邱 琴，岳 鵬，范俊杰（上海建科檢驗有限公司，上海 201108）

淋浴器是現(xiàn)代人浴室中必不可少的淋浴器具，也是我國城鎮(zhèn)生活節(jié)水的主要節(jié)水器具之一。據(jù)統(tǒng)計，淋浴用水占居民生活用水總量的近 1/3，已逐漸成為居民生活用水的重要部分。目前，市場上的淋浴器本體普遍采用塑料材質(zhì)，表面經(jīng)鍍鉻處理，亦有本體采用純不銹鋼或銅質(zhì)的產(chǎn)品，但不銹鋼或銅制材質(zhì)花灑產(chǎn)品內(nèi)部布水裝置的成型較為困難，不如塑料材質(zhì)花灑產(chǎn)品便捷，其精細(xì)化程度也不如塑料材質(zhì)花灑產(chǎn)品。因此，不銹鋼或銅制材質(zhì)產(chǎn)品內(nèi)部大多缺少布水裝置，存在流量過大、沖洗壓力過強且布水不均勻的問題，不利于節(jié)水。未設(shè)置節(jié)水措施的淋浴器多用水量較大，尤其是給水壓力較大的情況下，淋浴器出水流量將大幅增加。普通型淋浴器（流量限值 9 L/min）將比節(jié)水型淋浴器（流量限值 6 L/min）消耗更多的水資源。本文針對淋浴器相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和穩(wěn)量節(jié)水技術(shù)開展研究，通過對比不同限流裝置、出水模式對淋浴器流量及流量均勻性的影響，研究淋浴器穩(wěn)量節(jié)水技術(shù)，從而為淋浴器節(jié)水技術(shù)改進(jìn)提供參考。

1 淋浴器水效指標(biāo)分析

1.1 淋浴器節(jié)水標(biāo)準(zhǔn)現(xiàn)狀

我國現(xiàn)行花灑相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)主要有兩個[1]。

（1）產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn) GB/T 23447—2009《衛(wèi)生潔具 淋浴用花灑》。該標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了花灑外觀、流量、密封性能、機械強度、溫降、耐腐蝕性能等產(chǎn)品質(zhì)量技術(shù)要求。其中，與節(jié)水性能最為密切的指標(biāo)是流量，但該標(biāo)準(zhǔn)僅規(guī)定了花灑產(chǎn)品基本流量要求，未涉及節(jié)水性能的要求。

（2）強制性水效標(biāo)準(zhǔn) GB 28378—2019《淋浴器水效限定值及水效等級》。該標(biāo)準(zhǔn)于 2020 年 7 月 1 日起實施，替代了老標(biāo)準(zhǔn) GB 28378—2012《淋浴器用水效率限定值及用水效率等級》。所謂的淋浴器包含了花灑或花灑組件。該標(biāo)準(zhǔn)按流量大小將淋浴器分為 3 級，其中，3 級為用水效率限定值，即市面上所有的淋浴器流量都應(yīng)小于等于限定值，并且規(guī)定了流量均勻性技術(shù)要求。

兩個標(biāo)準(zhǔn)對于淋浴器節(jié)水性能的技術(shù)要求如表 1 所示。

表1 淋浴器節(jié)水標(biāo)準(zhǔn)指標(biāo)

其中，流量是淋浴器的一個重要指標(biāo)，反映的是單位時間內(nèi)的用水量。流量越大，即同樣時間內(nèi)的耗水量越大，淋浴器的節(jié)水效果越差。流量均勻性是淋浴器的另一個重要指標(biāo)，是指在不同試驗壓力下，淋浴器手持式花灑的最高平均流量與最低平均流量之差，表征的是淋浴器在不同壓力下流量變化幅度的大小，差值越大即壓力變化引起流量的變化越大，淋浴器的流量均勻性越差。因此，流量、流量均勻性是評價淋浴器節(jié)水性能的兩個主要依據(jù)。

1.2 淋浴器節(jié)水效果影響因素分析

淋浴器節(jié)水指標(biāo)測試過程對管網(wǎng)壓力進(jìn)行了規(guī)定。但在實際工程設(shè)計時，為滿足最不利點在用水高峰期時的用水需求常需要增加水壓，也就造成了壓力分區(qū)的低層超壓出流現(xiàn)象更加嚴(yán)重，不僅浪費了能源，也浪費了水資源[2]。同樣，管網(wǎng)壓力不足時，可能會造成淋浴器出水流量降低、出水流速下降，舒適度和體驗感較差。由于淋浴器連接的供水管道的給水泵揚程及樓層高度差異性大，淋浴器生產(chǎn)廠商不可能針對各類不同揚程的給水泵或不同的供水壓力單獨定制專屬淋浴器。目前市場上大多通過增設(shè)限流裝置、改變淋浴器結(jié)構(gòu)設(shè)計等手段，保證淋浴器在不同供水壓力下的出水流量和流速的穩(wěn)定性，從而在實現(xiàn)節(jié)水的同時滿足舒適度的要求。通常，淋浴器供水連接結(jié)構(gòu)為連接供水管網(wǎng)的軟管、限流器、淋浴器本體。

限流器的基本原理是通過過水通道與彈性結(jié)構(gòu)的組合達(dá)到穩(wěn)量的效果。彈性結(jié)構(gòu)會在不同水壓下產(chǎn)生不同的形變量，從而改變過水通道的橫截面積。在形變量和過水通道本身的結(jié)構(gòu)組合下，改變相應(yīng)的水口尺寸，起到穩(wěn)壓節(jié)流的效果。限流裝置最重要的元件是彈性結(jié)構(gòu)組件，當(dāng)下常用的彈性結(jié)構(gòu)組件主要有兩種，分別是橡膠圈和彈簧。彈簧結(jié)構(gòu)相對復(fù)雜，限流器的更換也較為不便，淋浴器多采用橡膠圈作為主要彈性結(jié)構(gòu)組件。

此外，高效節(jié)水淋浴器的設(shè)計除節(jié)約用水外，還應(yīng)該注意水霧的分布、強度和溫降[2]。因此，為了實現(xiàn)節(jié)水的同時保證體驗質(zhì)量，淋浴器通常通過改變內(nèi)部構(gòu)造，設(shè)計不同的出水模式，從而滿足不同用戶對于節(jié)水、水霧噴射強度、噴射范圍、噴射角度等的不同需求。最常見的方式為通過空氣注入，可增大水流速度的同時減小流量。其主要的工作原理是在淋浴器內(nèi)部結(jié)構(gòu)中增加能夠產(chǎn)生文氏效應(yīng)的結(jié)構(gòu)裝置，當(dāng)水流進(jìn)入淋浴器時，外界的空氣壓力迫使水流提速出水，同時空氣占據(jù)淋浴器內(nèi)部。

由上可知，淋浴器的組成根據(jù)限流裝置的位置可分為 3個部分，即限流器前的供水管路、限流器以及限流器后的淋浴器主體部分。因此，影響淋浴器節(jié)水效果的因素通?？煞譃?3 部分，即供水管網(wǎng)壓力、限流器限流效果以及淋浴器本體的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。

2 淋浴器穩(wěn)量節(jié)水影響因素研究

2.1 試驗樣品、試驗裝置和試驗方法

選取了市面上常見的 3 款淋浴器型號并進(jìn)行了相應(yīng)的改裝（1 號、2 號、3 號）?；谟绊懥茉∑鞴?jié)水效果的 3 個關(guān)鍵因素，分別開展了 3 組驗證試驗。其中，1 號、2 號淋浴器為單功能手持花灑，3 號淋浴器為多功能手持花灑，共有 4 種出水模式，分別為激射式、按摩式、雨淋式、富氧雨淋式。

（1）試驗方法：試驗依據(jù) GB/T 23447—2009、GB 28378—2019 兩個標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行。

（2）試驗設(shè)備：淋浴器綜合試驗機。

（3）型號：HZ-SZZH-B。

（4）測量范圍：0 ～ 3 MPa、3 ～ 40 L/min。

（5）精度：± 0.01 MPa。

2.2 限流裝置對水效指標(biāo)的影響

選擇同一型號淋浴器（1 號），加裝不同的限流裝置，在不同壓力下對淋浴器開展流量和流量均勻性指標(biāo)測試。通過比較各組淋浴器的流量和流量均勻性測試結(jié)果，對比分析不同限流裝置對淋浴器穩(wěn)量節(jié)水效果的影響。不同限流器流量-水壓試驗結(jié)果如圖 1 所示。不同限流器流量均勻性試驗結(jié)果如表 2 所示。

表2 不同限流器流量均勻性試驗結(jié)果

圖1 不同限流器流量-水壓試驗結(jié)果

由圖 1 可知，供水壓力的變化會對淋浴器流量直接產(chǎn)生影響。在未安裝限流器的情況下，淋浴器的流量會隨著水壓的增大呈線性增大的趨勢，且流量不符合淋浴器水效限定值指標(biāo)的要求。安裝非彈性結(jié)構(gòu)限流器的淋浴器，隨著水壓增大，出水流量依然呈增大趨勢，不能達(dá)到穩(wěn)量的效果。雖然流量比無限流器的淋浴器流量總體偏小，但僅達(dá)到水效限定值的最低要求。設(shè)有彈性結(jié)構(gòu)限流器的淋浴器隨供水管網(wǎng)水壓的上升，流量變化不明顯，可達(dá)到恒流穩(wěn)壓的效果。由表2 可知，安裝不同限流裝置的淋浴器流量均勻性出現(xiàn)較大差異，無彈性結(jié)構(gòu)限流、安裝非彈性結(jié)構(gòu)限流器的淋浴器流量均勻性無法達(dá)到所需指標(biāo)要求，安裝彈性結(jié)構(gòu)限流的淋浴器流量均勻性能夠滿足指標(biāo)要求。

安裝彈性結(jié)構(gòu)限流的淋浴器時，內(nèi)部彈性結(jié)構(gòu)在快速水流帶來的高壓強下受到擠壓產(chǎn)生形變，橡膠圈擴大，加大了過水通道的截流面積，從而穩(wěn)定出水流量。反之，內(nèi)部彈性結(jié)構(gòu)在低流速下僅產(chǎn)生少量變形或恢復(fù)至原始狀態(tài)，過水通道被打開，保證水流通暢。因此，在同一花灑的前提下，設(shè)置橡膠圈彈性結(jié)構(gòu)的限流裝置可以實現(xiàn)節(jié)水、穩(wěn)定出水流量的效果。

2.3 彈性裝置對水效指標(biāo)的影響

選擇同一型號淋浴器（2 號），基于相同限流器加裝不同彈性模量的密封圈。4 個密封圈彈性模量分別為 8.0 MPa、7.8 MPa、7.5 MPa 和 7.2 MPa。在不同壓力下開展流量和流量均勻性指標(biāo)測試，通過比較各組淋浴器的流量和流量均勻性測試結(jié)果，對比分析不同彈性限流裝置對淋浴器穩(wěn)量節(jié)水效果的影響。不同橡膠圈流量-水壓試驗結(jié)果如圖 2所示。不同橡膠圈流量均勻性試驗結(jié)果如表 3 所示。

圖2 不同橡膠圈流量-水壓試驗結(jié)果

表3 不同橡膠圈流量均勻性試驗結(jié)果

由圖 2、表 3 可知，對于不同彈性模量橡膠圈的限流器，淋浴器的流量均勻性各不相同，穩(wěn)量效果和節(jié)水效果也不同。首先，隨著供水壓力的增大，淋浴器流量逐漸增大，其中，橡膠圈 2 的流量最低，且增長幅度最小。隨著橡膠圈彈性模量的減小，淋浴器的流量和流量均勻性呈現(xiàn)先減小再增大的趨勢。這主要是由于彈性模量小的橡膠圈在受到水壓變化時，容易產(chǎn)生較大程度的形變，當(dāng)供水壓力偏大時，限流的效果不明顯。但彈性模量過大時，橡膠圈對于水壓的變化不敏感，過水通道所產(chǎn)生的截面積變化也較小，當(dāng)供水壓力偏小時，流量增加的幅度不夠，穩(wěn)量效果也同樣會受到影響。

因此，橡膠圈彈性結(jié)構(gòu)的選取應(yīng)基于不同的淋浴器構(gòu)造和限流裝置設(shè)計，彈性模量適中的橡膠圈才可以實現(xiàn)最優(yōu)化的穩(wěn)量、節(jié)水的效果。

2.4 出水模式對水效指標(biāo)的影響

選擇同一型號具有不同出水模式的淋浴器（3 號），加裝同一限流裝置，在不同壓力下對淋浴器開展流量和流量均勻性指標(biāo)測試。通過比較同一淋浴器不同出水模式下的流量和流量均勻性測試結(jié)果，對比分析不同出水模式對淋浴器穩(wěn)量節(jié)水效果的影響。不同出水模式流量-水壓試驗結(jié)果如圖 3所示，不同出水模式流量均勻性試驗結(jié)果如表 4 所示。

圖3 不同出水模式流量-水壓試驗結(jié)果

表4 不同出水模式流量均勻性試驗結(jié)果

由圖 3、表 4 可知，對于同一個淋浴器，不同的出水模式其流量和流量均勻性存在一定的差異。首先，4 種模式下流量隨水壓變大均呈上升趨勢，且上升幅度基本保持一致。其次，模式 1 和 2 相對流量和流量均勻性較小，這主要是由于這兩種模式下淋浴器出水口較少，噴射面積較小；但模式 3 和 4 出水口較多、噴射范圍較大，在保證體驗感的同時依然能夠滿足 1 級水效的指標(biāo)要求。另外，在同一壓力下，模式 4 相較于模式 3 增加了富氧技術(shù)，即空氣注入技術(shù)，降低淋浴器流量約 8 %。該項技術(shù)依據(jù)文氏效應(yīng)，在淋浴器內(nèi)部過水通道中增設(shè)文丘里孔，外部空氣因水流產(chǎn)生的負(fù)壓由文丘里孔進(jìn)入淋浴器內(nèi)部過水通道，從而實現(xiàn)水氣混合，通道內(nèi)水含量占比減小同時不影響出水流速，起到穩(wěn)量節(jié)水的效果。

因此，不同出水模式下淋浴器的流量和流量均勻性也隨之變化，在保證舒適度的前提下，依然可以通過技術(shù)改進(jìn)和創(chuàng)新減小用水量、降低供水壓力的影響，從而實現(xiàn)穩(wěn)量節(jié)水和舒適的雙重效果。

3 結(jié) 語

通過淋浴器產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)及水效標(biāo)準(zhǔn)的分析可知，淋浴器關(guān)鍵性的節(jié)水指標(biāo)包含流量、流量均勻性，其影響因素通常包含供水管網(wǎng)壓力、限流器限流效果以及淋浴器本體的內(nèi)部結(jié)構(gòu) 3 個方面。淋浴器的流量和流量均勻性主要是由其限流裝置決定。不同限流裝置穩(wěn)量效果不同，未安裝限流器或非彈性結(jié)構(gòu)限流器的淋浴器流量和流量均勻性受水壓變化的影響較大，容易出現(xiàn)不符合標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)指標(biāo)要求的情況。具有彈性結(jié)構(gòu)的限流器淋浴器流量受水壓變化影響較小，節(jié)水和穩(wěn)量效果較好。對于限流器的關(guān)鍵零部件橡膠圈，不同彈性模量的橡膠圈穩(wěn)量節(jié)水效果有所不同，但兩者并非是線性關(guān)系，因此需要根據(jù)產(chǎn)品實際情況選擇合適的彈性結(jié)構(gòu)。具備不同出水模式的淋浴器在相同彈性限流器的作用下，各出水模式的流量變化較小，模式的選擇可以基于節(jié)水的前提考慮人體舒適度和體驗感。因此，在淋浴器設(shè)計、安裝和使用過程中，應(yīng)充分考慮節(jié)水、穩(wěn)量、舒適等多方面的因素，選取最優(yōu)化產(chǎn)品。