Величина среднего расхода на смыв является одной из причин, влияющих на качество смыва компакт-унитазов. Однако определение этой величины с достаточной точностью долгое время обеспечить было невозможно. В старом ГОСТ 21485– 94 «Бачки смывные и арматура к ним» средний расход воды через спускную арматуру рекомендовалось определять как частное от деления значения величины полезного объёма воды смывного бачка на время истечения этого объёма. При этом смывная труба бачков типа БВ, БС, БН и выпускное отверстие бачка типа БУ должны быть присоединены к унитазу или к патрубку с площадью выходного отверстия от 14 до 15 см². Время истечения определялось с помощью секундомера путём фиксации начала и окончания истечения воды из бачка.
Объём вытекшей воды можно собрать в какую-то ёмкость, а затем сравнительно точно её взвесить или определить её объём. Сравнительно точно можно определить также время начала спуска, включая секундомер в момент нажатия на кнопку пуска. Завершение же процесса спуска воды сравнительно точно определить очень сложно. Особенно если бачок закрыт крышкой. Ориентируясь на вытекающую из-под обода унитаза воду, можно ошибиться не менее чем на 0,5 с. Для трёх секунд времени (ориентировочно) спуска такая ошибка может составить величину, большую чем 30 % от величины максимального среднего расхода на смыв.
Следует также отметить, что старый ГОСТ 21485–94 узаконил величину среднего расхода воды на смыв в пределах 1,6–2,0 л/с. Опыт показывает, что верхняя граница этого расхода необоснованно занижена. Для улучшения качества смыва компакт-унитазов её следует увеличить. Специально проведённые исследования показывают, что большинство европейских унитазов, рассчитанных на разводку канализационных труб над перекрытиями, не обеспечивают качественного смыва, так как их средний расход на смыв иногда не превышает 1,7 л/с. Проводимые доработки, обеспечивающие увеличение среднего расхода на смыв до величин около 2,0 л/с, существенно улучшали качество смыва. Этому способствовали работы, направленные на уменьшение потерь на входе воды в спускную трубу, введение сапуна в конструкцию смывного бачка, а также увеличение высоты зеркала воды в бачке над ободом унитаза. Кроме того, существенно увеличить средний расход воды на смыв теперь стало возможным за счёт ещё большего, чем принято сейчас, увеличения высоты уровня воды в бачке, но остановке процесса спуска на уровне значительно выше уровня седла запорного клапана спускной арматуры. При этом объём спущенной из бачка воды не должен превышать 6 л.
Новый ГОСТ 21485–2016 средний расход воды через спускную арматуру рекомендует определять несколько по-иному — без унитаза и патрубка, имитирующего гидравлическое сопротивление унитаза, но также в сборе со смывным бачком и при открытой крышке бачка. При этом должен осуществляться свободный слив воды из спускного патрубка в какую-либо приёмную ёмкость. При определении величины среднего расхода на смыв старый ГОСТ не предусматривал разделения гидравлических сопротивлений запорного клапана спускной арматуры и местных сопротивлений каналов в ободе унитаза.
Поскольку новый ГОСТ требует предусмотреть в конструкции смывных бачков сапунные отверстия площадью не менее 5 см², то новый показатель среднего расхода на смыв не будет зависеть от наличия крышки на бачке. В результате, однако, это позволяет визуально и сравнительно точно определять момент завершения процесса слива воды из бачка. Теперь определить средний расход воды при подсоединении смывного бачка без крышки к унитазу и учесть потери давления в каналах подвода воды от смывного бачка к чаше унитаза также просто и со сравнительно высокой степенью точности. Таким образом, пользуясь новым ГОСТ можно сравнительно точно определить величину среднего расхода на смыв реального компакт-унитаза, даже подсоединённого к канализационной сети.
Есть ещё один способ точного определения момента завершения спуска воды из бачка. В последнее время появилась спускная арматура, в которой клапан находится в верхнем положении в момент спуска за счёт удержания его в этом положении специальным поплавком. Компания ООО «ИнкоЭр» как раз и выпускает такую спускную арматуру. Визуально момент закрытия сопровождается движением переливной трубы с запорным клапаном вниз. В этот момент и нужно нажимать на пуск секундомера. Однако оказалось, что в борьбе за уменьшение «недослива» воды происходит задержка опускания клапана на седло. Под словом «недослив» следует понимать высоту уровня воды над срезом седла клапана после его закрытия. Поэтому сначала экспериментальное определение среднего расхода на смыв давало нелогичные показания. Тогда было принято решение обеспечить закрытие клапана при «недосливе» высотой всего 5–10 мм. После этого появилась логичность полученных результатов замера среднего расхода воды при её спуске.
Всю эту работу было необходимо проделать для того, чтобы сравнить новую спускную арматуру ООО «ИнкоЭр» типа СБм с выпускавшейся до сего времени спускной арматурой типа СБ. Новая спускная арматура отличается от предыдущей арматуры только несколько изменённой геометрией корпуса нижнего. В результате незначительного увеличения высоты отбортовки вокруг седла и уменьшения высоты верхнего опорного кольца удалось получить режим течения воды, почти аналогичный её течению через коноидальный насадок — с минимально возможным гидравлическим сопротивлением. И вот что получилось.
В качестве смывного бачка использовалось пластмассовое прямоугольное ведро. Его высота равнялась 270 мм. Основание имело размеры 240×200 мм, а верхняя часть — 300×230. Оно оказалось несколько шире, чем реальные смывные бачки, но для получения более разнообразных результатов это даже оказалось хорошо. Относительно уровня воды на дне бачка после её спуска высота зеркала при наполнении разными объёмами воды составляла: 3 л — 55 мм; 6 л — 110 мм; 9 л — 160 мм; 12 л — 205 мм.
Значения высоты начального уровня воды H зафиксированы на нижней абсциссе графика, приведённого на рис. 1. На верхней абсциссе этого графика приведены значения объёмов воды в бачке V, при которых осуществлялся спуск воды. По оси ординат отложены значения средних расходов воды на смыв Q, полученные в результате замеров.
Средние расходы воды на смыв при использовании нового корпуса нижнего спускной арматуры типа СБм, в зависимости от начального объёма заполнения бачка, получились следующими: 3 л — 2,4 л/с; 6 л — 2,72 л/с; 9 л — 3,06 л/с; 12 л — 3,37 л/с.
Эти средние расходы на графике, приведённом на рис. 1, отмечены красными треугольниками, соединёнными также красной сплошной утолщённой линией.
При спуске полезного объёма воды, равного 6 л, но при разных высотах уровней начала и конца спуска, изменяется и величина среднего расхода воды (СРВ) при использовании нового корпуса нижнего: от 12 до 6 л СРВ = 3,85 л/с; от 9 до 3 л СРВ = 3,48 л/с.
Эти средние расходы на графике, приведённом на рис. 1, отмечены красными треугольниками, от которых влево отходят красные линии со стрелками на конце, указывающими оставшийся объём воды в бачке после закрытия клапана.
Средние расходы воды на смыв при использовании старого корпуса нижнего спускной арматуры типа СБ, в зависимости от начального объёма заполнения бачка, получились следующими: 3 л — 2,09 л/с; 6 л — 2,35 л/с; 9 л — 2,62 л/с; 12 л — 2,90 л/с.
Эти средние расходы на графике, приведённом на рис. 1, отмечены зелёными кружками, соединёнными утолщённой штрихпунктирной зелёной линией.
При использовании старого корпуса нижнего спускной арматуры типа СБ в зависимости от начала и конца спуска величина среднего расхода воды (СРВ) получилась следующая: от 12 до 6 л СРВ = 3,3 л/с; от 9 до 3 л СРВ = 2,98 л/с. Эти средние расходы на смыв на графике, приведённом на рис. 1, отмечены зелёными кружками, от которых влево отходят тонкие зелёные штрихпунктирные линии со стрелками на конце, указывающими оставшийся объём воды в бачке после закрытия клапана спускной арматуры.
Были проведены также опыты по количественному изменению величины среднего расхода на смыв при разных начальных уровнях воды объёмом 6 л при сливе до конца. При начальном уровне воды высотой 110 мм данные по среднему расходу уже получены (см. выше). Для подъёма уровня воды в бачке-ведре, заполненном 6 л воды, в него были установлены бутылки, наполненные водой. Уровень воды поднялся до 175 мм, и средние расходы воды увеличились со старым корпусом: нижним до 2,5 л/с, а с новым — до 3,0 л/с. На графике, приведённом на рис. 1, они обозначены, соответственно: со старым корпусом нижним — зелёным кружочком с отметкой H = 175 мм, а с новым нижним корпусом — красным треугольником также с отметкой H = 175 мм. Некоторая нестыковка результатов, полученных с бутылками в бачке, от данных, полученных без бутылок, объясняется разными условиями входа воды из бачка в спускную арматуру. Бутылки, размещённые в непосредственной близости от корпуса спускной арматуры, очень искажали структуру течения воды при её подходе к спускному клапану. Эту особенность течения воды в слабонапорном режиме необходимо учитывать при проектировании спускной арматуры.
Для получения более широких результатов по аналогичной методике была испытана спускная арматура неизвестного нам производителя, так как на ней отсутствовали какая-либо маркировка или опознавательные знаки.
Судя по цветности отдельных деталей и отдельных конструктивных решений, производитель этой спускной арматуры воспроизвёл спускную арматуру фирмы Oli. Её элементы и функциональные возможности позволяют отнести эту арматуру к разряду «элитарных». У неё двойной спуск воды, реализовано удержание клапана в открытом положении до момента завершения спуска с помощью специального поплавка, а также обеспечена удобная регулировка арматуры для её размещения практически в любых смывных бачках. Подобные спускные арматуры имеют, как правило, «ломовые» расходы воды на смыв. Однако результаты испытаний говорят об обратном.
В частности, зависимость среднего расхода на смыв до полного опорожнения бачка, в зависимости от начального объёма его наполнения, выглядит следующим образом: 6 л — 2,27 л/с; 9 л — 2,53 л/с; 12 л — 2,96 л/с. Эти результаты отмечены чёрными квадратами на рис. 1 и соединены утолщённой штриховой линией чёрного цвета.
При начальном объёме заполнения бачка, равном 3 л, получить замеры при работе в автоматическом режиме закрытия не удалось из-за конструктивных особенностей узла, обеспечивающего задержку момента закрытия клапана.
Однако удалось определить среднюю величину расхода на смыв при полном спуске воды от уровня объёма, равного 6 л, при высоте зеркала воды над срезом седла спускного клапана, равной 175 мм. Средний расход воды при этом составил 2,4 л/с. На графике, приведённом на рис. 1, это значение отмечено чёрным квадратом с отметкой H = 175 мм.
Полученные графики убедительно показывают, что величина среднего расхода воды на смыв существенно зависит от высоты уровня воды в смывном бачке компакт-унитаза, что находится в прямой зависимости от формы (геометрии) смывного бачка. На рис. 2 схематично изображены наиболее распространённые смывные бачки. Сначала, когда смывные бачки были высокорасполагаемыми, они выглядели так, как это показано на рис. 2а. Они были сравнительно невысокими (около 250 мм) и широкими. Такими их стали устанавливать непосредственно на унитаз, когда началась «эпоха компактунитазов». С этого момента и начали сыпаться на потребителей проблемы с качеством смыва компакт-унитазов.
Если на первых порах смывные бачки устанавливались на чаши унитазов с использованием специальной полочки, то и недостатки как-то нивелировались за счёт сравнительно малого гидравлического сопротивления этих полочек, а также малого гидравлического сопротивления каналов под ободом чаши унитаза, так как по-прежнему ещё использовались тарельчатые унитазы. При этом качество ополаскивания чаши из-за малого напора воды, вытекающего из бачка компактунитаза по сравнению с высокорасполагаемым смывным бачком, ухудшилось.
С целью улучшения качества ополаскивания внутренней поверхности чаши унитаза и упрощения сборки постепенно стали отказываться от приставной полочки, а унитаз изготавливать с цельнолитой полочкой. С этого момента возникли новые проблемы, связанные со сложностью обеспечения одновременно и качества ополаскивания, и обеспечения интенсивного потока воды, необходимого при допустимых объёмах воды на один полный спуск, чтобы обеспечить интенсивную транспортировку содержимого чаши унитаза, а также полностью обновить воду в гидрозатворе унитаза. Особенно это ощутили на себе потребители, когда стали переходить на воронкообразные унитазы. С этого момента появилась ещё одна новая проблема — брызги от падающих на поверхность свободной водной поверхности фекалий. Эти брызги попадают на интимные части тела людей и очень их раздражают. Много новых проблем появилось в результате эволюционных изменений, а проблема невысокой интенсивности смыва осталась.
Её кардинально пытаются решить за счёт активного повышения давления воды, поступающей на смыв в чашу унитаза. Однако это приводит к усложнению унитаза и увеличению его стоимости. Поэтому пока эту проблему пытаются решить более простыми способами. Одним из них является увеличение высоты зеркала воды над срезом седла запорного клапана. Для этого пришлось увеличивать высоту смывного бачка, как показано, например, на рис. 2б. Его высота доходила до 370 мм. При желании этот бачок можно было наполнить водой до объёма, равного почти 10 л. Спуск такого объёма воды более или менее обеспечивает почти удовлетворительное качество смыва, но этим можно пользоваться, если у потребителя не установлен индивидуальный водосчётчик.
Хотелось бы отметить ещё одно достоинство рассматриваемого смывного бачка с расходящимися кверху стенками. Из анализа графиков, приведённых на рис. 1, ясно, что моментная величина среднего расхода на смыв зависит от высоты заполнения бачка, а её значение с опусканием зеркала воды из-за её спуска начинает уменьшаться. Поэтому как бы мощность (интенсивность) потока воды, поступающей из верхней части бачка, обеспечивает лучший смыв по сравнению с бачком, схема которого приведена на рис. 2в.
В этом сужающимся кверху бачке высоко расположенный объём быстро расходуется, а нижний объём уже не может обеспечить интенсивного смыва из-за уменьшающейся высоты зеркала воды над срезом седла спускного клапана. Однако такие бачки очень широко распространены из-за их привлекательного дизайна, чем некоторые производители необоснованно очень гордятся. Ведь даже начальный уровень зеркала воды над седлом клапана в таких бачках составляет около 200 мм, что всего на 30 % больше, чем в низких бачках (рис. 2а).
В последнее время проблема увеличения среднего расхода на смыв стала решаться за счёт применения высоких смывных бачков (до 450 мм), как показано на рис. 2г, но с использованием спускной арматуры, способной прекратить процесс спуска на любом уровне. Поэтому не всякая спускная арматура может быть использована в этом случае, особенно с учётом того, что подъём уровня зеркала воды, если не принять соответствующих мер, приводит к недопустимому увеличению усилия, необходимого для нажатия на кнопку спуска.
Как развитие изложенной мысли, следует отметить, что современные инсталляционные системы должны были бы, по идее, обладать хорошими показателями качества смыва, так как в них заложена идея использования низкорасполагаемого смывного бачка, который априори обладает возможностью обеспечить достаточно большие расходы на смыв. Однако на практике применения инсталляционных унитазов бюджетного исполнения этого не происходит. Учитывая, что в статье рассматриваются проблемы компактунитазов, то проблемы инсталляционных систем здесь анализироваться не будут.
Следует также отметить, что средний расход на смыв в современных смывных бачках зависит и от наличия сапуна. В ГОСТ 21485–2016 введён пункт об обязательном наличии сапуна площадью сечения не менее 5 см². Раньше его заменяли вторые отверстия в смывных бачках с боковой подводкой, неплотное прилегание крышки к торцу бачка за счёт коробления крышки, а также неровности поверхностей контакта крышки бачка и его торцов. Современные смывные бачки иногда так закупорены, что наружный воздух не может попасть в них в достаточных объёмах в момент спуска воды, и интенсивный смыв не происходит.
На основании проведённых экспериментальных исследований доказана и оправдана необходимость доработки корпуса нижнего. По сравнению со старым корпусом спускной арматуры, новый корпус обеспечивает существенно больший средний расход на смыв (примерно на 0,5 л/с), а его значения укладываются в требования пункта 6.1 нового ГОСТ 21485–2016. Со старым корпусом нижней спускной арматуры с появлением нового ГОСТ 21485–2016 у старой спускной арматуры типа СБ появились проблемы с недостаточно большой величиной среднего расхода на смыв.
Кроме того, смывные бачки желательно делать предельно узкими и сравнительно более высокими (до 450 мм) и с сапунами. При этом следует также создавать новую спускную арматуру, рассчитанную на смывные бачки увеличенной высоты и с незначительным усилием нажатия на кнопку спуска.
