В мире существует множество схем и конструкций унитазов. Однако их показатели и характеристики пока далеки от совершенства. Поэтому появляются новые унитазы, основанные на эффекте эжекции. В статье излагаются новые требования к новым узлам и элементам, приводится новая схема питания эжекторного унитаза с целью снижения давления на входе в унитаз, а также схема эффективного очищения его чаши.

Современные американские сифонирующие унитазы по качеству транспортировки содержимого чаши унитаза в канализационную сеть практически доведены до совершенства. В процессе спуска из чаши удаляется всё и даже то, что не тонет! Достоинством этих унитазов является также и отсутствие всплеска воды в процессе дефекации, а также и то, что водой в чаше блокируются запахи фекалий. Во время эксплуатации сравнительно редко приходится очищать внутреннюю поверхность чаши унитаза, так как она достаточно высоко заполнена водой. Если бы в процессе спуска воды происходила бы ещё и очистка чаши, а не её ополаскивание, то сифонирующий унитаз был бы идеальным. Последнее объясняется тем, что напор воды, вытекающей из смывного бачка, слишком мал для процесса очищения поверхности чаши унитаза. Он составляет всего около 0,003 МПа, а нужно не менее 0,05–0,10 МПа!

Однако, несмотря на все достоинства американских сифонирующих унитазов, они не предназначены для установки в помещениях, в которых канализационная разводка проводится над перекрытиями, то есть по европейским строительным стандартам. По этой причине европейские унитазы выполняются с боковым отводом выпуска. В отличие от европейских стандартов, в Америке и у её сателлитов разводка канализации производится под перекрытиями. Поэтому у американских унитазов выпуск выполняется вертикальным и направленным в пол. Эта особенность и позволяет вертикальный отвод использовать в качестве сифона и тем самым обеспечить эффективное высасывание содержимого чаши унитаза и лёгкую транспортировку его в канализационную сеть.

В европейских унитазах производится проталкивание содержимого чаши унитаза в отводящий канал потоком воды, вытекающей из смывного бачка под очень маленьким напором. Содержимое чаши унитаза в верхней части его гидрозатвора создаёт сопротивление основному потоку.

В результате создаются обратные потоки, уносящие некоторую часть этого содержимого обратно в чашу унитаза. Лёгкие же фракции содержимого, как правило, не захватываются потоком воды и также остаются в чаше унитаза. Поэтому для полного удаления из чаши её содержимого иногда приходится осуществлять повторные спуски воды, что не обеспечивает экономии водопотребления. По причине малого объёма воды в чашах европейских унитазов фекалии, попадающие на несмоченные поверхности чаши, оставляют на них следы, которые очищаются только с помощью ёршика с последующим спуском воды, что с точки зрения экономии воды совсем не экономно! В европейских устройствах не совсем удовлетворительно решён и вопрос с запахами в процессе дефекации. Из-за этого им до американских унитазов ещё очень далеко.

Следует также отметить, что на рынке унитазов стали появляться сифонирующие унитазы с горизонтальным отводом выпуска. Ниже будет рассматриваться сифонный унитаз Serim C154, выпускаемый южнокорейской фирмой SensPa.

Принципиальная конструктивная схема этого унитаза недавно была опубликована на рис. 7 в статье автора «Об “оживлении” сифонного эффекта в европейских компакт-унитазах» [1]. В этой же статье на стр. 45 было приведено фото этого унитаза. Автор считает целесообразным дать эти иллюстрации ещё раз.

Все хорошие оценки данному сантехническому прибору были даны на основании рекламы производителя сифонного унитаза с горизонтальным отводом выпуска. Однако после экспресс-испытаний этого унитаза отношение к нему несколько померкло. И вот почему.

Очень приятными являются впечатления от первых спусков этого устройства. Для спуска воды к рукоятке пуска нужно прикладывать незначительные усилия. Удовлетворительно работает система «антивсплеск». В процессе спуска воды уровень шума не превышает 40 дБ(А), что меньше, чем в европейских унитазах.

Однако уже на основании предварительных испытаний у этого устройства выявился недостаток, обусловленный укорочением сифонной трубы. Это, естественно, привело к существенному уменьшению сифонного эффекта по сравнению с сифонным унитазом с выпуском в пол. По крайней мере, высота оси выпускной трубы расположена на высоте от пола не менее чем на 100 мм. Вроде бы это малая величина по сравнению с длиной сифонной трубы американского унитаза. Однако в последнем эта длина существенно увеличивается за счёт присоединения выпуска к вертикально расположенной канализационной трубе. Кроме того, у европейских унитазов оси горизонтальных выпусков расположены на высоте 200 мм от пола, а оси торцов косых выпусков — на высоте 150 мм.

Вызывает также подозрение, что наполнительная арматура унитаза не адаптирована к российским условиям эксплуатации. Из-за преимущественного применения в отечественных жилых домах стальных водопроводных труб, ржавеющих изнутри и выделяющих в воду большое количество разнокалиберных механических частиц, элементы запорного клапана наполнительной арматуры с очень малыми зазорами, как показал опыт, забиваются этими частицами и клапан быстро выходит из строя.

Унитазы сифонного типа с горизонтальными выпусками С-154 потребляют на один полный спуск до 12,5 л воды. Из этого объёма примерно 2,2 л без пользы уходит в канализацию в процессе заполнения донной части чаши унитаза. Европейские стандарты, да и американские ограничивают потребление объёмов воды на один полный спуск в пределах 5–6 л.  Изготовители европейских унитазов для скрытия дефектов в своей работе иногда допускают возможность увеличения объёма спускаемой воды до 7–9 л, но всё же это не 12 л! 

Кроме того, унитазы сифонного типа с горизонтальным отводом выпуска не очень эффективно справляются с транспортировкой фракций содержимого чаши, имеющих малую плотность. Эти фракции во время спуска остаются на поверхности воды в чаше унитаза, перемешиваются с верхним слоем воды и только в последний момент, когда вход в выпускную трубу почти осушается, лёгкие фракции захватываются уже слабеющим потоком и, как правило, остаются в её разных частях. Основным участком, в котором они застревают, является конечная часть трубы в месте её заужения. Диаметр «заужающего» ребра равен примерно 55 мм, а диаметр выпускной трубы — 65 мм. Кстати, «заужающее» ребро имеет сравнительно острые переходы и кромки, что может привести к застреванию лёгких фракций и залипанию на этих элементах конструкции, например, бумаги, с последующим нарастанием этого слоя.

Есть и ещё один недостаток. В последний момент спуска гидрозатвор полностью осушается, а затем медленно заполняется водой, поступающей из наполнительной арматуры через специальную трубку в перелив спускной арматуры. В течение сравнительно короткого времени гидрозатвор пропускает газы из канализации в туалетное помещение.

Этот недостаток вообще присущ сифонирующим унитазам, но о нём почему-то умалчивается.

Также при сравнении с европейскими унитазами бросается в глаза малая величина овального отверстия начальной части выпускной трубы. Овал имеет размеры по осям примерно 60 × 55 мм. Последнее приводит к тому, что при использовании пяти поролоновых цилиндров диаметром 30 мм и длиной 50 мм большая часть из них застревает на входе в выпускную трубу.

А испытание унитаза на смыв с помощью только одной губки длиной 100 мм и диаметром 30 мм в соответствии с пунктом 7.3 ГОСТ 13449–82 приводит к тому, что губка остаётся в чреве выпускной трубы и покидает её только после повторного спуска воды. Пять же длинных губок вообще скучиваются на входе в выпускное отверстие и не покидают чаши унитаза. Получается, что лёгкие фракции покидают чашу унитаза с последними каплями уменьшающегося потока воды. Итак, по этому показателю сифонный унитаз с горизонтальным отводом не соответствует требованию ГОСТ 13449–82.

В европейских унитазах такого не происходит. Однако всякие ухищрения, связанные с повышением качества их смыва, уже ничего не дают, так как эти возможности оказались исчерпанными, и нужно искать принципиально новые схемно-конструктивные решения, которые были бы способны обеспечить основные требования к эксплуатационным показателям унитазов «нового поколения», выработанным за полтора века их массового выпуска. Важнейшими из этих требований являются следующие:

1. Потребление малых объёмов воды на полный спуск. Этот объём не должен превышать 3–4 л.

2. Должна быть обеспечена стабильность величины объёмов воды при каждом её спуске.

3. В процессе смыва за один спуск из чаши унитаза должно транспортироваться всё её содержимое, включая фракции с различной плавучестью, то есть фракции любой плотности.

4. В процессе спуска воды гидрозатвор унитаза не должен осушаться, и в нём всегда должна оставаться вода на уровне, достаточном для блокирования туалетного помещения от канализационных газов.

5. Внутренняя поверхность чаши унитаза должна очищаться потоками воды, а не ополаскиваться ими.

6. Должна быть предусмотрена не условная, а очень эффективная система «антивсплеск».

7. Нижняя часть чаши унитаза должна быть заполнена водой до уровня на глубину менее 120 мм от торца обода и иметь максимально возможную площадь «зеркала». Это решит проблему «антивсплеска» и блокирования запаха фекалий.

8. Не должно быть выплеска воды из чаши унитаза на пол туалетного помещения в процессе спуска воды.

9. Все элементы и узлы системы подачи воды в унитаз должны иметь ресурс не меньший, чем в существующих унитазах, и должны быть по возможности ремонтопригодными или легкозаменяемыми.

10. Выпуск унитаза должен быть горизонтальным или косым и соответствовать размерам, принятым в Европе.

11. Работоспособность системы подачи воды на смыв должна обеспечиваться при подключении к водопроводной сети с давлением от 0,05 до 1,0 МПа.

12. Не допускается повышение уровня зеркала воды в чаше унитаза во время её спуска.

13. Шум от текущей воды при работе унитаза не должен превышать 50 дБ(А).

Существующие унитазы (как американские, так и европейские) не соответствуют сразу всем перечисленным требованиям. Какой-нибудь пункт, да и не один, обязательно не выполняется!

Априори предполагается, что все эти требования можно удовлетворить при разработке принципиально нового унитаза эжекторного типа с повышенным до 0,05–0,10 МПа давлением воды, поступающей в чашу унитаза.

У известных унитазов с повышенным давлением пока не выполняются некоторые из перечисленных выше требований, например, по пунктам 2, 6, 8 и 13, а у американских унитазов с повышенным давлением даже происходили разрушения, похожие на взрыв.

Рабочий процесс поиска и составления принципиально-конструктивной схемы эжекторного унитаза из-за ограничения объёма статьи автор здесь приводить не будет, а на рис. 1 приводится лишь её последний вариант. Можно сказать только одно. В унитазах Gustavsberg поток воды, вытекающий из-под обода, формируется так, что он успешно заталкивает во входную часть отводящей трубы всё содержимое чаши, кроме очень мелких плавающих фракций. Введение эжектора, работающего от повышенного давления воды, обеспечит проталкивание из чаши в отводящую трубу не только тяжёлых, но и очень лёгких фракций, так как эжектор обладает и насосным эффектом. Эжекторный унитаз будет работать как обыкновенный европейский унитаз, только лучше, то есть с более качественным процессом очищения чаши.

Кстати, эжекторные унитазы уже существуют, но работают на повышенном давлении. Из-за этого могут возникать выбросы содержимого чаши унитаза за пределы её борта. Кроме того, подобные унитазы с увеличенным давлением питания создают повышенный шум. В этом можно убедиться, просмотрев соответствующее видео Best of Video Flushing:

Поэтому они применяются в основном в тюрьмах, в общественных туалетах и в некоторых больницах.

Учитывая собранную информацию о работе и устройстве эжекторных унитазов, специалисты ООО «Инкоэр» разработали новую принципиальную схему, правда, ещё не до конца доведённую. Но ведь с чего-то надо начинать?

К сожалению, все перечисленные узлы и элементы требуют специального проектирования. Использовать узлы и элементы, выпускаемые промышленностью, по разным причинам, которые будут упомянуты ниже, в данной схеме нельзя. Далее информация по каждому узлу и элементу:

1. Унитаз. Унитазов с необходимыми показателями и необходимой геометрией промышленность в настоящее время пока не выпускает. Поэтому необходимо разработать и изготовить наиболее отвечающий современным тенденциям настенный унитаз. Его основными особенностями будут являться:

• наличие эжектора, способного активно перемещать содержимое донной части чаши в отводящий канал унитаза;
• обеспечение неполного (частичного) сифонирования потока в отводящем канале;
• воду под повышенным давлением для очищения поверхности чаши подавать через закреплённые в полости обода трубки с часто размещёнными отверстиями на их нижней поверхности.

Принципиальная конструктивная схема этого унитаза приведена на рис. 2.

Прежде чем изготавливать керамический унитаз, было решено сначала изготовить его макет из папье-маше и экспериментально определить оптимальную геометрию его узлов и элементов.

2. Устройство пуска воды. Это должен быть клапан, аналогичный клапанам в стиральных и посудомоечных машинах, но с механическим, с гидравлическим и, возможно, с электрическим управлением. Однако площади проходных сечений в нём должна быть на порядок больше, так как ориентировочно расходы воды через клапан для обеспечения качества смыва должны достигать 2,0–2,5 л/с. Для сравнения: расход в стиральной машине составляет около 0,05 л/с. Поэтому это устройство необходимо заново проектировать и наладить его серийное производство. Тем более что оно должно подавать расход и в трубки в ободе 2.

3. Гидравлический дроссель. Пока его использование находится под вопросом. Эксперимент покажет, нужен он или не нужен. Однако, если нужен, то он должен быть регулируемым.

4. Гидравлический редуктор давления воды. Он необходим для обеспечения заданного уровня давления воды, поступающей в гидропневмоаккумулятор, независимо от изменения давления в водопроводной сети. Гидроредукторов, обеспечивающих редуцируемое давление в пределах 0,1 МПа с расходами воды, равными 0,05 л/с, промышленность не выпускает. Кроме того, если бы они и выпускались, то их цена была бы соизмерима со стоимостью бюджетного унитаза. Существуют способы, позволяющие значительно снизить стоимость редукционного клапана и улучшить его эксплуатационные показатели. Поэтому гидроредуктор давления для эжекторного унитаза необходимо проектировать заново и наладить серийное производство.

5. Запорный кран. Он должен обеспечивать абсолютную герметичность в положении «закрыто» вне зависимости от ресурса и должен быть ремонтопригодным. Шаровые краны и обыкновенные запорные вентили на это не способны. Поэтому в качестве запорного крана следует использовать запорные краны вентильного типа с некоторыми элементами соответствующей модернизации.

6. Гидроаккумулятор (ГА). Современные серийно выпускаемые гидропневмоаккумуляторы не годятся для использования в системе спуска с унитазом эжекторного типа по ряду причин:

• их входные и выходные штуцеры имеют сравнительно малую величину проходных сечений для того, чтобы пропускать большие расходы воды для обязательного качественного смыва содержимого чаши унитаза;
• разделители серийных ГПА, выполненные из эластичных материалов, предназначены для работы, при которой разделитель раздувается и потом снова сдувается, что приводит к его быстрому разрушению — для домашнего унитаза такая идеология не подходит, поэтому необходимо проектировать и наладить серийное производство принципиально новых ГА.

У данных ГА разделитель не растягивается, а только складывается и свободно без напряжения расправляется, при заполнении максимальным объёмом его эластичные стенки должны ложиться на внутренние поверхности гидроаккумулятора — кроме того, проходные сечения отверстий их штуцеров должны обеспечивать прохождение сравнительно больших расходов воды и воздуха из присоединённого к ГА ресивера 8.

7. Специальный фильтр. Если ГПА установить штуцером для воды вниз, то воздух, содержащийся в воде, может скопиться в гидрокамере и существенно уменьшить величину полезного объёма воды, участвующей в процессе смыва. Этот недостаток уже был заметен в известных унитазах с накопителями воды под повышенным давлением. Поэтому с этой точки зрения водный штуцер лучше разместить так, чтобы он находился вверху. Правда, в этом случае механические частицы, всегда содержащиеся в водопроводной воде, будут скапливаться в гидрокамере, что нежелательно. Поэтому на входе воды в ГПА следует установить специальный накопитель, препятствующий попаданию механических частиц в гидрокамеру ГПА. Его также необходимо проектировать и наладить его серийное производство.

8. Ресивер. Это устройство необходимо для уменьшения заданной величины давления воды в процессе её вытекания из ГПА и поддержания его в заданных пределах. Величина его рабочего объёма должна быть на порядок больше, чем величина рабочего объёма ГПА. В качестве ресивера можно использовать корпус соответствующего по объёму гидропневмоаккумулятора, убрав из него мембрану. Однако в туалетном помещении не всегда можно отыскать для него место из-за его больших габаритов. Поэтому для корпуса ресивера можно использовать стальные тонкостенные трубы как круглого, так и прямоугольного сечения. Для инсталляционных систем более подходящими являются трубы прямоугольного сечения, которые легко встраиваются в раму инсталляционной системы.

*Обоснование необходимости и порядок проведения работ по созданию водосберегающих унитазов эжекторного типа с боковым отводом выпуска // Журнал С.О.К., №8, август 2017
Автор Ю.И. Чупраков