Несмотря на наличие эффективной методики реальной оценки качества смыва европейских унитазов, из-за отсутствия простого способа определения и обеспечения плотности искусственных фекалий её внедрение до настоящего времени не обеспечивалось. Данная методика наконец разработана полностью и детально излагается в этой статье с численными примерами практической реализации. Материал представляет интерес для сотрудников предприятий, выпускающих унитазы, а также для работников ЖКХ, обслуживающих сантехнические устройства жилых и общественных зданий.
Рассматриваемый способ разрабатывался для определения реальной плотности искусственных фекалий. Однако с его помощью можно сравнительно просто определить и плотность объёмных фигур, имеющих любую геометрию.
Необходимость определения плотности искусственных фекалий возникла в связи с их недавним появлением. Они были разработаны в 2016 году специалистами ООО «ИнкоЭр». Более или менее точное знание плотности искусственных фекалий необходимо для проверки качества смыва и гигиеничности унитазов, поскольку качество смыва содержимого чаши напрямую зависит от его плотности. Отсутствие такой методики препятствовало предприятиям, изготавливающим унитазы, осуществить реальную оценку качества их смыва.
В самом деле, если в чашу «европейского» унитаза положить кусочки пенопласта, то после полного спуска эти кусочки так и останутся в чаше. Если же бросить в чашу европейского унитаза кусочки пластилина, то они частично смоются в канализационную сеть, а часть из них после завершения процесса смыва останется на дне отводной трубы и в канализационную сеть не попадёт. Всё зависит от соотношения плотности каждого кусочка пластилина и его «парусности». В отводной трубе унитаза европейского типа поток воды имеет недостаточную скорость для обеспечения качественного смыва, он не способен гарантированно перемещать любое содержимое чаши унитаза в канализацию.
Для испытания европейских унитазов на качество смыва и в Европе, и в России используется большое количество различных искусственных фекалий. Однако самыми эффективными искусственными фекалиями оказались российские, так как они, в отличие от всех известных, основаны на принципе использования их плотности, равной 0,6 г/см³. Они выполняются в виде шара диаметром 30 мм с твёрдой наружной поверхностью, с центром тяжести, размещённым в центре шара.
Для испытаний унитаза на наличие популярной у потребителя функции «антивсплеск» (на гигиеничность) используется такой же шар, но плотностью 0,9 г/см³, что соизмеримо с максимальной плотностью фекалий пожилых людей.
Обязательность использования этих двух типов искусственных фекалий закреплена в ГОСТ 13449–2017 в пунктах 10.3 и 10.6, которые являются частью раздела 10 «Проверка функциональных свойств изделий» данного ГОСТ. Возможность и некоторые особенности технологии неавтоматизированного изготовления искусственных фекалий отражены в статье [1].
Для работы по экспериментальному определению плотности искусственных фекалий необходимо иметь относительно точные весы, например, электронные, калькулятор, специальный контейнер и медицинский шприц. Специальный контейнер, по сути дела, является пластмассовой тарой с герметично навинчивающейся крышкой для упаковки медицинских таблеток или капсул, только несколько доработанной. Эскиз этого специального контейнера приведён на рис. 1.
Рис. 1. Контейнер для определения плотности искусственных фекалий [1 — корпус тары; 2 — крышка; 3 — дно крышки (дорабатывается); 4 — отверстие для стравливания воздуха из контейнера и донаполнения его водой перед взвешиванием; 5 — исследуемая искусственная фекалия]
Корпус 1 тары не дорабатывается, а дорабатывается только крышка 2. В частности, дно 3 крышки прогибается вверх с помощью специального деревянного стержня с конусной поверхностью на одном из его концов и термонагрева деформируемой поверхности.
В центре конусного дна крышки выполняется технологическое отверстие 4 диаметром около 2 мм. Конусообразное дно крышки 2 с отверстием 4 нужно для стравливания воздуха из контейнера и донаполнения его водой перед взвешиванием. Шар, обозначенный цифрой 5, — это искусственная фекалия, плотность которой необходимо определить.
Определение плотности упомянутого шара производится следующим образом. Обычные весы, в отличие от безмена, определяют только вес объекта G, по которому его масса mф, при необходимости вычисляется в результате деления веса фекалии Gф на значение ускорения свободного падения тела g на Земле. Однако, если значение g составляет 980,7 см/с2, что незначительно (на 2%) отличается от цифры 1000, а вес объекта исследования измеряется в ньютонах [Н], то деление веса в ньютонах на 1000 см/с2 даёт цифру массы исследуемого объекта, как и цифру веса. Если ещё учесть, что масса тела может быть как инерционная, так и гравитационная (последняя определяется с помощью весов), то на практике принято считать «килограмм-силу» и «килограмм-массу» синонимами. Кроме того, современные весы имеют градуировку не в ньютонах, а в килограммах или в граммах. Поэтому показания весов при взвешивании объектов исследования принято считать и показаниями массы, но только на Земле (на других планетах это утверждение не соответствует истине).
Далее шаги по определению плотности искусственных фекалий будут обозначены соответствующими цифрами:
1. Замер веса искусственной фекалии производится с помощью точных весов, при этом фиксируется значение Gф.
2. Теперь об определении веса контейнера, заполненного до отказа водой, и установленного на чаше весов рядом с контейнером искусственной фекалии. Для этого откручивается крышка 2, и корпус тары 1 заполняется доверху водой с температурой, равной температуре окружающей среды. Затем на корпус тары 1 навинчивается до упора крышка 2. В шприц набирается отстоявшаяся до температуры окружающей среды вода, и через отверстие 4 в контейнер 1 из шприца вода подаётся так, чтобы отверстие 4 тоже было заполнено водой. Излишки воды стекут с поверхности конуса 3. После этого с помощью хлопчатобумажной салфетки следует убрать с наружной поверхности следы от воды и поставить контейнер с водой и искусственную фекалию на заранее обнулённые весы. Зафиксировать вес контейнера Gко, заполненного водой, вместе с весом искусственной фекалии, которая при взвешивании кладётся рядом с контейнером, заполненным водой, на платформу (чашу) весов.
3. Определение веса контейнера, заполненного водой и с размещённой в нём искусственной фекалией Gкф. Для этого у контейнера после предыдущего замера откручивается крышка, и на поверхность воды в нём укладывается искусственная фекалия. После этого на горловину контейнера снова навинчивается до упора крышка и с помощью шприца в контейнер через отверстие 4 в дне 3 крышки 2 добавляется столько воды, чтобы отверстие 4 было также заполнено жидкостью. После удаления подтёков воды с наружной поверхности контейнер устанавливается на весы, и значение веса Gкф тщательно фиксируется.
4. Вычисление объёма искусственной фекалии. Для этого сначала вычитается вес контейнера, заполненного только водой Gко вместе с весом искусственной фекалии (результат п. 2), из веса контейнера, также заполненного водой, но с помещённой в него искусственной фекалией Gкф (результат п. 3). В результате мы получим значение веса воды, занятой объёмом шара Gvф, который через плотность воды (1,0 г/см³) переводится в объём воды, вытесненной шаром, который равен Vвф.
5. Вычисление плотности искусственной фекалии. Плотность определяется делением массы фекалии mф, то есть её веса Gф, на её объём Vф.
Для закрепления методики ниже приводятся численные примеры определения плотности ρф двух типов искусственных фекалий. Сначала идут данные, полученные экспериментально, затем — результаты вычисления искомых параметров.
1. Искусственная фекалия для определения качества смыва (ρ ≈ 0,6 г/см³): m = 8 г; Gко + Gф = 109 + 8 = 117 г; Gкф = 104 г; Vф = 13 см³; ρф = 0,615 г/см³.
2. Искусственная фекалия для определения у унитаза функции «антивсплеск» (ρ ≈ 0,9 г/см³): m = 11 г; Gко + Gф = 110 + 11 = 121 г; Gкф = 108 г; Vф = 13 см³; ρф = 0,846 г/см³.
Как видно из анализа полученных значений, плотность искусственных фекалий несколько отличается от идеальных значений, но эти значения допустимы для оценки качества смыва и проверки на наличие функции «антивсплеск» практически у всех европейских унитазов. При большом желании эти искусственные фекалии можно довести до идеальных значений за счёт соответствующего добавления массы в тело шара или уменьшения массы шара за счёт снятия с его наружной поверхности слоя пластмассы путём опиливания вручную.
