專利名稱：住宅排水系統模擬實驗裝置的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種建筑給排水產品排水系統性能的實驗裝置。(二) 背景技術在建筑物中，排水系統由不同的產品、部件、管道而組成，因此，排水系統性能不僅會 受到產品、管材本身的性能影響，更會受到其組合使用、多種變化的影響。在產品日益更新 的今天，如何評判產品的性能，特別是如何評判其組成系統后的性能，是建筑行業最為困惑 的問題之一。缺乏模擬實驗研究設備，沒有評價標準，使得設計人員在設計選用時不得不以 生產企業提供的技術數據為準，不得不在住宅這一最終產品中，根據居民的使用效果來直接 進行系統評判，即使發現問題，也難以改造。目前我國住宅排水系統缺乏專門的科學實驗研究、缺乏產品性能及檢測標準研究、沒有 標準的檢測裝置、沒有完善的測試標準，導致工程領域的技術標準落后于住宅發展需求，阻 礙了我國住宅廚衛系統研究的進展。反映在工程中，常常會出現排水不暢、返臭氣、煙氣倒 灌、跑、冒、滴、漏等長期困擾居民生活的問題。特別是高層住宅的系統更加復雜，問題更 突出。這些問題不僅直接影響了室內環境，妨礙了居民的日常生活；而且"非典"的教訓告 訴我們， 一旦發生惡性傳染疾病時，有問題的排水系統還有可能成為病菌的傳播途徑。目前現有的住宅排水系統模擬實驗方法是采用等比例縮小的模擬系統進行定流量排水模 擬實驗技術。相對來說，定流量排水操作比較簡單化，是在設定某一排水流量的情況下進行 實驗，管道中為常流水的狀態，流量值可按照人們的要求去設定。但這種方式在日常使用中 屬于極限不利情況，所測得的數據與我國現有規范的排水系統設計參數偏差很大，如果以此 方法為基礎制定中國的排水系統檢測標準，將對我國排水系統產品的性能要求提高很多，并 會在實際工程中造成一定的投資浪費。(三) 實用新型內容本實用新型的目的是提供一種住宅排水系統模擬實驗裝置，要解決住宅排水系統性能無 法評判，缺乏有力的研究與驗證手段的問題。為實現上述目的，本實用新型采用如下技術方案這種住宅排水系統模擬實驗裝置，包括主體建筑結構、循環給排水管路及設備、監控測 試系統，其特征在于主體建筑結構為高層建筑物，自下至上順序為低位水箱間層l、排水收集層2、測試層3和排水負荷施 加層4、高位水箱間層5，其中，測試層3和排水負荷施加層4為7-50層。 循環給排水管路及設備在低位水箱間層1設有低位水箱8，高位水箱間層5設有高位水箱9，在低位水箱8向上至 高位水箱9之間連接循環水管6，低位水箱的出水口連接循環水泵7，低位水箱的進水口與市 政給水管25連接；高位水箱底部向下連接給水管23，給水管23在排水負荷施加層4連有洗衣 機水龍頭24和衛生器具的注水口 ，給水管23在各測試層3均設有洗衣機水龍頭24;從高位水箱間層至排水收集層豎直向下延伸有測試立管12，測試立管頂端設有通風帽 29，測試立管在排水負荷施加層4、各測試層3均連有排水橫支管14，排水橫支管14的端部用 管堵13封堵，在排水負荷施加層4的排水橫支管上分支連接便器排水管27和洗浴器排水管 26，便器排水管27與便器15的排水口連接、洗浴器排水管26與洗浴器16的排水口連接，測試 立管下端伸入排水收集層設置的集水槽19內，集水槽底端出水口與低位水箱之間連接排水管 20。監控測試系統在低位水箱8內設有液位傳感器32和補水控制閥28;循環水管6與可調控制閥11連接；給水管23與供水控制閥21連接； 洗浴器排水管26與排水電磁閥17連接； 便器排水管27與自動排水裝置18連接；測試層的各排水橫支管14與差壓式壓力傳感器22和液位計31連接；排水管20連接差壓式壓力傳感器22和流量計33;測試立管頂端的通風帽29下方設有風速計30;在低位水箱間層l、排水收集層2、各測試層3和排水負荷施加層4均設有樓層控制器；各 樓層控制器由信號采集線分別與其所在樓層的差壓式壓力傳感器22、液位傳感器32、流量計 33、液位計31、風速計30連接；各樓層控制器由信號控制線分別與所在樓層的洗衣機水龍頭 24、洗浴器的排水電磁閥17、便器的自動排水裝置18和循環水泵7的電動閥連接，各樓層控 制器由信號線分別經網絡集線器與監控主機和數據庫服務器連接。上述主體建筑結構的地下二層是低位水箱間層l，地下一層是排水收集層2，頂層是高位 水箱間層5，排水收集層2以上至高位水箱間層5以下的區間是測試層3和排水負荷施加層4，其中，排水負荷施加層可以是區間內任意l-8層的組合。 上述給水管在測試層可設置減壓閥IO。 上述衛生器具是便器15和洗浴器16。上述樓層控制器是PAC可編程自動化控制器、PLAC可編程自動化控制器或PLC可編程自動 化控制器。上述監控主機包括a、 用于將采集的壓力，液位、流量、風速信號轉換為數字信號的模數轉換器(A/D);b、 用于存儲控制程序和檢測數據的存儲器；c、 用于輸入控制程序和檢測數據的輸入設備；d、 用于完成程序中的數據計算、數據統計分析處理的運算器；e、 用于根據運算結果和程序控制程序的走向，并根據指定各部分協調操作的控制器；f、 用于實現檢測數據動態顯示的顯示屏；g、 用于按照人們的需要將處理的結果輸出的輸出設備；h、 用于將輸出的數字信號轉換為控制信號的數模轉換器(D/A);i、 用于連接打印機的打印機接口。 與現有技術相比本實用新型具有以下特點和有益效果本實用新型在排水系統模擬實驗中是按1 : l的比例進行系統中的氣、水壓力變化的研 究，模擬各種使用工況的組合進行測試。可以有效掌握排水系統內壓力波動規律、建立完善 的系統設計方法、開展產品性能認證，從而保證系統性能可靠。本實用新型的實驗裝置測得的數據與實際運行結果比較接近，實驗結果具有很強的說服 力，其關鍵在于保證數據的實時性、準確性和再現性。在實際操作中重點解決了兩方面問 題 一、通過執行機構確保任意層的衛生器具可以按需啟動排水，啟動時間誤差小于10ms， 二、各測試層采集數據的同步性，即使為100米高的排水系統，最高與最低測試層采集數據 的時間起點誤差小于10ms。本實用新型按照衛生器具真實的布置情況，模擬低于50層、任意高度的排水系統，測試 系統中的洗浴器和便器可在排水負荷施加層和測試層任意設置，在實際或極限排水使用工況 下，測得測試立管內以及各支管內的壓力值，繪制系統的壓力波動曲線，從而判定排水系統 性能，確定排水系統的許可流量。本實用新型通過模擬大量的實際工程排水工況，掌握真實 的住宅排水系統性能，就確定我國住宅排水系統性能的標準檢測裝置、檢測方法和檢測標 準；使得長期困擾我國工程界的排水系統性能和產品性能無法評判的問題將迎刃而解；從而整體提升住宅排水系統設計水平，可促進新產品的研發。(四)
以下結合附圖對本實用新型作進一步詳細的說明。 圖l是主體建筑結構和循環給排水管路及設備的分布示意圖。 圖2是監控測試系統的原理框圖。附圖標記l一低位水箱間層、2 —排水收集層、3 —測試層、4一排水負荷施加層、5 — 高位水箱間層、6 —循環水管、7 —循環水泵、8 —低位水箱、9一高位水箱、IO —減壓閥、 ll一可調控制閥、12 —測試立管、13 —管堵、14一排水橫支管、15 —便器、16 —洗浴器、17 一排水電磁閥、18—自動排水裝置、19一集水槽、20 —排水管、21—供水控制閥、22 —差壓 式壓力傳感器、23 —給水管、24 —洗衣機水龍頭、25 —市政給水管、26 —洗浴器排水管、27 一便器排水管、28 —補水控制閥、29 —通風帽、30 —風速計、31—液位計、32 —液位傳感 器、33 —流量計。
具體實施方式
實施例參見圖l-2所示，這種住宅排水系統模擬實驗裝置，包括主體建筑結構、循環給 排水管路及設備、監控測試系統。 主體建筑結構為高層建筑物，自下至上順序為低位水箱間層l、排水收集層2、測試層3和排水負荷施 加層4、高位水箱間層5，其中，測試層3和排水負荷施加層4為7-50層；在實施例中，主體建 筑結構的地下二層是低位水箱間層l，地下一層是排水收集層2，頂層是高位水箱間層5，排 水收集層2以上至高位水箱間層5以下的區間是測試層3和排水負荷施加層4，其中，排水負荷 施加層是區間內任意l-8層的組合。循環給排水管路及設備在低位水箱間層1設有低位水箱8，高位水箱間層5設有高位水箱9，在低位水箱8向上至 高位水箱9之間連接循環水管6，低位水箱的出水口連接循環水泵7，低位水箱的進水口與市 政給水管25連接；高位水箱底部向下連接給水管23，給水管23在排水負荷施加層4連有洗衣 機水龍頭24和衛生器具的注水口，上述衛生器具是便器15和洗浴器16。給水管23在各測試層 3均設有洗衣機水龍頭24。從高位水箱間層至排水收集層豎直向下延伸有測試立管12，測試立管頂端設有通風帽 29，測試立管在排水負荷施加層4、各測試層3均連有排水橫支管14，排水橫支管14的端部用 管堵13封堵，在排水負荷施加層4的排水橫支管上分支連接便器排水管27和洗浴器排水管26，便器排水管27與便器15的排水口連接、洗浴器排水管26與洗浴器16的排水口連接，測試 立管下端伸入排水收集層設置的集水槽19內，集水槽底端出水口與低位水箱之間連接排水管 20。循環給水管路及設備可為測試系統供水，采用清水供水方式，循環水泵為工頻泵，根 據高位水箱液位控制啟停，兩臺循環水泵輪流工作，也可聯合工作，供水流量分別為5 81/s，地下低位水箱20m3，高位低位水箱2. 5m3 。循環排水管路及設備可控制各層衛生器具 組合排水。監控測試系統參見圖2:在低位水箱8內設有液位傳感器32和補水控制閥28，補水控制閥可選浮球閥或其它自動 閥門。循環水管6與可調控制閥11連接；給水管23與供水控制閥21連接，根據壓力計算，上述給水管在測試層適當位置處設置減 壓閥IO。洗浴器排水管26與排水電磁閥17連接。 便器排水管27與自動排水裝置18連接。測試層的各排水橫支管14與差壓式壓力傳感器22和液位計31連接。排水管20連接差壓式壓力傳感器22和流量計33;測試立管頂端的通風帽29下方設有風速計30;在低位水箱間層l、排水收集層2、各測試層3和排水負荷施加層4均設有樓層控制器；各 樓層控制器由信號采集線分別與其所在樓層的差壓式壓力傳感器22、液位傳感器32、流量計 33、液位計31、風速計30連接；各樓層控制器由信號控制線分別與其所在樓層的洗衣機水龍 頭24、洗浴器的排水電磁閥17、便器的自動排水裝置18和循環水泵7的電動閥連接，各樓層 控制器由信號線分別經網絡集線器與監控主機和數據庫服務器連接。上述樓層控制器是PAC可編程自動化控制器、PLAC可編程自動化控制器或PLC可編程自動 化控制器。上述監控主機包括a、 用于將采集的壓力，液位、流量、風速信號轉換為數字信號的模數轉換器(A/D);b、 用于存儲控制程序和檢測數據的存儲器；c、 用于輸入控制程序和檢測數據的輸入設備；d、 用于完成程序中的數據計算、數據統計分析處理的運算器；e、 用于根據運算結果和程序控制程序的走向，并根據指定各部分協調操作的控制器；f、 用于實現檢測數據動態顯示的顯示屏；g、 用于按照人們的需要將處理的結果輸出的輸出設備；h、 用于將輸出的數字信號轉換為控制信號的數模轉換器(D/A);i、 用于連接打印機的打印機接口。應用上述住宅排水系統模擬實驗裝置的住宅排水系統模擬實驗的檢測步驟如下(1) 、在住宅排水系統模擬實驗裝置主體建筑結構的測試層安裝測試立管，并將測試 立管與監控測試系統相連接。按照工程設計的要求，設置衛生器具和排水支管，管末端用管 堵堵上。(2) 、啟動監控測試系統，由市政水管向低位水箱中注水，并控制水箱水位。(3) 、循環水泵將低位水箱中的水泵入高位水箱中，并通過給水管向洗衣機水龍頭、 洗浴器和便器供水，從最高排水負荷施加層開始至排水收集層采用遠程控制洗浴器排水電磁 閥以及便器自動排水裝置的啟閉，實現任意層、任意便器和洗浴器的組合排水。從最高排水 負荷施加層開始，采用遠程控制洗浴器排水電磁閥以及便器自動排水裝置的啟閉，實現任意 層、任意潔具的組合排水。從最高排水負荷施加層開始，施加2.5L/s流量；任意選擇最多8 層，在未接近判定條件前，依次施加2.5/s流量；接近后，依次按照0.21/s施加流量；直至 達到判定條件系統壓力范圍內400Pa。(4) 、樓層控制器采集、儲存各樓層差壓式壓力傳感器的壓力信號值，以及液位傳感 器、液位計、流量計、風速計的信號值，并將采集的信號經網絡集線器、核心交換機傳遞給 監測主機和數據庫服務器；上述差壓式壓力傳感器的采集范圍為一5000Pa 5000Pa，精度 5Pa，應答頻率20Hz。在1 33的測試層，除排水負荷施加層外，每層均在距測試立管中心 500mm的排水橫支管的上部，安裝差壓式壓力傳感器；通過數據采集、傳輸系統將各壓力值 傳送至中央監控室。(5) 、監測主機分析、統計各層壓力變化的最大值和最小值，并判斷最大壓力或最小 壓力是否達到了易導致存水彎水封破封的壓力值，從而決定測試立管的最大排水流量和排水 性能；監測主機完成測量數據的統計計算和分析處理，以系統內壓力波動的范圍士400 Pa為 判定條件，判定測試立管的最大排水能力。在讀取壓力的同時，測量排出管的排水流量。(6) 、監測主機顯示出測試立管的技術參數，儲存在數據庫服務器中，并由打印機打 印出來。中央監控室內有監控主機和數據庫服務器，可以設置在-l層，采用以太網拓撲結構，實現對各測試層的樓層執行器啟停的遠程控制，并實時紀錄、傳輸測試數據，通過核心交換機 及配套計算機進行初步分析。每層設置一套樓層控制器，采用開放性數據接口和協議，具有 良好的擴展能力。監控主機采用戶人機交互界面設置測試任務流程。具體內容包括設定組合排水負荷施 加層層數，執行器起始時間，數據采集起始與結束時間，測試內容等。監控主機完成數據分 析，可調取數據庫數據繪制每層的壓力波動曲線，并輸出打印，以初步判定排水立管系統的 最大排水能力。隨后分析、統計各層壓力變化的最大值(簡稱層最大壓力)和最小值(簡稱 層最小壓力)取出排水系統的最大壓力和最小壓力，來判斷系統的最大壓力或最小壓力是否 達到了易導致存水彎水封破封的壓力值，從而決定立管排水系統的最大排水流量。通過比較 各個系統的最大排水流量來分析各個系統的排水性能。每臺樓層控制器之間使用晶體管輸出輸入型i/o模塊端子物理連接。晶體管輸出輸入型1/0模塊端子響應時間屬US級；每臺控制器構造、邏輯相同；上位機輸出測試指令到輸出觸 發PAC控制器，該控制器執行輸出，觸發所有PAC采集控制器輸入，以取得記錄相對時間基準同步。實現自動同步采集、定時傳輸數據。模塊掃描周期控制在10ms以內，自排水負荷施加 層排水開始，同時讀取各測試層排水支管內的壓力值，每秒讀取50個壓力值。采集控制器采 用中斷觸發模式，清空數據緩存區，執行數據采集和記錄。定時傳輸數據，各測試層的數據 現在本層控制器內存儲，根據實驗周期長短可最多存儲10分鐘數據，測試時間結束，數據庫 服務器采用OPC數據訪問接口 ；讀取各PAC控制器累計存取值。
權利要求1. 一種住宅排水系統模擬實驗裝置，包括主體建筑結構、循環給排水管路及設備、監控測試系統，其特征在于主體建筑結構為高層建筑物，自下至上順序為低位水箱間層(1)、排水收集層(2)、測試層(3)和排水負荷施加層(4)、高位水箱間層(5)，其中，測試層(3)和排水負荷施加層(4)為7-50層；循環給排水管路及設備在低位水箱間層(1)設有低位水箱(8)，高位水箱間層(5)設有高位水箱(9)，在低位水箱(8)向上至高位水箱(9)之間連接循環水管(6)，低位水箱的出水口連接循環水泵(7)，低位水箱的進水口與市政給水管(25)連接；高位水箱底部向下連接給水管(23)，給水管(23)在排水負荷施加層(4)連有洗衣機水龍頭(24)和衛生器具的注水口，給水管(23)在各測試層(3)均設有洗衣機水龍頭(24)；從高位水箱間層至排水收集層豎直向下延伸有測試立管(12)，測試立管頂端設有通風帽(29)，測試立管在排水負荷施加層(4)、各測試層(3)均連有排水橫支管(14)，排水橫支管(14)的端部用管堵(13)封堵，在排水負荷施加層(4)的排水橫支管上分支連接便器排水管(27)和洗浴器排水管(26)，便器排水管(27)與便器(15)的排水口連接、洗浴器排水管(26)與洗浴器(16)的排水口連接，測試立管下端伸入排水收集層設置的集水槽(19)內，集水槽底端出水口與低位水箱之間連接排水管(20)；監控測試系統在低位水箱(8)內設有液位傳感器(32)和補水控制閥(28)；循環水管(6)與可調控制閥(11)連接；給水管(23)與供水控制閥(21)連接；洗浴器排水管(26)與排水電磁閥(17)連接；便器排水管(27)與自動排水裝置(18)連接；測試層的各排水橫支管(14)與差壓式壓力傳感器(22)和液位計(31)連接；排水管(20)連接差壓式壓力傳感器(22)和流量計(33)；測試立管頂端的通風帽(29)下方設有風速計(30)；在低位水箱間層(1)、排水收集層(2)、各測試層(3)和排水負荷施加層(4)均設有樓層控制器；各樓層控制器由信號采集線分別與其所在樓層的差壓式壓力傳感器(22)、液位傳感器(32)、流量計(33)、液位計(31)、風速計(30)連接；各樓層控制器由信號控制線分別與所在樓層的洗衣機水龍頭(24)、洗浴器的排水電磁閥(17)、便器的自動排水裝置(18)和循環水泵(7)的電動閥連接，各樓層控制器由信號線分別經網絡集線器與監控主機和數據庫服務器連接；上述監控主機包括a、用于將采集的壓力，液位、流量、風速信號轉換為數字信號的模數轉換器；b、用于存儲控制程序和檢測數據的存儲器；c、用于輸入控制程序和檢測數據的輸入設備；d、用于完成程序中的數據計算、數據統計分析處理的運算器；e、用于根據運算結果和程序控制程序的走向，并根據指定各部分協調操作的控制器；f、用于實現檢測數據動態顯示的顯示屏；g、用于按照人們的需要將處理的結果輸出的輸出設備；h、用于將輸出的數字信號轉換為控制信號的數模轉換器；i、用于連接打印機的打印機接口。
專利摘要一種住宅排水系統模擬實驗裝置，包括主體建筑結構、循環給排水管路及設備、監控測試系統，主體建筑結構自下至上順序為低位水箱間層、排水收集層、測試層和排水負荷施加層、高位水箱間層。循環給排水管路及設備在高位水箱底部向下連接給水管，給水管在排水負荷施加層連有洗衣機水龍頭和衛生器具的注水口，從高位水箱間層至排水收集層向下延伸有測試立管，測試立管下端伸入集水槽內，集水槽底端出水口與低位水箱之間連接排水管。監控測試系統在各樓層設有樓層控制器，各樓層控制器經網絡集線器、核心交換機與監控主機和數據庫服務器連接。可準確測試排水部件的性能，解決了排水系統性能和產品性能無法準確評判的問題。
文檔編號E03C1/12GK201116377SQ200720201209
公開日2008年9月17日 申請日期2007年10月25日 優先權日2007年10月25日
發明者仲繼壽, 姚民光, 常林潤, 磊 張, 雁 曾, 梁萬軍, 賀 王, 王京生, 衡立松, 曦 魏 申請人:中國建筑設計研究院