Строительные правила в США обязывают американских строителей делать разводку канализации под перекрытиями зданий. В результате расстояние между чашей унитаза и горизонтальными трубами канализации составляет внушительную величину (до 0,5 м). Последнее позволяет при спуске воды обеспечить сифонирующий эффект, который как насос выкачивает содержимое унитаза в канализационную сеть. Это позволяет заокеанским создателям унитазов легко удовлетворять постоянно растущие требования потребителей по качеству смыва даже у компакт-унитазов.
В европейских же странах, в том числе и в России, строительные правила обязывают размещать горизонтальные канализационные трубы над перекрытиями зданий, что приводит к существенному уменьшению высоты чаш компакт-унитазов над канализационными трубами. Если учесть, что в момент спуска воды из смывного бачка её уровень в донной части чаши унитаза может подняться на 3–5 см, то вода из чаши унитаза будет вытекать под очень маленьким напором. Поэтому лёгкие фракции содержимого унитаза, плотностью даже несколько большей, чем 0,6 г/см³, после завершения спуска так и останутся на дне чаши.
Это свойство унитазов европейского типа является их основным недостатком. В американских же унитазах благодаря сифонирующему эффекту из чаши унитаза в канализационную систему отправляется содержимое чаши любой плотности (даже кусочки пенопласта и мобильные телефоны). Другой недостаток унитазов европейского типа сводится к постоянной необходимости пользоваться ёршиком для дополнительной очистки внутренней поверхности чаши унитаза от прилипающих к ней фекалий. Встречаются даже случаи, когда при продаже очень дорогого компакт-унитаза покупателя соблазняют бесплатным подарком в виде красивой стойки с очень красивым ёршиком. Таким образом продавец унитаза как бы заранее предупреждает покупателя: »Нет гарантии в том, что чаша унитаза в процессе полного спуска очистится от прилипших к его поверхности фекалий, поэтому мы дарим вам эту красивую стойку с ёршиком!».
Эти недостатки, а также ряд других можно частично устранить за счёт увеличения расхода на смыв. Примером могут служить первые в России унитазы с высокорасполагаемыми смывными бачками, которые размещались над чашами унитазов на высоте до 2 м. Интенсивный смыв содержимого чаши унитаза обеспечивался за счёт увеличенного расхода на смыв в результате появления сифонного эффекта из-за очень длинной трубы с внутренним диаметром около 30–35 мм, соединяющей смывной бачок и чашу унитаза. Правда, процесс спуска воды из смывного бачка сопровождался сравнительно громким и характерным шумом, присущим высокорасполагаемым смывным бачкам.
Следует также отметить, что вертикальная часть отводной трубы тарельчатого унитаза имела сравнительно малое сечение. Благодаря этому вода в ней в процессе спуска поднималась над уровнем воды в спокойном состоянии примерно на 10–15 см, и это обеспечивало интенсивную транспортировку содержимого чаши унитаза в канализационную сеть. Сравнительно лёгкие фракции под действием активных потоков, вытекающих из-под обода унитаза, так же интенсивно отправлялись сначала в отводную трубу, а затем в канализационную сеть.
Сравнение качества смыва двух упомянутых конструктивно различных схем унитазов можно понять из услышанного автором следующего рассказа. Один мужчина жил в квартире, в которой от старых времён ещё сохранился унитаз с высоко расположенным смывным бачком. Мужчина курил сигареты с фильтром, а «бычки» от сигарет потом бросал в унитаз, и они, несмотря на маленькую плотность (до 0,2 г/см³), легко смывались благодаря удачной конструкции отводной вертикальной трубы в пьедестале унитаза и большой скорости воды, поступающей из-под обода чаши. Со временем он решил сменить морально устаревший унитаз на новый и более эстетичный. Специалисты подобрали ему очень красивый компакт-унитаз и грамотно его установили. Но быстро выяснилось, что «бычки» теперь перестали смываться. Это вызвало у потребителя справедливый гнев, который он высказал специалистам. Однако специалисты оказались «настоящими» и они убедили потребителя, что так и должно быть…
Дело в том, что компакт-унитазы, имеющие обод чаши с «открытым кольцом», не всегда могут доставить омывающий поток к передней части поверхности чаши. Поэтому эта часть чаши не омывается потоком воды, так как она, вытекая через щель на начальных участках канала под ободом, теряет энергию. Чтобы обеспечить ополаскивание передней части поверхности чаши, обычно увеличивают скорость потока в полости обода унитаза, выполняя соответствующие сужения в его некоторых местах. Например, в месте входа воды в полости обода унитаза размещается перегородка, в которой выполнены два симметрично расположенных отверстия диаметром около 26 мм. Эти отверстия обеспечивают течение воды со скоростью, которая позволяет струям воды проникать к передней части обода и относительно хорошо омывать переднюю часть чаши унитаза. Однако это из-за сравнительно большого сопротивления отверстий приводит к снижению расхода на смыв, что, естественно, ухудшает качество смыва эстетически безупречно изготовленного унитаза. В результате лёгкие фракции содержимого чаши унитаза не транспортируются в канализационную сеть, а остаются после завершения спуска в чаше. Это происходит потому, что в угоду дизайнерским изыскам не всегда учитывается особенность работы собственно унитаза вместе с тонкостями работы смывного бачка.
Опыт показывает, что малой величиной среднего расхода на смыв обладают также некоторые унитазы с душевой подачей воды в чашу унитаза из-под обода его чаши из-за сравнительно большого гидравлического сопротивления душевых отверстий и неудачного выполнения обводов внутренних поверхностей чаш, которые выбраны не совсем оптимальным образом.
Следует также отметить, что добиться средних расходов на смыв, больших, чем 2,5 л/с, в большинстве современных спускных арматур в компакт-унитазах европейского типа практически невозможно. И вот почему.
Если внимательно провести анализ недавно аннулированного ГОСТ 21485–94 «Смывные бачки и арматура к ним. Общие технические условия», то можно понять, что малая величина среднего расхода на смыв уже заложена в нём, а также в предшествующих ГОСТах, в том числе и в ГОСТах европейских стран. Например, п. 5.2.3 упомянутого ГОСТ 21485–94 ограничивает спускную арматуру средним расходом на смыв, равным 1,8 ± 0,2 л/с. Это среднестатистическое значение расхода было установлено опытным путём с учётом гидравлического сопротивления каналов, размещённых под ободом использовавшихся в то время унитазов. Пользуясь этими ГОСТами, также было невозможно в то время точно определить характеристики собственно спускной арматуры, поскольку конечный момент завершения процесса спуска определялся по прекращению течения воды из-под тыльной части обода унитаза. Поэтому при создании новых конструкций спускной арматуры ориентировались на предшествующие разработки. Однако их характеристики уже были далеки от возросших требований, которые стали предъявляться к спускной арматуре, во многом определяющей смывные качества унитазов.
Если спускную арматуру установить на унитаз, то средние расходы на смыв из-за увеличенных гидравлических сопротивлений под ободами унитазов уменьшатся примерно на 30–40%. Такое уменьшение расходов унитазов с некоторыми типами спускных арматур приводит к существенному ухудшению качества смыва даже очень красивых и стильных компакт-унитазов.
Величины средних расходов на смыв у спускных арматур различных производителей и особенности геометрии в каналах обода унитазов, а также при использовании смывных бачков различной конфигурации существенно отличаются.
Для подтверждения этого факта были проведены экспериментальные исследования различных спускных арматур с относительно высоким смывным бачком. Его высота без крышки равна 330 мм, ширина фронтальной стенки вверху — 380 мм, внизу — 330 мм. Боковые стенки бачка равны внизу в среднем 150 мм, вверху — 165 мм. В этот бачок можно налить 11 л воды, оставив сухими только верхние 20 мм внутренних поверхностей стенок.
Расходные характеристики наиболее доступных автору данной статьи спускных арматур определялись с учётом требований п.п. 5.2, 5.6, 6.5, 13.2 и 13.3 ГОСТ 21485–2016 «Бачки смывные и арматура к ним. Общие технические условия».
На рис. 1 приведены экспериментально полученные зависимости среднего расхода на смыв Qср от начального объё- ма воды в бачке Vн до её полного слива из бачка для двух спускных арматур, седла которых отличаются геометрией. Штриховыми линиями обозначены кривые Qср = f(Vз) при использовании спускной арматуры с как бы классическим клапаном. Такой клапан уже длительно применяется и совершенствуется. Он содержит ножеобразное седло, выполненное из пластмассы в виде кольцевого выступа, выполненного на верхней периферической части корпуса, и плоский эластичный клапан, устанавливаемый на нижней части переливной трубы. Его некоторые конструктивные решения приведены в [1] на рис. 3, 4 и 5. При этом штриховая кривая 1 получена при испытании спускной арматуры при свободном сливе воды из смывного бачка, а штриховая кривая 2 — при испытании этой же спускной арматуры при наличии гидравлического сопротивления в спускном отверстии в виде насадка с диском, имеющим 18 круглых отверстий. Суммарная площадь этих отверстий составляет 14,14 см², что укладывается в вилку рекомендаций в п. 7.3 ГОСТ 21485–94 о присоединении к спускному отверстию патрубка с площадью отверстия от 14 до 15 см² для имитации гидравлического сопротивления каналов под ободом унитаза. Этот насадок имитирует усреднённое гидравлическое сопротивление каналов обода унитаза.
На рис. 1 также сплошной линией 3 приведена зависимость Qср = f(Vн) для спускной арматуры с квазиконоидальным седлом, приведённым в [1] на рис. 7. Такое седло по сравнению с классическим пропускает на 30–40% бóльшие расходы воды, чем классическое седло. Это подтверждается графиками, выполненными сплошными линиями 1 и 3 на рис. 1. При этом сплошные кривые получены при испытании спускной арматуры при свободном сливе, а штриховые кривые 2 и 4 — при сливе воды из бачка с установленным на торце спускной трубы гидравлическим сопротивлением как и при получении кривых 1 и 3. Анализ этих графиков показывает, что использование спускной арматуры с квазиконоидальным седлом предпочтительнее с точки зрения получения больших средних расходов на смыв.
Следует отметить, что автор этой статьи отказался от использования патрубка площадью отверстия, равной 14–15 см², для организации гидравлического сопротивления, имитирующего гидравлическое сопротивление обода унитаза, так как такой патрубок длиной, например, 300 мм существенно увеличивает средний расход воды при экспериментальных исследованиях за счёт сифонного эффекта и искажает результаты экспериментального исследования.
На рис. 1 штрихпунктирной линией 5 нанесена аналогичная зависимость Qср = f(Vз) для спускной арматуры с квазиконоидальным седлом, смонтированной вместе со смывным бачком на унитазе с душевой подачей воды на смыв. К сожалению, этот унитаз оказался не очень удачной конструкцией с точки зрения качества смыва и его производитель неизвестен, так как он не имеет маркировки. Это было известно и до проведения эксперимента, но опыт показывает, что увеличенное гидравлическое сопротивление тракта под ободом унитаза сможет свести «на нет» все достоинства спускной арматуры даже с седлом коноидального типа.
Давно замечено, что к улучшению качества смыва приводит наполнение смывного бачка водой до уровня, превышающего уровень, соответствующий 6 л полезного объёма. Однако официально об этом никогда не упоминается, но производственники делают смывные бачки объёмом иногда до 12 л. Редко, но бывает, когда зарубежные производители делают смывные бачки на объём, равный точно 6 или 4 л. В более объёмных бачках легче исправить недостаток, связанный с неудовлетворительным качеством смыва. Однако, если бачок настроить на 8 л, то спуск может оказаться вполне удовлетворительным. Особенно часто так поступают, когда отсутствует квартирный водосчётчик. В случае, если водосчётчик в квартире имеется, то холодная вода, которая идёт на смыв унитаза, стоит намного дешевле, чем горячая. Кстати, на нужды унитаза расходуется примерно 30% потребляемой одной квартирой холодной воды. Поэтому финансовый ущерб не так существенен по сравнению с улучшением качества смыва. Кстати, объём заполнения смывного бачка определяется высотой перелива спускной арматуры. За рубежом с целью упрощения конструкции переливную трубу делают цельной и высотой примерно 230–260 мм с разметкой, позволяющей её обрезать сверху, если смывной бачок, в котором труба перелива требуется более короткой. Однако иногда нужна переливная труба большей высоты, например, 300 мм. В России трубу перелива обычно делают составной телескопической, благодаря чему она годна для смывных бачков любой высоты.
На рис. 2 приведены экспериментально полученные характеристики зависимости среднего расхода воды на смыв Qcр от величины спускаемого полезного объё- ма Vз при постоянном исходном уровне воды в бачке, равным 10 л. Цифрой 1 обозначена сплошная линия, связывающая величины средних расходов на смыв Qcр, которые зависят от значения полезного объёма спускаемой воды при использовании спускной арматуры с классическим седлом. По сути дела это характеристика собственно спускной арматуры. Штриховая линия 2 получена при испытании спускной арматуры с классическим седлом как будто установленной на унитаз, то есть с насадком на конце спускной трубы. Цифрой 4 обозначена штриховая линия, полученная при испытании спускной арматуры с квазиконоидальным седлом, и с насадком на конце спускной арматуры. Цифрой 5 отмечено значение среднего расхода на смыв осреднённого современного европейского унитаза в сборе со спускной арматурой и со смывным бачком при спуске воды объёмом 6 л. Как видно, новая спускная арматура по смывным качествам значительно превосходит применяющуюся в настоящее время и поэтому имеет право на существование. Необходимо только, чтобы смывной бачок имел высоту ближе к 350 мм.
Несколько лет назад в компании «ИнкоЭр» возникла идея наполнять смывной бачок до значений объёмов воды больших, чем 6 л, но спускную арматуру выполнить так, чтобы завершение спуска происходило после спуска 6 л или несколько меньших объёмов воды. Был изготовлен спускной клапан с такой функцией. Это был лабораторный макет, который прошёл удачно испытания на Ногинском фарфоровом заводе. Опасения, что оставшаяся вода в бачке может со временем вытечь, если долго не пользоваться спуском, оказались несостоятельными. К этому времени спускная арматура упомянутой компании уже имела достаточно герметичный спускной клапан. Поэтому было решено разработать принципиально новую спускную арматуру. Однако в новых разработках всегда «вылезают» и новые проблемы. Одной из них явилось увеличенное усилие на кнопку пуска. Оно и раньше было на пределе (не более 20 Н), а в новой конструкции спускной арматуры оно выросло почти вдвое, так как почти вдвое была увеличена высота заполнения смывного бачка. Чтобы решить задачу уменьшения усилия на кнопку пуска без существенного усложнения конструкции новой спускной арматуры, а также без увеличения её себестоимости потребовалось почти четыре года.
Предварительные результаты исследования в деле создания принципиально новой спускной арматуры были опубликованы в [2]. Из текста этой работы вытекает важный факт, позволяющий сделать вывод, что при неизменных геометрических параметрах спускного патрубка и седла спускной арматуры можно получить расходы воды на смыв большие, чем в традиционных условиях спуска.
Что же касается проблем с увеличением усилия на кнопке пуска в результате увеличения высоты зеркала воды над седлом спускного клапана почти в два раза, то здесь было над чем подумать. В самом деле, ГОСТ 21485–2016 в п. 6.4 предусматривает усилие, прикладываемое к пусковой кнопке, не более 20 Н. Для оценки реальных усилий на кнопках пуска наиболее применяемых спускных арматур были проведены экспериментальные исследования спускных арматур разных производителей.
Спускная арматура ООО «ИнкоЭр» показала следующие усилия на кнопке пуска. При заполнении смывного бачка объёмом воды 6 л усилие на кнопку пуска для её полного утапливания составляет 17–18 Н, что укладывается в требование п. 6.4 ГОСТ 21485–2016. При заполнении смывного бачка 10 л воды усилие, необходимое для полного утапливания кнопки пуска, составляет 45 Н, а при приложении к кнопке пуска усилия, равного 20 Н, клапан остаётся герметичным. И только при приложении усилия, равного 30 Н, наблюдается очень малое проседание кнопки и слегка нарушается герметичность клапана в виде редких капель воды из-под клапана.
Сравнительно малые усилия, которые необходимо приложить к кнопке пуска, у некоторых зарубежных спускных арматур объясняются наличием в них дополнительных поплавков, уменьшающих усилие прижима эластичного клапана к седлу за счёт веса столба воды над клапаном. Поэтому эта проблема решаема.
Кроме того, применение поплавка, закреплённого на переливной трубе, позволяет существенно упростить конструкцию узла для обеспечения момента наперёд заданного момента закрытия клапана и выполнить этот узел высоконадёжным и долговечным. Правда, при этом придётся отказаться от спорной кнопки малого спуска. Во-первых, в российских ГОСТах эта кнопка не узаконена, а во-вторых, малый спуск в большинстве случаев не обеспечивает полного обновления воды в гидрозатворе в унитазах европейского типа, что нежелательно с точки зрения биологической опасности. Водная среда отводной трубы унитаза является источником загрязнения и местом, в котором созданы идеальные условия для бурного размножения опасной микрофлоры. Испражнения частично оседают на верхней и боковых стенках отводной трубы, а их микрофлора попадает в идеальные условия для размножения. Этому способствует комнатная, а иногда и несколько большая температура воды в отводной трубе.
Кстати, в американских и подобных им сифонирующих унитазах, а также в некоторых европейских унитазах кнопок и рукояток малого спуска нет и не предвидится по причинам жёстких требований, связанных именно с исключением проблем биологической опасности.
Заключение
В заключение хочется отметить следующее. Материалы статьи показывают, что задача увеличить средний расход воды на смыв у уже имеющихся в эксплуатации унитазов путём только замены старой спускной арматуры на новую — перспективная и вполне осуществимая. Правда, могут встретиться унитазы с увеличенным гидравлическим сопротивлением потоку воды в ободе унитаза. Тогда эффективность приращения качества смыва может оказаться нулевой. Однако таких унитазов в их общей массе сравнительно мало, и специалисты могут легко выявить их за счёт визуального осмотра. Кроме того, в будущем специалисты заводов по производству унитазов должны знать, что уменьшение гидравлического сопротивления каналов полости обода и связанное с этим ухудшение очищения передней части чаши унитаза компенсируется увеличением расхода воды на смыв, то есть увеличением скорости её течения за счёт применения новой спускной арматуры с большим расходом.
Следует также отметить, что увеличение среднего расхода на смыв можно осуществить, введя в спускную арматуру узлы, увеличивающие расход за счёт спуска только верхнего объёма воды в бачке, увеличения высоты и заужения смывного бачка, а также за счёт использования седла квазиконоидального или коноидального типа. Первый является более простым в изготовлении и более технологичным.
