В статье проводится сравнение различных схем унитазов и показывается техника «оживления» сифонирующего эффекта в унитазах для европейской (и российской, соответственно) системы разводки канализации. Также аннотируется возможность создания унитаза с почти двукратным уменьшением объёма воды, потребляемой на полный спуск.

Так называемые «американские унитазы сифонного типа» обеспечивают более высокое качество смыва и некоторые другие лучшие показатели, чем унитазы, применяемые в Европе. Однако европейские унитазы имеют горизонтальный или «косой» выпуск, обусловленный европейскими нормативными актами, и у них отсутствует «сифонный» эффект высасывания содержимого из чаш унитазов. Ещё недавно считалось, что сифонирующие унитазы годятся только для помещений, в которых канализационная система «уходит в пол». Но в продаже уже появились разработки и изделия, доказывающие, что при определённых условиях возможно сделать унитаз сифонного типа с горизонтальным выпуском.

Под европейскими компакт-унитазами будем понимать унитазы, конструктивно приспособленные к разводке канализационной сети над межэтажными перекрытиями, в отличие от американских унитазов, приспособленных к разводке канализационной сети под перекрытиями. Благодаря последнему в американских унитазах для обеспечения качественного смыва содержимого чаши в канализационную сеть используется так называемый «сифонный» эффект, который в момент спуска легко высасывает из чаши унитаза всё содержимое и беспрепятственно отправляет его в канализацию. Американские сифонные унитазы были первыми унитазами со сравнительно хорошим качеством смыва. В европейских же унитазах воронкообразного типа для транспортировки содержимого чаши унитаза в канализацию обычно формируется основной поток воды, вытекающий из смывного бачка таким образом, чтобы он проталкивал содержимое чаши в выпускной канал и далее в канализацию.

В европейских унитазах есть S-образные выпуски, которые ошибочно называют «сифонами». Однако высота конца выпускной трубы в таком унитазе находится примерно на уровне воды в чаше унитаза или немного выше. Поэтому сифонный эффект в момент спуска воды в таком унитазе не проявляется. Он «обнулился» при переходе на европейскую систему разводки канализации над межэтажными перекрытиям, а выпускной канал выполняет только функцию гидрозатвора, предотвращающего проникновение газов из канализационной сети в жилое помещение. Необходимо отметить, что, попав в помещение, эти газы могут привести и к летальному исходу.

«Оживлению» сифонного эффекта также не способствует и тот факт, что внутренний диаметр выпускного канала составляет примерно 80 мм. При таких размерах наклонной части выпускного канала и среднего расхода на смыв в пределах примерно до 2 л/с нарушается основной принцип работы сифона из-за нарушения целостности потока, как это показано на рис. 1.

На рис. 1а приведён унитаз 1 тарельчатого типа. Вертикальный отвод унитаза вставлен в канализационную трубу 2, заделанную в пол 3 перекрытия. Из рис. 1а видно, что поток воды, вытекающий из отводящего канала в канализационную сеть, не заполняет сплошным потоком вертикальную часть труб. Поэтому сифонный эффект здесь отсутствует и может проявиться только при больших расходах воды на смыв (более 2,5 л/с), что возможно только при использовании высокорасполагаемых смывных бачков со спускной арматурой сифонного типа.

На рис. 1б синим цветом показан поток, который при вертикальном течении не заполняет полностью трубу, и в этом случае сифонный эффект проявляться не будет. При больших расходах воды сифон может «зарядиться», и тогда будет обеспечен активный спуск содержимого чаши унитаза в канализационную сеть. Это случится благодаря заработавшему сифону, который и обеспечит хороший смыв.

В системах отвода спускаемой воды из сифонирующих унитазов (рис. 1б) в нижней части канализационной трубы, отводящей воду из унитаза, с давних времён (с 1930-х годов) было принято выполнять на глубине около 400 мм местное сужение 4 канализационной трубы. Это нужно для того, чтобы слегка притормозить поток в трубе, обеспечив его сплошность. Тогда столб воды, расположенный выше этого местного сечения, будет под собственным весом принудительно вытекать из выпускной трубы (а заодно и из чаши унитаза) и активно транспортировать её содержимое в канализационную сеть. Вот это и есть сифон! Глубокое расположение местного сужения вертикальной канализационной трубы обусловлено именно насущной необходимостью сделать это сужение как можно меньшей площади с целью более быстрого заполнения сифонирующего участка и обеспечения необходимой величины среднего расхода воды на смыв, исключающей недопустимое повышение уровня воды в унитазе в процессе её спуска.

Глубокое расположение местного сужения вертикальной канализационной трубы обусловлено насущной необходимостью сделать это сужение как можно меньшей площади с целью более быстрого заполнения сифонирующего участка и обеспечения необходимой величины среднего расхода воды на смыв

В послевоенный период, примерно с 1950 года, при массовом строительстве домов патрубки чугунных канализационных труб, к которым подсоединялись выпускные патрубки унитазов, выполнялись в основном под углом 30° относительно плоскости пола. С таким же углом наклона выпускных патрубков выполнялись и унитазы. На рис. 2 приведён тарельчатый унитаз 1, выпускной патрубок которого выполнен наклонным. Он вставляется в аналогично наклонённый оголовок канализационной трубы 2, а место стыка герметизируется. Как видно из рис. 2, потоку воды не всегда удаётся создать сифонирующий эффект при сравнительно малых расходах воды на смыв. Однако, благодаря наклону выпускных труб, на этом участке практически не происходит засорения.

При больших расходах воды, если, например, в чашу унитаза быстро вылить ведро воды, спуск получится очень интенсивным, и из чаши будут удалены в канализацию даже сверхлёгкие крошки пенополистирола. Если это же ведро выливать в чашу унитаза медленно, например, в течение 10 с, то даже плавающее содержимое чаши так в ней и останется. Подобные опыты подтверждают эффективность сифона с точки зрения смыва содержимого из чаши унитаза и вызывают сожаление, что унитазы сифонного типа в России пока не приживаются. Ведь, кроме хорошего смыва, унитазы сифонного типа без каких-либо натяжек отлично блокируют запахи фекалий, не создают брызг, попадающих на пол туалетного помещения в процессе спуска воды, а также внутренние поверхности чаш у них не так интенсивно подвержены загрязнению, как в европейских унитазах.

При современном массовом строительстве применяются в основном пластмассовые канализационные трубы. Частично вследствие этого, а также из-за стремления упростить сборку входные патрубки канализационных труб в последнее время стали выполнять под углом 90°. Всё это идёт из-за рубежа. На рис. 3 изображён воронкообразный унитаз 1 с горизонтальным выпуском для случая, когда и оголовок канализационной трубы находится над расстоянии 200 мм от пола. Подобная ситуация может сложиться при монтаже инсталляционной системы унитаза. У такого выпуска есть два недостатка. Во-первых, напрочь отсутствует желаемый сифонирующий эффект, а во-вторых — на горизонтальном участке отводящих труб возможно отложение с последующим накоплением, например, бумаги и другого мусора, что чревато возникновением частичного засора и снижением качества смыва.

На рис. 4 изображён воронкообразный унитаз 1 с горизонтальным выпуском, подсоединённым к канализационной трубе с оголовком 2, который находится ниже выпуска унитаза, с помощью переходной трубы 3. Здесь качество смыва обеспечивается только при сравнительно большом расходе и правильно сформированном основном потоке, стремящемся протолкнуть содержимое унитаза в его выпускной канал. Это унитаз фирмы Gustavsberg. Одним из главных его достоинств является наличие хорошо работающей системы «антивсплеск». Попытка скопировать его обводы другими производителями приводит почему-то к ухудшению смывных качеств унитаза, а также к ухудшению работы системы «антивсплеск». Отметим, что даже унитазы компании Gustavsberg, считающиеся одними из лучших с точки зрения качества смыва, при тщательном тестировании не очень-то подтверждают такое мнение. Например, эти унитазы не могут с первого пуска отправить в канализацию крошки от пенополистирола или частицы жира после слива в унитаз жирного бульона. Сифонирующие же унитазы с этим легко справляются. Кроме того, рассматриваемые унитазы требуют после дефекационных процессов использовать ёршик, так как ополаскивающие, а не очищающие потоки воды не могут качественно очистить нижние части поверхности чаш от соответствующих загрязнений. Этим же страдают и тарельчатые, и козырьковые унитазы. Работа ёршиком завершается, соответственно, ещё одним спуском воды, что с точки зрения водосбережения не совсем удачное решение.

Кстати, у тарельчатых унитазов есть ещё один очень существенный недостаток, обусловленный генерацией запахов после опорожнения. У унитазов Gustavsberg это имеет место в меньшей степени, но всё-таки проявляется из-за невысокой глубины приёмной выемки.

При больших расходах воды, если в чашу унитаза быстро вылить ведро воды, спуск получится очень интенсивным, и из чаши будут удалены в канализацию даже крошки пенополистирола. Если это же ведро выливать в чашу унитаза медленно, например, в течение 10 с, то даже плавающее содержимое чаши так в ней и останется

Однако благодаря её небольшой глубине и существует функция «антивсплеск». Кроме того, вода в чаше находится сравнительно низко, и площадь поверхности зеркала воды является небольшой. Поэтому в некоторых случаях фекалии попадают на несмоченную поверхность чаши и оставляют след, который процесс ополаскивания не может удалить. Иногда возникает и проблема, связанная с загрязнением дна приёмного отверстия чаши унитаза. Без применения ёршика оно может очиститься лишь после второго-третьего полного спуска воды. Однако это непорядок. Объяснить это можно тем, что нижняя часть чаши имеет своеобразную геометрию, из-за которой поток «проносится» несколько выше поверхности, которую необходимо очистить. Таким образом, даже хороший унитаз Gustavsberg не может обойтись без ёршика, который требует повторного спуска воды!

Иногда хочется воскликнуть: «Долой ёршики!» Но как без них обойтись? В решении этой проблемы, как говорил Остап Сулейман Берта Мария Бендер-бей, нам поможет заграница, в частности, Америка. Их сифонирующие унитазы более или менее справляются с этой задачей.

На рис. 5 приведён один из уже устаревших, но выпускавшихся серийно, унитазов с сифонным эффектом. Смывной бачок, который размещается на полочке 1 чаши 2 унитаза, на рисунке не показан, но заменён значком в виде затушёванного треугольника, как и на других рисунках. Из внутренней полости полочки 1 вода поступает в кольцеобразный канал, размещённый в ободе 3. Из-под его нижней части через специальные отверстия вытекает вода для ополаскивания внутренней поверхности чаши 2. Бoльшая же часть воды поступает в канал 4, питающий сопло 5 эжектора. Струя воды, вытекающая из сопла 5, направляется в приёмное отверстие 6 сифона, засасывая по пути из нижнего отверстия 7 чаши 2 воду, находящуюся в ней. Энергия воды, вытекающей из сопла 5 эжектора, приводит к её принудительному подъёму по каналу 8 вверх, откуда она уже начинает падать в канал 9. Гидравлическое сопротивление в нижней части канала 9 за счёт резкого поворота канала 9 приводит к сравнительно быстрому его заполнению водой. После этого вода из канала 9 под действием собственной тяжести начинает течь в канализационную трубу 10 и совместно с эжектором усиливать его работу, обеспечивая активную транспортировку содержимого чаши унитаза в канализационную сеть. Сифонный эффект высасывает из чаши всё, вплоть до тестовых шариков от пинг-понга и крошек из пенополистирола. Лишь с транспортировкой упавших в чашу мобильных телефонов у него проблема (причиной этому является недостаточно совершенная система каналов, по которым вода из чаши уходит в канализационную систему), но это и к лучшему.

В этом сифонирующем унитазе удивительно просто решён ряд проблем. Например, в процессе дефекации отсутствуют всплески воды от падения в неё фекалий, так раздражающие пользователей многих европейских унитазов, а также нет проблемы запахов после завершения процесса дефекации. Чаше унитаза редко требуется ёршик для очистки её внутренней поверхности. Всё это благодаря сравнительно высокому заполнению чаши унитаза водой. В результате фекалии перед падением в воду не успевают «разогнаться» и всплеск отсутствует. Сифонирующие унитазы устроены так, что в момент спуска вода принципиально не может брызгать на пол.

Кроме того, вода, в которую они попадают, блокирует их запахи. Также постоянно контактирующие с водой поверхности чаш таких унитазов в значительной степени меньше пачкаются, но всё-таки пачкаются! При этом система ополаскивания не всегда может очистить эти поверхности. Поэтому иногда, но реже, чем в европейских унитазах, нужен ёршик. Использование же ёршика приводит к необходимости дополнительного спуска воды и её непроизводительному расходованию.

Есть у рассматриваемого сифонирующего унитаза (рис. 5) и недостатки, главный из которых — повышенное потребление объёмов воды на один полный спуск. Его величина, по разным источникам, достигает от 12 до 18 л. Это очень большая величина по сравнению с 6 л, которыми ограничивает Конгресс США, и 5 л, к которым рекомендуют стремиться законодатели из Европейского союза.

Большие объёмы потребления воды в данном случае объясняются длинными и объёмными каналами поступления воды из смывного бачка к выпуску унитаза, а также громоздкостью полостей этих каналов. Много воды уходит на зарядку сифона и на заполнение всех каналов и полостей. Кроме того, в чаше рассматриваемого унитаза размещается очень много воды, и, если она холодная, это создаёт некоторый дискомфорт для потребителя, сидящего на унитазе. Размещение эжектора на низком уровне (почти на уровне выпуска чаши) также приводит к уменьшению эффективности сифона на последней стадии спуска.

Следует отметить, что, по последним сведениям, унитазы потребляют около 30 % воды, подающейся в жилые здания, причём воды питьевой, цена которой постоянно увеличивается, а её мировые запасы истощаются. По мнению автора этой статьи, следует создавать унитазы, которые при высоком качестве смыва потребляют менее 3 л воды. Звучит невероятно, но это практически осуществимо.

И это уже проверено специалистами компании ООО «Инкоэр» на макетных образцах водосберегающих унитазов! Система получается более сложной и более дорогой, чем обыкновенный унитаз. Однако сокращение объёма воды до 3–4 л на полный спуск даст огромную экономию по всем направлениям, и очень быстро окупятся затраты, связанные с усложнением системы спуска. Это же подтверждают и другие российские и американские исследователи.

По причине ограничения американским Конгрессом потребления унитазами воды на один спуск 6 л специалисты из США вынуждены были начать заниматься созданием водосберегающих унитазов по двум направлениям. Первое — это совершенствование сифонирующего унитаза, а второе — это создание унитаза с повышенным давлением воды, поступающей в чашу унитаза.

Сначала об усовершенствованном сифонирующем унитазе. Он приведён на рис. 6. Смывной бачок здесь не показан. По сравнению с предыдущим унитазом (рис. 5) на рис. 6 внесены следующие изменения. Во-первых, дно чаши 1 приподнято вверх, что при «высокой» воде в чаше уменьшило объём воды в ней. Во-вторых, уменьшен объём каналов 2, по которым вода из смывного бачка подаётся в сопло эжектора, размещённого в нижней части чаши унитаза. Они обозначены штриховыми линиями.

Унитазы потребляют около 30 % воды, подающейся в жилые здания, причём воды питьевой, цена которой постоянно увеличивается, а её мировые запасы истощаются. По мнению автора, следует создавать унитазы, которые при высоком качестве смыва потребляют менее 3 л воды. Система получается более сложной и более дорогой, чем обыкновенный унитаз. Однако сокращение объёма воды до 3–4 л на полный спуск даст огромную экономию по всем направлениям

В-третьих, канал выпуска 3 и канал сифона 4 выполнены с более плавными изгибами, а также с меньшим по площади внутренним сечением и с постоянным по всей длине сечением выпускного канала. Это существенно улучшило сифонный эффект и исключило застревание удаляемых из чаши унитаза объектов на выходе из отводной трубы. В-четвертых, несколько изменена геометрия эжектора для повышения эффективности его работы. Нижняя часть сифонной трубы 4 имеет очень крутой изгиб, обеспечивающий повышенное гидравлическое сопротивление потоку воды и быстрое заполнение водой сифонной трубы.

Этот унитаз потребляет на полный слив около 5–6 л воды и засасывает даже мобильные телефоны, если их ширина не превышает 50 мм, а длина — 120 мм.

Он как бы «с удовольствием» высасывает из чаши всё, что не тонет, вплоть до жира от какого-либо жирного бульона. Последнее европейским унитазам сделать не под силу. Однако не они в этом виноваты, а европейские правила размещения канализации над межэтажными перекрытиями, не позволяющие использовать унитазы сифонного типа. То есть в помещениях с разводкой канализации по европейским правилам сифонирующие унитазы использовать нельзя!

Правда, продавцы американских унитазов с сифонным эффектом смыва, продавая унитаз, могут за отдельную плату приподнять пол на 150–200 мм в туалетном помещении и решить проблему установки американских унитазов в помещениях с европейской системой разводки канализационных труб. В квартире автора статьи такой подъём пола лишит пол «корытообразности» и усложнит ситуацию в случае прорыва труб или шлангов подвода воды к смывному бачку, а также ухудшит условия входа в туалет и выхода из него

Однако, как говорится: «Если нельзя, но очень хочется, то можно!» В качестве подтверждения этого постулата специалисты южнокорейской фирмы SensPa умудрились создать линейку сифонных унитазов Serim с горизонтальным выпуском. Один из таких унитазов Serim C154 приведен на рис. 7. От унитаза, приведённого на рис. 6, он отличается следующим. Его выпуск направлен не в пол, а в стену, и размещён на высоте 100 мм от поверхности пола.

Местное гидравлическое сопротивление, конечно, несколько сужает выходную площадь отверстия выпуска, но в результате обеспечивает заполнение сифонной трубы 4, при том — быстрое.

Получается, что унитаз, приведённый на рис. 7, удовлетворяет по качеству эксплуатационных параметров основным европейским требованиям, предъявляемым к компакт-унитазам. Однако потребителю перед приобретением такого унитаза следует проверить высоту входного патрубка канализационной трубы в своём туалете. Нижняя кромка его отверстия должна быть расположена от уровня пола не более чем на 70 мм.

В последнее время рынок унитазов заполонили так называемые «инсталляционные унитазы». Поэтому и специалисты по сифонным унитазам с горизонтальным выпуском не отстают в этом вопросе. И не зря! Дело в том, что с качеством смыва инсталляционных унитазов не всё так хорошо, как хотелось бы производителям. У большинства из них спуск бывает вялым, несмотря на то, что бачок инсталляционной системы расположен значительно выше, чем бачок компакт-унитаза. Причина этого находится в плоскости неверного подхода к продаже инсталляционных систем унитазов.

Рама и её сопутствующие элементы, включая смывной бачок и разные трубы подвода и отвода воды, продаются отдельно без чаши унитаза. И потребитель, купивший инсталляционную раму с её принадлежностями, затем отдельно покупает подвесной унитаз. До монтажа этого унитаза в систему инсталляции никто не может сказать о его смывных качествах, так как большое количество выпускающихся сейчас подвесных унитазов с горизонтальным отводом выпускаются по собственным «техническим условиям». Очень часто подвесные унитазы не отвечают элементарным требованиям по качеству смыва, да и каналы, соединяющие чашу унитаза со смывным бачком, часто имеют сравнительно большое гидравлическое сопротивление.

Автор данной статьи считает, что установка сифонного подвесного унитаза в инсталляционную систему, которая будет изготовлена с учётом геометрии этого унитаза, решит как одну из главных её проблем — качества смыва, так и другие немаловажные проблемы.

В самом деле, геометрия сифонного подвесного унитаза отличается от геометрии подвесного унитаза, приспособленного под европейскую систему. В сифонном унитазе высота оси выходной трубы от пола составляет пока 130 мм, а в европейском — 200 мм. Поэтому сифонный подвесной унитаз при установке в инсталляционную раму потребует её существенной доработки.

На рис. 8 приведён уже освещённый в печати сифонный подвесной унитаз 1. Цифрой 2 обозначен пол туалета, а цифрой 3 — приёмный патрубок канализационной системы в европейских инсталляциях. Думается, что как раз в этой ситуации можно найти компромиссное решение и дать новую жизнь унитазу с сифонной системой слива.

Далее — о создании компакт-унитазов с водой, поступающей в чашу унитаза под повышенным давлением. Следует сразу оговориться, что под словом «повышенное» будет пониматься давление в пределах 0,05–0,1 МПа. Оно повышенное лишь по сравнению с давлением воды, под которым она вытекает из обыкновенного смывного бачка, установленного на полочке унитаза. В последнем случае оно не превышает 0,003 МПа. В инсталляционных системах оно несколько больше, но всё равно относительно низкое.

Хочется особо отметить, что из-за такого низкого давления воды, поступающей из смывного бачка в унитаз, чаша унитаза этой водой не очищается, а только ополаскивается. Поэтому и приходится пользоваться услугами ёршика с дополнительным спуском воды.

Унитаз В. С. Гурьянова пока серийно не выпускается по чисто организационным причинам, но его исследования убедительно доказали, что унитазы при разумном проектировании могут смывать содержимое чаши в канализацию, используя всего до 3 л воды, и вместо ополаскивания хорошо очищать поверхность чаши, не заставляя потребителя прибегать к ёршику

Компакт-унитаз с повышенным давлением воды разработала американская фирма Flushmaite и даже серийно выпускала такие унитазы. Однако эта попытка окончилась неудачей, так как эти унитазы стали взрываться, и миллионы их фирма была вынуждена отозвать. Подробности автором этой статьи уже были освещены в статье [1] (стр. 29–30).

Независимо от американцев питерский изобретатель В. С. Гурьянов также занимается созданием унитаза, схема которого немного похожа на американскую. Однако его унитаз не взрывается, так как в конструкции этого унитаза накопительный (смывной) бачок выполняется не из пластмассы, а из нержавеющей стали. Унитаз В. С. Гурьянова пока серийно не выпускается по чисто организационным причинам, но его исследования убедительно доказали, что унитазы при разумном проектировании могут смывать содержимое чаши в канализацию, используя всего до 3 л воды, и вместо ополаскивания хорошо очищать поверхность чаши, не заставляя потребителя прибегать к ёршику. Это также было отражено в материале [1] (стр. 30). Кроме того, соответствующая статья В. С. Гурьянова «Новый унитаз с отличными качествами смыва» была также опубликована в журнале С.О.К. [2].

Все отмеченные унитазы с повышенным давлением воды, поступающей из накопительного бачка в чашу унитаза, естественно, имели и недостатки, как и всякие новые разработки. Однако главным из них был недостаток, связанный с нестабильностью во времени полезного объёма воды на спуск. Причин для этого существует множество, но обсудить их в этой статье из-за ограниченности её объёма уже не получится.

Часть из возможных недостатков систем унитазов с повышенным давлением воды на спуск специалистам ООО «Инкоэр» удалось устранить. При этом за основу была взята принципиальная гидравлическая схема спускного устройства, приведённая на рис. 5 в статье [1] (стр. 31). Первый макет такой системы не обеспечил желаемых максимально возможных результатов по основным эксплуатационным показателям. Однако с его помощью удалось понять причины неудач и получить качественные результаты, подтверждающие выбор правильного направления поиска в деле создания очень хорошего унитаза с минимальным количеством несущественных недостатков.

И всё же основными достоинствами разрабатываемого унитаза с подачей воды в чашу под повышенным давлением (0,05–0,1 МПа) следует считать:

1. Возможность использования объёма воды на полный спуск в пределах 3 л, что в 2–2,5 раза меньше объёмов, допускаемых в настоящее время.
2. Уникальная транспортировка всего содержимого из чаши унитаза в канализацию независимо от степени его плавучести или плотности.
3. Отсутствие брызг при падении фекалий в воду чаши унитаза.
4. Существенное уменьшение запаха за счёт его блокировки водой.
5. Отсутствие брызг за пределами обода унитаза в момент спуска воды.
6. Не ополаскивание, а именно полное очищение внутренней поверхности чаши унитаза в процессе спуска воды без применения ёршика.

Сноски:

1. Чупраков Ю.И. Почему бoльшая часть компакт-унитазов с европейской системой слива не обеспечивает его удовлетворительного качества? // Журнал С.О.К., 2016. №8. C. 22–31.
2. Гурьянов В.С. Новый унитаз с отличными качествами смыва // Журнал С.О.К., 2015. №3. С. 36–41.

*Чупраков Ю.И. Об «оживлении» сифонного эффекта в европейских компакт-унитазах // Журнал С.О.К. № 4, / 2017
Автор Ю.И. Чупраков