nèi)40mmH₂O的正壓。如果我們一定要設(shè)40mm的水封深度，那么，水封的下部將有32mm的高度屬于無用配置。

如果我們要求水封剩余深度抗管內(nèi)正壓的能力不小于40mmH₂O，若水封比為0.5時(shí)，其水封深度則必須達(dá)到53.4mm以上，而不是40mm，經(jīng)-40mmH₂O的管內(nèi)負(fù)壓抽吸后，水封剩余深度為26.7mm，才能夠耐住下一次的管內(nèi)40mmH₂O的正壓。

依據(jù)新的水封理論，隨著水封比的不同，所需的水封初始深度也不同。在同樣抗住管內(nèi)正壓40mmH₂O的前提下，水封比為1時(shí)，水封初始深度需要40mm，水封比為5時(shí)，水封初始深度為8mm，水封比為10時(shí)，水封初始深度4mm即可滿足需要。當(dāng)然，應(yīng)用到水封設(shè)計(jì)時(shí)需要增加一個(gè)安全系數(shù)。

4.水封比理論可以把我們從固有的認(rèn)識(shí)誤區(qū)中解脫出來

水封比理論讓我們重新認(rèn)識(shí)水封，全面了解水封的屬性，從固有的認(rèn)識(shí)誤區(qū)中解脫出來。

4.1 對(duì)誤區(qū)一的效果

依據(jù)水封比理論，加大水封的水封比后，水封所需的初始深度相應(yīng)變小。在保證水封的耐管內(nèi)正壓力的能力的同時(shí)，也提高了水封自身的排水能力。

4.2 對(duì)誤區(qū)二的效果：

既然新式水封要利用負(fù)壓抽吸和自虹吸，系統(tǒng)內(nèi)的壓力消失后，其剩余深度必須能自動(dòng)恢復(fù)抗管內(nèi)正壓的能力，那么，我們測(cè)試新式水封排水系統(tǒng)排水立管的排水能力時(shí)就不必再關(guān)注水封是否被負(fù)壓穿透。

比如，系統(tǒng)內(nèi)有傳統(tǒng)水封，測(cè)試立管排水流量的邊界條件為“管內(nèi)正壓不大于40mmH₂O”和“水封剩余深度能抗管內(nèi)正壓力不小于40mmH₂O”。若系統(tǒng)內(nèi)沒有傳統(tǒng)水封，則這二個(gè)壓力值可以制定的高一些。

我們可以假想一下，如果新式水封排水系統(tǒng)能滿足“水封剩余深度耐住管內(nèi)正壓的能力不小于100mmH₂O”和“管內(nèi)正壓不大于100mmH₂O”這二個(gè)邊界條件，那么這個(gè)單立管排水系統(tǒng)的排水能力勢(shì)必會(huì)是一個(gè)令人驚訝的高度，甚至有可能不需要再考慮加設(shè)通氣管系的問題。

4.3 對(duì)誤區(qū)三的效果：

依據(jù)新的水封理論，在保證水封剩余深度能耐住的管內(nèi)正壓不小于40mmH₂O的前提下，隨著水封比的逐漸加大，與之對(duì)應(yīng)的水封深度會(huì)越來越小。這就意味著水封在負(fù)壓抽吸穿透時(shí)或自虹吸末期負(fù)壓抽吸穿透時(shí)的負(fù)壓值也越來越小。換言之，當(dāng)管道內(nèi)的負(fù)壓值還很小，室內(nèi)氣體就開始穿透水封進(jìn)入管內(nèi)，平衡管內(nèi)的負(fù)壓了。水封雖然沒有了耐住管內(nèi)-40mmH₂O的負(fù)壓的能力，卻有耐住管內(nèi)正壓不小于40mmH₂O的能力。所以，“水封能耐住管內(nèi)40mmH₂O的正壓，它就必須能耐住管內(nèi)-40mmH₂O的負(fù)壓”的不妥的，水封的“耐管內(nèi)正壓”和“耐管內(nèi)負(fù)壓”之間是沒有必然的邏輯關(guān)系的。

4.4 對(duì)誤區(qū)四的效果：

對(duì)于水封的6項(xiàng)破壞因素，新水封理論不再是力求避免，而是立足于利用，無利用價(jià)值再預(yù)防和保護(hù)。

關(guān)于自虹吸  加大水封比后，水封可以借助虹吸的負(fù)壓抽吸作用，來提高自身的排水能力，并允許自虹吸末期的負(fù)壓抽吸穿透。

關(guān)于負(fù)壓抽吸  加大水封比，水封所需的初始深度相應(yīng)變小。水封會(huì)在很小的管內(nèi)負(fù)壓作用下被穿透并向管內(nèi)輸送大量的空氣（類似吸氣閥），及時(shí)平衡和緩解管內(nèi)的負(fù)壓。這個(gè)特性會(huì)為提高排水立管的最大排水能力提供上升空間。

關(guān)于慣性晃動(dòng)  加大水封比后，水封因管內(nèi)壓力波動(dòng)影響而產(chǎn)生的晃動(dòng)，會(huì)因?yàn)樗鈨?nèi)、外室水面大小的差異或不對(duì)稱而受到極大的制約。

關(guān)于正壓噴濺  加大水封比后，水封因管內(nèi)正壓力的驟然影響而可能產(chǎn)生的噴濺，會(huì)因?yàn)樗馑萘浚ㄙ|(zhì)量）的加大，降低其運(yùn)動(dòng)加速度而受到制約。

關(guān)于蒸發(fā)  加大水封比后，水封水的蒸發(fā)，會(huì)因?yàn)樗馑萘康募哟蠖鄬?duì)減弱。雖然其絕對(duì)蒸發(fā)量沒有變，但相對(duì)值卻變小了，與其蒸發(fā)量相對(duì)應(yīng)的水封深度損失也相對(duì)變小了，水封抗蒸發(fā)的能力也就相對(duì)提高了。

關(guān)于毛細(xì)作用  加大水封比后，水封水因毛細(xì)作用而損失的量，會(huì)因?yàn)樗馑萘康募哟螅鄬?duì)變小了，水封抗毛細(xì)作用的能力相對(duì)提高了。如果適當(dāng)加長(zhǎng)水封出水堰口的長(zhǎng)度，可以徹底消除毛細(xì)管現(xiàn)象。

關(guān)于負(fù)壓噴濺  水封在負(fù)壓抽吸穿透時(shí)和自虹吸末期抽吸穿透時(shí)，都有一個(gè)“負(fù)壓噴濺”現(xiàn)象。水封深度越大、內(nèi)室流道越狹窄，這個(gè)“負(fù)壓噴濺”現(xiàn)象對(duì)水封所造成損失越大，要遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于“正壓噴濺”所造成的損失。因?yàn)楸?ldquo;負(fù)壓噴濺”吹跑的水封水進(jìn)入了管道而徹底的損失掉了。隨著水封比的加大，所需的水封深度相應(yīng)變小，水封內(nèi)室的流道也會(huì)越來越寬，被“負(fù)壓噴濺”吹跑的水封水會(huì)越來越少。當(dāng)水封深度小到一定的程度，氣體基本上是拂水面而過，水封水基本不損失。

4.5 對(duì)誤區(qū)五的效果：

水封比理論改變了我們對(duì)水封的關(guān)注點(diǎn)。傳統(tǒng)理論關(guān)注水封能否耐管內(nèi)-40mmH₂O的負(fù)壓，并以此來證明水封能否耐住管內(nèi)40mmH₂O的正壓。水封比理論直接關(guān)注水封能否耐管內(nèi)正壓40mmH₂O，不關(guān)注水封能否耐得住管內(nèi)-40mmH₂O的負(fù)壓。因?yàn)樗饽芊衲妥」軆?nèi)40mmH₂O的正壓，與水封的水封比以及相對(duì)應(yīng)的水封深度直接相關(guān)，與能否耐住管內(nèi)-40mmH₂O的負(fù)壓不相關(guān)。水封比越大，相對(duì)應(yīng)的水封深度會(huì)越小，與水封深度必須是40mm或50mm沒有關(guān)系。

5. 水封比理論的工程意義

依據(jù)新的水封理論設(shè)計(jì)的水封，其具備的功能，可以完成《排水系統(tǒng)水封保護(hù)設(shè)計(jì)規(guī)程》CECS 172:2004中第4節(jié)“水封保護(hù)措施”中的全部問題。

“規(guī)程”第4節(jié)“水封保護(hù)措施”中說：

4.0.2為防止因負(fù)壓抽吸而導(dǎo)致水封破壞，宜采取下列一項(xiàng)或多項(xiàng)措施：

1.設(shè)置完善的通氣系統(tǒng)；

2.采用水封深度較高、存水量較多的存水彎；

3.加大排水立管和排水橫管管徑；

4.設(shè)置吸氣閥；

5.采取特殊單立管排水系統(tǒng)；

6.采用雙通道存水彎或防虹吸存水彎；

7.不在連接偏置管的水平管段中接入排水支管。

新的水封理論對(duì)這些“措施”均有全新的詮釋。“規(guī)程”中的這些措施都是用來解決排水立管負(fù)壓?jiǎn)栴}的，而新式水封對(duì)排水立管負(fù)壓?jiǎn)栴}有很好的緩解作用。

水封雖小，意義重大。水封問世三百年，被關(guān)注了一百年，被誤解了一百年。

水封，直接關(guān)系到人的居住環(huán)境和身體健康。它是建筑排水系統(tǒng)立管排水量的關(guān)鍵性控制因素，也是高層建筑排水系統(tǒng)整體性能提高的瓶頸。水封，扼住了高層建筑排水工程造價(jià)的咽喉。

6. 結(jié)論

6.1傳統(tǒng)的水封理論將我們引入了誤區(qū)，客觀上直接影響了高層建筑排水系統(tǒng)整體性能的提高。新的水封理論為排水立管通水能力的提高提供了上升的空間。

6.2新的水封理論會(huì)對(duì)建立在傳統(tǒng)水封理念基礎(chǔ)之上的建筑排水理論、排水立管流量測(cè)試以及水封性能評(píng)估、檢測(cè)產(chǎn)生積極影響。

6.3 新的水封理論會(huì)通過提高排水立管的通水能力，少用或不用通氣管系，直接影響高層建筑排水系統(tǒng)的工程造價(jià)。

參考文獻(xiàn)：

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4.賀傳政，賀冠男.排水系統(tǒng)水封設(shè)計(jì)新概念.給水排水，2009，37（3）.

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