С момента появления унитазов прошло почти 150 лет, но большинство из них, например, компакт-унитазы, не всегда обеспечивают качественный смыв. По этому поводу у потребителей имеются претензии. На их основании были проведены принципиально новые исследования, результаты которых изложены в настоящей статье. В статье излагаются пути улучшения геометрии унитазов, предлагаются новые методы определения качества смыва, а также новые подходы к проектированию спускной арматуры для этой цели и новая схема системы подачи воды в унитаз, обеспечивающая отличный смыв и существенное уменьшение объёма воды на смыв.

В настоящее время компакт-унитазы принято условно делить на американские (с американской системой слива) и на европейские (с европейской сливной системой). Это обусловлено тем, что американцы канализационные трубы размещают под перекрытиями помещений, а европейцы — над перекрытиями. В России разводка канализационных труб производится по европейским стандартам — над перекрытиями. Однако ещё встречаются здания, в которых канализационные трубы размещаются и под перекрытиями, то есть «по-американски». Таких зданий осталось мало, но они ещё встречаются.

Под словами «качественный смыв» принято понимать способность смывных устройств за один спуск при минимальном объёме спускаемой воды полностью транспортировать в канализационную сеть содержимое чаши унитаза, а так-же обеспечить качественное омывание и очищение всей внутренней поверхности чаши унитаза и всей внутренней поверхности выпускного канала без частого использования такого приспособления, как «ёршик». Американская система разводки канализационных труб (под перекрытием) определила схему и конструктивные особенности унитаза, приспособленного к этой системе, и предопределила его удивительные показатели с точки зрения качества смыва, а также другие важные эксплуатационные характеристики. Американские унитазы выгодно отличаются от европейских благодаря тому, что у американских унитазов выпуск направлен вертикально в пол, и в нём есть участок, который обеспечивает сифонирующий эффект. Последний во время спуска воды практически «высасывает» из чаши унитаза всё содержимое и транспортирует его в канализационную сеть. Поэтому такие унитазы принято называть сифонирующими унитазами.

Кроме того, в исходном состоянии поверхность воды в чаше унитаза размещена сравнительно высоко, и это также имеет ряд достоинств. Во-первых, как уже отмечалось, содержимое чаши унитаза полностью транспортируется в канализацию. Во-вторых, благодаря тому, что практически вся чаша заполнена водой, то содержимое унитаза, в частности фекалии, не очень сильно прилипает к стенкам чаши. Поэтому во время спуска воды, поток, вытекающий из-под смывающего венца (обода унитаза) легко очищает поверхность чаши и всё смываемое уносится вместе с потоком в канализацию.

Это позволяет реже (а не после каждого опорожнения) использовать ёршик для очистки поверхности чаши. Ведь после использования ёршика необходимо снова нажимать на кнопку пуска и тратить дополнительно к основному сливу приличный объём воды. В-третьих, запах от фекалий, попавших сразу в воду, блокируется водой и не распространяется в воздухе туалетной комнаты. В-четвертых, близко расположенный к ободу чаши унитаза уровень воды в сифонирующем унитазе не позволяет фекалиям сильно разгоняться при падении в воду, то есть не создаются неприятные всплески.

У сифонирующих унитазов имеются так-же и недостатки. В частности, для обеспечения «зарядки» сифона необходимо к основному объёму воды добавлять для спуска ещё и дополнительный. Поэтому сифонирующие унитазы потребляют до 12–18 л воды на один спуск. Сейчас норма воды на один полный спуск по инициативе американских законодателей ограничена 6 л. Европейское экономическое сообщество готовит законопроект, ограничивающий полезный объём полного спуска 5 л воды.

Кроме того, сифонирующие унитазы обеспечивают комфортное времяпровождение на них только в странах с круглогодичным теплым климатом. В северных странах, особенно в зимний период, температура холодной воды может достигать около +1 °C. Садиться на унитаз с водой такой температуры не очень-то комфортно. Поэтому, например, в скандинавских странах выпускаются и используются унитазы, приспособленные к европейской системе разводки канализации — над перекрытием. Эта проблема аналогичным образом решается и жителями северной и средней части России. У сифонирующих унитазов есть ещё один недостаток. Их выпускной канал имеет сложную геометрию с горизонтально проложенной в самом низу унитаза частью выпуска. В этом месте часто происходит заиливание канала. Если его вовремя не прочищать, то при очередном засорении нажатие на кнопку пуска приведёт к тому, что большой объём смывного бачка переполнит чашу и её содержимое выльется на пол туалетного помещения.

Решение ограничить объём спускаемой на смыв унитазов воды 6 л американские законодатели приняли в конце прошлого столетия. Этого сифонирующие унитазы обеспечить не могли. Минимум, на что они способны, это 10–12 л, а максимум — 18 л. Поэтому американская промышленность стала переходить на производство унитазов, смыв в которых осуществляется по европейской системе, но с учётом возможности частичного использования сифонирующего эффекта. Однако установка унитаза, рассчитанного на американскую систему разводки канализационной сети, в систему, где разводка канализационной cети осуществляется над перекрытиями, не может обеспечить желаемого эффекта. Под словами «европейские унитазы» следует понимать унитазы, выпуски которых приспособлены к разводке канализационной сети над перекрытием. Обычно у европейских унитазов выпуски бывают горизонтальными или косыми.

Интересно, что первые массово выпускаемые унитазы в России в начале прошлого столетия практически не имели больших проблем с качеством смыва. Это были тарельчатые унитазы с высокорасполагаемыми смывными бачками

Следует отметить, что первые массово выпускаемые унитазы в России в начале прошлого столетия практически не имели больших проблем с качеством смыва. Это были тарельчатые унитазы с высокорасполагаемыми смывными бачками. Средний расход на смыв в высокорасполагаемых бачках благодаря сифонному эффекту в трубе, соединяющей чашу унитаза со смывным бачком, был достаточно велик, чтобы обеспечить сравнительно качественное очищение чаши унитаза. Более того, в высокорасполагаемых смывных бачках стояла спускная арматура сифонного типа. После начала спуска вода высасывалась из смывного бачка со сравнительно большой скоростью (из-за сифонного эффекта спускной трубы), но несколько ограниченной и обусловленной гидравлическим сопротивлением спускной арматуры сифонного типа в сочетании с эффектом неразрывности потока рабочей жидкости. Однако, когда смывной бачок опорожнялся и гидравлическое сопротивление спускной арматуры становилось на порядок меньшим, то оставшаяся в спускной трубе вода объёмом около 1 л под собственным весом с огромной скоростью выливалась в чашу унитаза, эффективно завершая процесс транспортировки содержимого унитаза в канализационную сеть.

Кроме этого, в тарельчатых унитазах отсутствовала проблема с антивсплеском. Его функцию выполняла тарель унитаза, уровень воды в которой не превышал 1 см. Правда, потребителей несколько смущал уровень и тональность шума в процессе спуска воды, а также долго остававшийся запах в туалетной комнате после опорожнения. Далее события развивались так. Россия наращивала выпуск тарельчатых унитазов с высокорасполагаемыми смывными бачками, а зарубежные специалисты уже приступили к выпуску компакт-унитазов. У нас это тоже делалось, но с некоторым запозданием. В этом случае отставание оказалось для потребителей даже полезным, и вот почему. В компакт-унитазах смывной бачок устанавливался сразу на унитаз сначала с применением промежуточной полочки, а потом стали выпускать и унитазы с цельнолитой полочкой. Вот с этого момента и начались проблемы с качеством смыва. Причём унитазы с дополнительной полочкой для монтажа смывного бачка ещё кое-как справлялись со смывом, но при переходе на унитазы с цельнолитой полочкой проблема качества смыва усугубилась.

Перемещение смывного бачка с высоты над унитазом, равной примерно 1500 мм, привело к уменьшению уровня воды над срезом спускного клапана в пределах 150–200 мм. Кроме того, цельнолитая полочка из-за технологических особенностей изготовления, как оказалось, стала обладать недопустимо большим гидравлическим сопротивлением, что также привело к уменьшению среднего расхода на смыв. Появились и другие трудноразрешимые проблемы. Отказ от тарельчатых унитазов и переход на воронкообразные унитазы привёл к необходимости снова «выкручиваться», чтобы устранить неожиданно появившиеся недостатки. Прежде всего, исключив из чаши воронкообразного унитаза вертикальную трубу, которая соединяла чашу тарельчатого унитаза с водяным затвором и обеспечивала принудительную транспортировку в канализацию содержимого чаши, производители воронкообразных унитазов лишились простой возможности отправлять содержимое чаши в канализацию.

Есть такое понятие, как средний расход воды на смыв. Он определяется как частное от деления спущенного полезного объёма воды на время его истечения. Исходное давление воды в бачке профессионалы-гидравлики иногда отождествляют с высотой зеркала воды в смывном бачке над клапаном спускной арматуры. В первых компакт-унитазах с приставной полочкой (между ободом унитаза и смывным бачком) эта высота составляла примерно 160 мм. В переводе на давление это 0,0016 МПа. Средний расход на смыв при этом составлял 1,7–1,65 л/с. ГОСТ 21485–94 регламентировал этот расход в пределах 1,6–2,0 л/с. Такие сравнительно маленькие расходы должны быть получены при установке бачка на унитаз из-за того, что его каналы потенциально обладают сравнительно большим гидравлическим сопротивлением.

Если сравнительно старую спускную арматуру проливать «вхолостую», то есть обеспечить слив просто без сопротивления, то средний расход на смыв может составлять величину порядка 2,0 л/с при 160 мм начальной высоты уровня воды над спускным клапаном. Он может отличаться в любую сторону в зависимости от диаметра спускного отверстия в корпусе нижнем спускной арматуры. Этот диаметр может быть в пределах 48–52,5 мм в зависимости от вида резьбы на нижней части корпуса. При применении трапецеидальной резьбы он меньше, если же резьба метрическая с уменьшенным шагом — он больше. По площади диаметры спускных отверстий спускной арматуры могут отличаться при названных выше диаметрах на 20 %. Величина среднего расхода на смыв зависит также от геометрии в области седла клапана. Современная спускная арматура, созданная, например, в ООО «ИнкоЭр», уже может при свободном сливе обеспечить средний расход на смыв до 2,5 л/с и больше. Последнее будет показано несколько ниже.

Есть такое понятие, как средний расход воды на смыв. Он определяется как частное отделения спущенного полезного объёма воды на время его истечения. Исходное давление воды в бачке профессионалы-гидравлики иногда отождествляют с высотой зеркала воды в смывном бачке над клапаном спускной арматуры

Следует также отметить ещё два момента. Во-первых, полезный объём определяется объёмом, заключённым между начальным уровнем воды в бачке и уровнем седла клапана. Если проливка спускной арматуры производится без установки бачка на унитаз, то спускное отверстие бачка должно быть присоединено почему-то к патрубку с площадью проходного сечения в пределах 14–15 см2, что соответствует приведённому диаметру круглого отверстия 42,2–43,6 мм.

Однако очень часто при установке на унитаз бачка со спускной арматурой, которая при проливке с патрубком «укладывается» в требования ГОСТ 21485–94 (средний расход на смыв не менее 1,6 л/с), средний расход на смыв может оказаться значительно меньшим, например, 1,5 л/с и менее. В результате происходит «вялый» спуск и содержимое унитаза, слегка «покувыркавшись» в потоке воды, остаётся в донной части чаши унитаза. Уменьшение реального среднего расхода на смыв в этом случае объясняется увеличенным гидравлическим сопротивлением тракта, по которому вода из бачка поступает в чашу унитаза.

Дело в том, что поток воды теряет свою и без того малую энергию в отдельных участках гидравлического тракта, в том числе и в канале под ободом унитаза с вертикальной подачей, поскольку он течёт как бы в открытом русле. Сначала вода проходит через начальную часть канала с резкими поворотами, а затем через очень зауженные каналы под ободом чаши унитаза. Последнее объясняется следующим. Обычно размеры обода унитаза выбираются исходя из геометрии сиденья унитаза. Пусть его размеры в сечении будут такими: высота — 50 мм, ширина — 45 мм. Толщина наращиваемых стенок керамической массы может составлять величину порядка 12 мм. Тогда отверстие в сечении будет иметь размеры примерно 26 × 21 мм, а площадь отверстия будет равна 5,46 см2. Приведённая площадь двух каналов под ободом унитаза будет составлять только примерно 11 см2, что значительно меньше площади патрубка, необходимого при проливке спускной арматуры в соответствии с требованиями ГОСТ 21485–94. Это всё вместе создаёт огромное гидравлическое сопротивление потоку и не обеспечивает качественного спуска.

Потери давления воды под ободом чаши в унитазах с вертикальной подачей воды в чашу иногда могут привести к появлению «косынки» на передней верхней части поверхности чаши. Одним из методов проверки на качество очищения и омывания поверхности чаши является перед спуском посыпание её мокрой поверхности опилками. И если поток под ободом унитаза окажется «вялым», то в центре верхней поверхности чаши опилки не смоются, так как поток «не дотянется» до этого места, а след от прилипших к поверхности чаши опилок будет похож на расправленную косынку.

Следует также отметить, что существенное уменьшение величины среднего расхода на смыв может также произойти, если в смывном бачке с кнопочным пуском и с нижней подводкой воды крышка бачка будет плотно прилегать к рёбрам бачка. При опорожнении смывного бачка под его крышкой, особенно при больших расходах, будет образовываться разрежение, что приведёт к уменьшению перепада давлений на спускном клапане.

В последних образцах зарубежных унитазов со сравнительно удовлетворительными качествами смыва обод чаши имеет в сечении значительно большие размеры, чем в отечественных унитазах, да и стенки фарфоровых каналов имеют толщину менее 12 мм. Отсюда и кажущиеся очень существенными вроде бы улучшенные смывные качества зарубежных унитазов. На самом деле при тщательном наблюдении они и не очень-то эффективно смывают, например, крошку пенопласта, сухие продукты жизнедеятельности животных или жир от спускаемого в унитаз бульона, а также окурки сигарет с фильтром.

Следует отметить, что плохие качества смыва могут проявиться и при средних расходах на смыв и больших — до 2 л/с. Это во многом зависит от способа доставки воды из-под обода чаши унитаза к каналу выпуска стоков. Конструкция чаши унитаза также существенно влияет на качество транспортировки содержимого чаши унитаза в канализационную сеть. Поскольку в европейских унитазах сифонный эффект канала выпуска почти не проявляется, то большинство производителей унитазов стремятся сделать так, чтобы вода, поступающая из-под обода, проталкивала бы содержимое чаши в канал выпуска и далее в канализационную сеть.

В тарельчатых унитазах она это делает за счёт значительной по высоте вертикальной приёмной трубы и удачно подобранного её сечения. Вода и содержимое чаши унитаза в первый момент спуска значительно поднимают уровень воды в приёмной трубе, что обеспечивает проталкивание содержимого унитаза в канализационную трубу.

В воронкообразных же унитазах так не получается из-за того, что чаша имеет значительную расходящуюся кверху конусность. Чтобы поднять уровень воды в ней до нужной высоты, получающейся в тарельчатом унитазе, необходимы очень большие расходы (4–5 л/с) на смыв, величина которых ограничена возможностями современной спускной арматуры. Сейчас пока на экспериментальных образцах удаётся получить средние расходы на смыв не более 3,5 л/с.

В процессе проектирования унитаза на работу конструктора влияют разные факторы: предыдущие разработки, традиции, трудности экспериментальной проверки некоторых идей в реальных условиях работы, а также вмешательство в работу дизайнеров и руководителей разного ранга, не всегда понимающих некоторых тонкостей гидравлики. Например, желание сделать чашу больше похожей на горшок с каналом выпуска в его нижней части (рис. 1), но внешне очень привлекательных форм, приводит к следующему.

По пути воды под ободом унитаза с вертикальной подачей воды в чашу ей приходится терять часть объёма на омывание поверхности унитаза сзади и с боков. При выходе воды из-под обода унитаза в задней и боковых частях чаши вода сначала течёт вертикально (рис. 1а). Затем в донной части чаши боковые потоки принимают горизонтальную направленность, в центре они встречаются, и их вертикальная энергия гасится. Потоки же воды в передней центральной части в канале самого обода встречаются лоб в лоб, и после этого их движение принимает почти вертикальное направление. Небольшой участок пути (рис. 1б) этот суммарный поток сначала течёт вниз, прижимаясь к верхней части передней стенки чаши, а затем, слегка расширяясь, этот поток отрывается от неё, принимает почти горизонтальное направление, распыляется и уже с меньшей скоростью ударяется в почти вертикальную заднюю стенку чаши. Его вертикальная энергия также гасится. С точки зрения проталкивания воды в отводящий приёмный канал получается банальное плавное заполнение водой чаши со всеми вытекающими из этого последствиями. Поэтому всё более или менее плавающее содержимое чаши унитаза после завершения спуска в ней так и остаётся. И всё это потому, что вода из-под обода унитаза в приёмное отверстие канала выпуска стоков поступает не под напором, как хотелось бы этого, а потеряв вертикальную скорость, то есть, по сути, самотёком.

Если обратить внимание на унитазы компании «Густавсберг» (рис. 2), то можно заметить, что на виде спереди (рис. 2а) чаша имеет форму сходящегося книзу конуса. Кроме того, при спуске воды можно наблюдать, что из-под борта чаши в её передней части вытекает основная масса воды, которая и осуществляет проталкивание содержимого чаши в канализацию. Казалось бы, вот оно — решение проблемы!

Однако такое мнение почти обманчиво. На самом деле на передней части конусообразной чаши в результате встречи двух потоков под ободом унитаза суммарный поток так же, как и в предыдущем случае, слегка отрывается от поверхности чаши и перед приёмным отверстием распыляется и расширяется, теряя скорость. Однако (рис. 2б), несмотря на частичную потерю вертикальной скорости воды и некоторое изменение её траектории, унитаз фирмы «Густавсберг» всё-таки частично справляется с транспортировкой содержимого чаши в канализацию. Такая невысокая оценка подтверждается и тем, что содержимое плотностью 0,6 г/см3 и менее не очень охотно покидает чашу унитаза. Иногда даже с третьего или четвёртого спуска воды. Для справки — плотность фекалий здорового человека составляет величину порядка 0,8 г/см3. Нежелание плавающего «содержимого» покидать чашу унитаза имеет свои причины. Струи воды, попадающие на зеркало приёмного отверстия выпускного канала, должны по идее заталкивать содержимое в него, так как сами внедряются в его глубину. Однако одновременно появляются потоки обратного направления, так как поверхность входа в приёмный канал открытая. Поэтому эти потоки увлекают за собой плохо тонущие фракции и возвращают на дно чаши унитаза.

Для проверки и подтверждения изложенных наблюдений и выводов был проведён такой эксперимент. Почти полусферическую чашу унитаза, приведённого на рис. 1а и 1б, с помощью пластилина привели в состояние, близкое к обводам воронкообразной чаши. Понять, что в результате получилось, можно из рис. 1в и 1г. Исходная форма чаши была такой, как показано на рис. 1а и 1б, соответственно.

Испытания исходной чаши с новыми искусственными фекалиями, о которых будет рассказано несколько ниже, показали, что при наполнении смывного бачка до уровня 6 л не обеспечивалось удаление из чаши ни одной штуки из трёх. При наполнении бачка до уровня 9 л удавалось смывать только две штуки из трёх. И только при наполнении смывного бачка до уровня 12 л обеспечивался спуск всех трёх искусственных фекалий. В доработанном унитазе, в соответствии с рис. 1в и 1г, все три фекалии смывались в канализацию при всех уровнях заполнения бачка, начиная с 6 л. При заполнении бачка 3 л воды смыв искусственных фекалий не происходил, как и в первом случае с исходным унитазом.

Следует отметить, что точечное распределение объёмов воды, вытекающей из-под разных участков обода, задача весьма сложная. Пока это решается за счёт формирования ширины щели между чашей и отбортовкой обода. Это происходит из-за коробления керамики в процессе отжига. Для получения необходимого зазора на каждом участке щели под ободом требуется очень высокие технологические условия отжига, что может обеспечить не каждое предприятие.

В процессе изготовления унитаза каналы в ободе могут деформироваться и сузиться так, что расходы в каждой половине обода могут оказаться разными. Тогда на выходе из-под обода поток будет направлен не к центру чаши, а несколько вбок. Это существенно ухудшит смывные качества унитаза.

Технология изготовления отверстий в керамике приводит к некоторому увеличению результирующего гидравлического сопротивления этих отверстий, а также к нарушению формы и геометрии вытекающих из отверстий струй. Кроме того, струи воды имеют сравнительно малую скорость из-за малого напора воды, поступающей из низко установленного бачка

Некоторые создатели унитазов с целью избавления от неприятности, связанной с не очень удачным поведением потока в области передней стенки чаши унитаза при прямом течении воды из-под обода, создают унитазы с душевой подачей воды в чашу из-под обода унитаза. Для этого вместо щели под ободом выполняется сплошная стенка, и в ней высверливаются отверстия, через которые вода из полости обода поступает в чашу унитаза. Однако и здесь появились свои проблемы.

Прежде всего, технология изготовления отверстий в керамике приводит к некоторому увеличению результирующего гидравлического сопротивления этих отверстий, а также к нарушению формы и геометрии вытекающих из отверстий струй. Кроме того, струи воды имеют сравнительно малую скорость из-за малого напора воды, поступающей из низко установленного бачка. В верхней части чаши струи вытекают из отверстий, не касаясь её стенок на длине примерно 40–50 мм и не очищают её. Затем струи, касаясь поверхности чаши, из-за эффекта Коанда прижимаются к ней и, растекаясь по стенке чаши вширь, существенно теряют свою вертикальную скорость. В результате струи воды плавно опускаются на зеркало воды канала стока, фактически не создавая условий для транспортировки содержимого чаши унитаза в канализационную сеть. Кстати, если бы струи были бы более толстыми, например, 12 мм вместо 7 мм, то потеря их скорости при подходе к зеркалу выпускного канала значительно уменьшилась бы. Но тогда отверстия пришлось бы делать более редкими, что ухудшило бы и без того невысокое качество очищения верхней части поверхности чаши. И вообще, душевая подача воды в чашу компакт-унитаза не может обеспечить качественного смыва.

Из этого можно сделать вывод, что для обеспечения качественного смыва необходимо увеличение давления перед душевыми отверстиями в каналах обода чаши унитаза. И, конечно, чаша унитаза должна быть воронкообразной. Конечной целью этой задачи можно считать существенное увеличение среднего расхода на смыв и увеличение скорости струй воды, вытекающей из-под обода унитаза.

Кроме уменьшения гидравлического сопротивления каналов, подающих воду из смывного бачка в чашу унитаза, и повышения давления в смывном бачке, увеличения среднего расхода на смыв можно добиться за счёт увеличения высоты начального уровня воды в бачке. Однако и здесь возникают свои проблемы.

Учитывая ограничения по полезному объёму воды на смыв (6 л) и размеры полочки для монтажа смывного бачка, что сказывается на площади дна бачка, в большем количестве бачков уровень воды выше 170–180 мм поднимать не получается. Кроме того, с увеличением высоты уровня воды в бачке пропорционально увеличивается и усилие, необходимое для отрыва спускного клапана от седла.

Это усилие лимитировано и должно составлять около 10 Н. Поэтому необходима спускная арматура, технические характеристики которой удовлетворяют потребителей с учётом высоты уровня воды в смывном бачке не менее 300 мм при существенном сужении глубины смывного бачка (размер бачка вдоль большой оси овала обода чаши унитаза). Этот размер определяется габаритами спускной и наполнительной арматуры и, как показала практика, не может быть уменьшен до размера менее 140–150 мм. Большая высота уровня воды (300 мм) позволит частично решить проблему качественного спуска унитазов европейского типа.

Это утверждение основано на результатах экспериментальных исследований макетных образцов новой наполнительной арматуры, разработанной специалистами ООО «ИнкоЭр». На рис. 3 приведены полученные экспериментально графики зависимости величины среднего расхода на смыв при разных начальных и конечных уровнях воды в смывном бачке во время прямого спуска воды в открытую ёмкость. По оси абцисс отложены значения высоты уровня воды в бачке, но в литрах. При этом 8 л соответствуют высоте уровня воды в бачке, равного 215 мм, а каждый литр занимает высоту около 27 мм. Так удобнее для анализа. По оси ординат отложены значения среднего расхода на смыв в [л/с].

Как видно из графиков, при спуске воды до «дна» зависимость среднего расхода на смыв уменьшается с уменьшением начальной высоты уровня воды в бачке. И вообще, средний расход на смыв является среднеинтегральным значением мгновенных расходов, а поскольку уровень воды в бачке понижается, то и мгновенные значения расходов уменьшаются. Поэтому, чтобы иметь повышенный средний расход на смыв, следует использовать при спуске объёмы воды в верхней части смывного бачка. Из графика, приведённого на рис. 3 в нижней его части, видно, что при спуске от 6 л «до дна» средний расход воды на смыв составляет чуть больше 2,5 л/с. Если же те же 6 л сливать от 8 до 2 л, то средний расход на смыв будет составлять уже чуть более 3 л/с. Слив же 3 л воды от 8 до 5 л уже обеспечит средний расход на смыв чуть более 3,5 л/с. Это следует из анализа показаний, приведённых на рис. 3 в верхней его части штриховыми линиями. Кружок в начале штриховой линии означает, с какого заполненного объёма бачка начался спуск. Стрелка в конце штриховой линии показывает, при каком объёме воды в бачке закончился спуск. Положение этих штриховых линий определяет величину среднего расхода на смыв. По длине этих линий можно определить объём спущенной из бачка воды.

Следует напомнить, что эти данные получены при испытании новой модернизированной спускной арматуры со смывным бачком, не присоединённым к унитазу и без дополнительного патрубка на выходе из штуцера спускной арматуры. В реальных же условиях эти расходы могут существенно уменьшиться (от полутора до двух раз) в зависимости от величины гидравлического сопротивления тракта, по которому вода из смывного бачка поступает в чашу унитаза.

Учитывая ограничения по полезному объёму воды на смыв (6 л) и размеры полочки для монтажа бачка, что сказывается на площади его дна, в большинстве бачков уровень воды выше 170–180 мм поднимать не получается. А с увеличением высоты уровня воды в бачке пропорционально увеличивается и усилие, необходимое для отрыва спускного клапана от седла

Для подтверждения этого и для сравнения на рис. 4 приведены экспериментально полученные графики средних расходов на смыв разных спускных арматур, испытанных без гидравлического сопротивления в спускном канале, а также установленных на один из реальных унитазов. Первая и вторая кривая получены, соответственно, для новой (1) и старой (2) наполнительной арматуры при свободном сливе воды из спускных отверстий арматур. Третья и четвёртая кривая получены, соответственно, для новой (3) и старой (4) спускных арматур, установленных с бачком на унитаз.

Это подтверждает, что установка спускной арматуры на унитаз приводит к существенному уменьшению её среднего расхода на смыв, да и арматуры постепенно совершенствуются, и у них увеличивается средний расход на смыв.

Новые сведения об особенностях процесса спуска воды из смывного бачка в чашу унитаза, а также специальная спускная арматура, разработанная и изготовленная специалистами ООО «ИнкоЭр» в виде макетных образцов, при установке на унитазы с неудовлетворительными смывными качествами со стандартной спускной арматурой существенно улучшали смывные качества таких унитазов. Эти качества смыва позволяли унитазам пройти комплекс испытаний в отделе технического контроля одного из фарфоровых заводов Подмосковья с получением оценки «годен к эксплуатации».

Успешное испытание унитазов на качество смыва и высокое качество этих испытаний было получено благодаря применению разработанных в ООО «ИнкоЭр» принципиально новых искусственных фекалий по сравнению с теми, что рекомендовались в пунктах 7.3 и 7.4 ГОСТ 13449–82. Преимущество новых фекалий по сравнению с пока «узаконенными» заключается в следующем. Во-первых, они не разрушаются ни на каком этапе процесса спуска. Во-вторых, их свойства постоянны и не меняются со временем. В-третьих, их плотность несколько ниже средней плотности естественных фекалий. В-четвёртых, их не надо каждый раз изготавливать или подготавливать к испытаниям унитаза на качество спуска.

Новые искусственные фекалии после большого числа испытаний аналогичных, но отличающихся по размеру, форме и плотности, имеют форму шара диаметром 28–30 мм, плотность которого составляет 0,7 г/см3. Если такой шар снабдить петелькой из водостойкой проволоки и к ней привязать тонкий шнур, то специалисты, занимающиеся ремонтом и установкой унитазов, могут проверить качество смыва унитаза таким прибором. Для этого нужно закрепить свободный конец шнура, а шар положить в чашу унитаза. Если после завершения спуска шар уйдёт в канализационный сток, то его можно вытащить за шнур и порадоваться хорошему качеству смыва унитаза.

Последние образцы новых искусственных фекалий были изготовлены следующим образом. Из ударопрочного полистирола изготавливались полусферы с толщиной стенок 2 мм. Кроме того, также из ударопрочного 2 мм полистирола изготавливался диск по размеру внутреннего диаметра чаши. В его средней части первым метчиком нарезалась резьба (М4 или М5), в которую по плотной посадке вворачивалась стальная резьбовая шпилька. Её длина должна быть такой, чтобы с учётом веса шара и диска плотность всей конструкции составляла бы величину, равную 0,7 г/см3. Затем диск с резьбовой шпилькой вставляется между двумя полусферами, и всё это склеивается. Для этой цели лучше всего подходит «Ксилол».

Отметим, что новые искусственные фекалии можно изготовить и из любых других материалов. Главное — они не должны впитывать влагу, иметь форму шара с наружным диаметром от 28 до 30 мм и характеризоваться плотностью 0,7 г/см3, а также обладать не смещённым центром. Найденный специалистами компании ООО «ИнкоЭр» способ увеличения среднего расхода на смыв за счёт использования для смыва объёмов воды, расположенных в верхней части бачка, является шагом вперёд в деле улучшения качества смыва компакт-унитазов европейского типа. Однако с его помощью дальнейшее улучшение смывных качеств уже невозможно, хотя их и можно оценить с точки зрения качества смыва как «хорошие», но не «отличные»! По крайней мере, качество очистки внутренней поверхности чаши унитаза всё же оставляет желать лучшего. С этой точки зрения возможности спускной арматуры уже почти исчерпаны.

Новые сведения об особенностях процесса спуска воды из смывного бачка в чашу унитаза, а также специальная спускная арматура, разработанная и изготовленная специалистами ООО «ИнкоЭр» в виде макетных образцов, при установке на унитазы с неудовлетворительными смывными качествами со стандартной спускной арматурой существенно улучшали смывные качества таких унитазов

Поэтому дальнейшим шагом в этом направлении является отыскание технических решений, позволяющих повысить давление воды, поступающей из бачка в чашу компакт-унитаза. Такой шаг в начале 2000-х годов сделала американская компания Flushmate, следы которой в Интернете сейчас затерялись. Эти работы с самого начала были инициированы с целью создания унитазов, которые потребляют на смыв малые объёмы воды. Сейчас уже трудно отыскать «концы» этой истории. Однако в памяти от событий 2010-х годов кое-что осталось (см. фото).

Специалисты компании умудрились в керамическом бачке разместить пластмассовый бачок, который являлся, по сути, гидропневмоаккумулятором без разделителя воздуха и воды для спуска. Керамический же бачок превратился в украшение унитаза, а также стал основанием для крепления рукоятки пуска. В герметично закрытый пластмассовый бачок, заполненный атмосферным воздухом, снизу через гидроредуктор давления из водопроводной сети поступала вода. Она заполняла этот бачок и сжимала находящийся в ней воздух до значений, обеспечивающих качественный спуск унитаза. По-видимому, там были ещё какие-то клапаны, которые обеспечивали процесс спуска воды из бачка.

Представляется также, что максимальное давление в бачке обеспечивалось только за счёт работы гидроредуктора давления. Однако есть подозрения, что там отсутствовал предохранительный клапан, так как в 2011 году эти унитазы стали взрываться. Этих случаев были единицы, но были пострадавшие, получившие множественные ранения. Поэтому Flushmate отозвала более 350 тыс. смывных бачков из-за угрозы взрыва. Вообще эта компания и ранее отзывала 2,3 млн смывных бачков 1997–2008 годов выпуска в США и 9400 устройств в Канаде.

Конечно, в прессе появились различные неубедительные объяснения причин таких неприятных явлений как взрывы унитазов, но все они, по сути дела, пытались увести компанию от ответственности перед потребителями. Автор настоящей статьи по этому поводу имеет своё мнение, которое заключается в следующем. Прежде всего, следует перечислить обстоятельства, при которых происходили взрывы унитазов.

Специалисты американской компании Flushmate умудрились в керамическом бачке разместить пластмассовый бачок, который являлся, по сути, гидропневмоаккумулятором без разделителя воздуха и воды для спуска. Керамический же бачок превратился в украшение унитаза, а также стал основанием для крепления рукоятки пуска

Во-первых, взрывы происходили после отключения водопроводных сетей для профилактических работ и последующего их подключения к потребителям. Во-вторых, из фотографии следует, что разрушения керамических изделий унитазов произошли после взрыва пластмассового бачка. Керамический бачок разрушился полностью, и его осколки явились причиной ранений потребителей. Чаша унитаза также имеет разрушения, но локальные, в основном в окрестности места крепления смывного бачка. В-третьих, взрывы бачков происходили в момент пуска спускной арматуры, первого и единственного спуска после подключения воды к водопроводной сети.

Всё это может случиться только в случае, если в системе отсутствует предохранительный клапан, ограничивающий давление в пластмассовом бачке. Кроме того, большинство гидроредукторов давления очень плохо держат на заданном уровне редуцируемое давление, и при отсутствии потребления воды давление после редуктора, то есть в пластмассовом смывном бачке, может вырасти до давления в водопроводной сети. Неужели конструкторы не знали, что применять пластмассовые бачки, заряженные сжатым воздухом, нельзя?

Наверняка давление в пластмассовом смывном бачке не должно превышать 0,03–0,05 МПа. На фотографии видны размеры смывного бачка. При таком давлении усилие отрыва верхней части от нижней части пластмассового бачка должно составлять до 800–1000 Н. Если же давление в бачке поднимется до давления водопроводной сети, например, до 0,5 МПа, то давление обязательно разрушит пластмассовый бачок, а сжатый воздух, расширяясь, разрушит керамический бачок с осколками. Это, конечно, не взрыв динамита, но явление очень опасное.

Следует отметить, что если бы потребитель и не произвёл бы пуска, то через некоторое время смывной бачок всё равно бы взорвался. Просто пуск как детонатор ускорил этот уже подготовленный процесс. Видимо, потребителю в тот момент сильно приспичило…

Как уже отмечалось выше, пластмассовый смывной бачок, по-видимому, не имеет эластичных элементов, разделяющих воду и воздух. Кроме того, подача воды в бачок осуществляется снизу. Это плохо. Вода также содержит воздух, который может выделяться и оставаться в бачке. Поэтому начальный объём воздуха будет сильно меняться от разных причин. При этом возможен и разный полезный объём спускаемой воды, в том числе и по причине нестабильности редуцируемого давления гидроредуктора. Однако это не так опасно. Опасно другое.

Следует отметить, что конструкция гидроредукторов давления такова, что у них имеется много недостатков [1]. Однако основным их недостатком с точки зрения надёжности и безопасности является недостаточно высокая степень герметичности их запорно-регулирующих элементов, то есть клапанов.

Если водопроводный кран с резиновой уплотнительной прокладкой начинает подкапывать, то оперативно устранить эту неисправность можно, завинтив кран потуже. В гидроредукторе же давления этого сделать невозможно, так как усилие прижима эластичной прокладки к седлу лимитировано и обеспечивается только усилием, которое зависит от площади поршня или диафрагмы, на которое действует редуцируемое давление. Соринки, попадающие в рабочий зазор клапана, являются главной причиной его негерметичности. После отключения и последующего включения воды в водопроводной системе, отложившиеся ранее на стенках труб механические частицы срываются со стенок набегающим потоком воды и транспортируются к потребителям воды. Фильтры, которые стоят на вводах в квартиры, являются фильтрами грубой очистки и защитить потребителей от мелких фракций они не могут. Диаметральные же размеры чувствительных элементов в угоду модной сейчас миниатюризации конструкторы гидроредукторов стараются делать как можно меньшими. У большинства гидроредукторов величина диаметра чувствительного элемента составляет от 25 до 40 мм. Правда, в России выпускался гидроредуктор КФРД 10-0.2 с диаметром диафрагмы 60 мм. Он был единственным среди известных гидроредукторов давления для водопроводных систем, у которого не было проблем с герметичностью запорного клапана. Однако в 2015 году его сняли с производства.

Примерно в тоже время, что и американцы, в России независимо от них питерский изобретатель (заслуженный изобретатель СССР) Валерий Сергеевич Гурьянов начал создавать аналогичный унитаз, в котором давление в смывном бачке обеспечивалось также за счёт сжатого воздуха в нём. Воздух сжимался под напором воды и его давление также определялось настройкой гидроредуктора давления. Однако, в отличие от американского пластмассового, накопительный бачок В. С. Гурьянова изготавливается из нержавеющей стали и исключает возможность взрыва даже при плохой работе гидроредуктора давления. Система антивсплеска его унитаза решается так-же очень просто. Унитаз выполняется козырькового типа, а проблема удаления «мазов» на наклонной задней стенке обеспечивается за счёт отличного качества смыва поверхности чаши из-за увеличения скорости потоков, подающихся под относительно высоким давлением. Более подробно с устройством и работой этого унитаза можно ознакомиться в статье самого В. С. Гурьянова [2]. Кстати, ему принадлежат слова, с которыми трудно не согласиться: «Смывной бачок без принудительного давления работает так же плохо, как и поливальная машина с выключенным насосом».

В ООО «ИнкоЭр» также проводится работа по созданию инсталляционного унитаза, у которого давление в накопительном бачке обеспечивается с помощью ресивера, а отжатие эластичного разделителя осуществляется водой, поступающей из водопроводной системы через гидроредуктор давления. Целью этой работы является существенное улучшение качества смыва инсталляционных унитазов за счёт увеличения среднего расхода на смыв при полном спуске со строго тарируемым полезным объёмом, равным примерно 5 л и желательно ещё меньшим.

При этом ведутся экспериментальные исследования по оптимизации чаши унитаза и элементов его обода, обеспечивающих более качественное очищение внутренней поверхности чаши и приёмного канала стока, а также более эффективную транспортировку даже плавающего и трудно потопляемого содержимого чаши в канализацию. В этой работе пока нет определённости с оптимальным вариантом системы анти-всплеск. Может быть, подойдёт вариант В. С. Гурьянова? По крайней мере, система антивсплеск, которая используется во многих унитазах, связанная с уменьшением глубины приёмного отверстия в дне чаши унитаза, имеет существенный недостаток, хотя сравнительно удачно предотвращает всплеск. После опорожнения дно этого неглубокого отверстия требует очистки ёршиком с последующим спуском воды. Какое же это водосбережение? Принципиальная гидравлическая схема устройства, подающего строго тарированный объём воды для смыва унитаза, приведена на рис. 5. Основным в нём является специальный гидропневмоаккумулятор 1 с эластичным разделителем воды и воздуха.

Особенность этого разделителя в том, что он работает без «раздувания» и растягивания, обеспечивая тем самым длительный срок службы разделителя. Чтобы обеспечить относительное постоянство давления воздуха в гидропневмоаккумуляторе служит пневморесивер 2, который с пневматической камерой гидропневмоаккумулятора 1 соединяется с помощью пневмолинии 3. Давление воздуха в такой пневмосистеме обеспечивается один раз и надолго любым насосом до заданного значения, позволяющего гидропневмоаккумулятору обеспечить подачу воды в чашу унитаза под давлением около 0,05 МПа. Вода из водопроводной системы подаётся через запорную арматуру 4 и далее проходит через обратный клапан 5 и через гидроредуктор давления 6. От редуктора 6 вода, дросселируясь в сужающем устройстве 7, которое ограничивает расход воды в систему спуска воды, погидролинии 8 поступает в гидропневмоаккумулятор 1 и к пусковому устройству 9. При нажатии на его кнопку пуска устройство подаёт воду в гидролинию 10, подключённую к горловине унитаза для подачи в его чашу промывочной воды. Пусковое устройство 9 в открытом состоянии имеет гидравлическое сопротивление значительно меньшее, чем гидравлическое сопротивление сужающего устройства 7. В закрытом состоянии оно абсолютно герметично.

Достоинством рассматриваемой инсталляционной системы также является возможность её монтажа в туалетные помещения любой конфигурации и формы, так как все основные громоздкие узлы и элементы можно устанавливать в любом месте и в любом положении, поскольку связь между ними осуществляется с помощью шлангов

Все элементы принципиальной схемы, кроме кнопки пускового устройства, размещаются за фальшстеной и не загромождают помещения, в которой может быть установлен приставной или подвесной унитаз. Работает такая система подачи промывочной воды в унитаз следующим образом. Как уже отмечалось, в пневморесивер 2 один раз и надолго предварительно закачивается воздух под давлением 0,05 МПа. Поэтому мембрана в гидропневмоаккумуляторе 1 в начальный момент будет находиться в крайнем верхнем положении. При открытии запорной арматуры 4 вода заполнит верхнюю часть гидропневмоаккумулятора 1, опустив его мембрану вниз. При нажатии же на кнопку пускового устройства 9 вода из гидропневмоаккумулятора под действием давления воздушной среды поступит в чашу унитаза и обеспечит качественный спуск.

В это понятие входит, как уже отмечалось выше, и транспортировка содержимого чаши унитаза в канализационную сеть, и омывание и очистка внутренней поверхности чаши унитаза, а также прочистка поверхностей выпускного канала. И всё это за один спуск воды объёмом 5 л. Такой показатель заложен в макет унитаза с инсталляцией. Однако этот показатель можно уменьшить и до 3,5 л!

В момент спуска воды из пневмогидроаккумулятора к его расходу может добавиться ещё и расход воды из водопроводной системы величиной меньше 0,1 л/с. Это мизерная величина по сравнению с основным расходом, равным примерно 3 л/с и несколько большим. Спуск воды объёмом 5 л длится чуть больше 1,5 с. Поэтому пусковому устройству не нужна автоматика для ограничения времени спуска. Даже если потребитель замешкается и будет удерживать кнопку пуска дольше, например, 5 с, то через сужающее устройство 7 выльется в унитаз дополнительно до 0,5 л воды, что мизер по сравнению с 5 л воды. Если потребитель захочет сэкономить воду на смыв, то достаточно будет нажать на кнопку пуска и сразу же отпустить. Отсутствие автоматики продлевает безремонтные сроки службы и упрощает процесс управления пуском. Достоинством рассматриваемой инсталляционной системы является также возможность её монтажа в туалетные помещения практически любой конфигурации и формы, так как все основные громоздкие узлы и элементы можно устанавливать в любом месте и в любом положении, поскольку связь между ними осуществляется с помощью шлангов, работающих при допустимо низких давлениях воды и воздуха.

Оговорка: гидропневмоаккумулятор 1 следует устанавливать так, чтобы штуцер подачи и слива воды находился бы в верхнем положении!

Следует также отметить, что при монтаже большинства современных компактных инсталляций унитазов возникают проблемы, когда их необходимо встраивать в инженерные шкафы, фановые трубы в которых размещены по центру стены. В настоящее время проводится процесс патентования описанного выше устройства для обеспечения качественного и экономного спуска в инсталляционных системах унитазов.

1. Чупраков Ю.И. Какие гидроредукторы давления следует устанавливать в квартирах и почему? // Журнал С.О.К., №5/2016.
2. Гурьянов В.С. Новый унитаз с отличными качествами смыва // Журнал С.О.К., №3/2015.

*Чупраков Ю.И. Почему большая часть компакт-унитазов с евросистемой слива не обеспечивает его удовлетворительного качества? // Журнал С.О.К., август 2016
Автор Ю.И. Чупраков, главный конструктор ООО «ИнкоЭр»