國內省水器具相關理論與規範探討

我國建築排水設備系統之設計，主要是以建築技術規則建築設備編第二 章第一節給水排水系統（條文第二十六條至第三十六條）為法令依據^［A-11］。 建築技術規則對於建築給排水通氣系統相關規定管制內容包括：設計通則、

施工試驗、配管材料（應符合國家標準）、排水管管徑及洩水坡度、管路配置 之注意事項、排水負荷之器具單位負荷計算標準、排水管路清潔口、存水彎 之設置位置、通氣管之型式與設計管徑之計算及排水中固體或污染物之截留 或清除裝置等。然前述現行規定自民國 63.2.15 發布施行，迄今已逾三十多 餘年尚未修正更新，對應新技術、新設備的快速發展，實已無法滿足現況之 需求，同時亦缺乏相關之設計規範或基準。現階段由於綠建築審查之衛生設 備各項產品皆以省水標章為審查依據，因此市面上之衛生產品幾乎全面更新 為省水器具，因此有必要進一步瞭解省水器具對於排水系統搬送性能之影 響，相關標章規範如下：

1.省 水 標 章

目前國內省水器具規範以經濟部水利署省水標章^［D-2］作業要點(九十二年 十二月十二日修正)，省水標章各項產品皆須通過試驗且領有省水標章圖樣

（如圖 2.2 所示），其中產品規格包含洗衣機、一段式省水馬桶、兩段式省水 馬桶、兩段式沖水器、一般水龍頭、感應式水龍頭、自閉式水龍頭、蓮蓬頭、

省水器材配件、小便斗自動沖水器共計十項目，其針對本研究範圍省水馬桶 詳細說明列表於表 2.5。

第二章 文獻回顧

表 2.5 省水標章省水馬桶規範說明

產品規格 產品包含馬桶本體、水箱、水箱配件及沖水器

一段式省水馬桶

1.一段式省水馬桶每次沖水量須在6公升以下(含)。

2.馬桶尿液殘留測試之稀釋倍數須在100倍以上。

3.產品須符合CNS3220及CNS3220-1國家標準之品質 相關規定。

4.產品須通過CNS3221洗淨、漏水、漏氣、排水路性能 試驗；及依美國機械工程師協會

ASME-A112.19.6-1995驗標準，平均每顆浮球移動距 離達13公尺以上。

5.產品型錄上應清楚標示該產品馬桶本體、水箱及水箱零 件之型號、適用之建築條件與明確之施工說明。

6.若產品僅外觀、顏色等差異而不影響省水功能及品質 者，經提供產品差異分析，視為同一系列產品。

兩段式省水馬桶

1.兩段式省水馬桶每次沖水量大號須在6公升以下(含)，

小號須在3公升以下(含)。

2.大號時尿液殘留測試之稀釋倍數須在100倍以上，小號 時尿液殘留測試之稀釋倍數須在20倍以上。

3.產品須符合CNS3220及CNS3220-1國家標準品質相 關規定。

4.產品須通過CNS3221洗淨、漏水、漏氣、排水路性能 試驗；及依美國機械工程師協會

ASME-A112.19.6-1995試驗標準，平均每顆浮球移動 距離達13公尺以上

5.產品型錄上應清楚標示該產品馬桶本體、水箱及水箱零 件之型號、適用之建築條件與明確之施工說明。

6.若產品僅外觀、顏色等差異而不影響省水功能及品質 者，經提供產品差異分析，可視為同一系列產品

圖 2.2 省 水 標 章 圖 樣

2.國 家 標 準 （ CNS）

國內標準試驗以國家標準為依據，CNS3220 中明定水洗馬桶適用範 圍、坯體材質、種類、沖水量、形狀及尺度、外觀品質及性能、標示、檢 驗各項目，其各項目列表如下：

表 2.6 CNS3220 各規範列表

規範項目 規範內容

適用範圍 陶瓷製水洗馬桶

坯體材質 以長石、矽石、黏土為主要成分， 經高溫燒製而成 使用方式 1.坐式 2.蹲式

水箱配置 1.單體式 2.雙件式 種類

水洗方式 1.沖水式 2.虹吸式 3.噴射式 4.漩渦虹吸式

一般水洗馬桶 一般水洗馬桶之一次沖水量應在 9 L 以下。若具分 段沖水裝置時，小段沖水量應在 4.5 L 以下。

沖水量

省水水洗馬桶 省水水洗馬桶之一次沖水量應在 6L 以下。若具分 段沖水裝置時，小段沖水量應在 3L 以下。

形狀及尺度 馬桶排污口中心至牆距離 D=0,240,260,280,300,320,340,400(mm) 洗淨性 污染代用品完全排出，染料痕跡 完全消失

排水性 規定木質球能通過馬桶之排水路 漏氣性 最少需能抵住25mm 水柱之空氣壓力 外觀品質

及性能

漏水性 水量消失不得大於自然蒸發率

標示 製造廠商名稱或其商標、種類名稱（或代號）、沖水量、製造年月 檢驗 CNS 3221（衛生陶瓷器檢驗法）

第二章 文獻回顧

第 三 節 國 內 省 水 器 具 發 展 趨 勢

水利署為配合政府推動節約用水政策，特別研擬自發性鼓勵制度「省水 標章」，目的在於藉由消費行為引導市場機能，鼓勵消費者選用驗證合格且 產品或包裝上印有易辨圖樣之省水器材，進而激勵廠商生產相關產品，藉此 制度使節約用水觀念深植人心，並融入日常生活，共同創造高品質之節水型 社會，為國家日漸匱乏之水資源盡一份心力。

（1）省水馬桶定義與發展及使用現況^［D-2］

依照經濟部水利署省水標章作業要點規定為用水量6L 以下，然而省水馬 桶最重要的目的除了使用較一般馬桶少的水量，需要考量省水、維持洗淨功 能及搬送性能的三大功能。

目前一般非省水馬桶沖水量約在12～14 公升，我國現有環保標章省水馬 桶的規格標準為每次水量不得大於6 公升，每次沖水的省水效益為 6 公升，

則省水效益約為百分之五十。由於水資源的缺乏及水價調高趨勢，節水觀念 日受重視。電光、和成、德久(台鷹)、莊頭北、台灣東陶、隆昌、American Standard 及德國Villerory & Boch 等均有獲環保標章肯定的省水馬桶製品。國外現有省水 馬桶沖水量一般在6 公升，依其沖水量大約可分成二大類，一為 6 公升以下 一段式的省水馬桶，如美國、德國等。另一為 9 公升以下並輔以二段式（6 公升及3 公升），如英國、日本、新加坡、澳洲及中華民國等，澳洲沖水量最 少為6 公升及 3 公升。目前產品通過種類繁多，舉凡省水洗衣機、一段及二 段式省水馬桶及各式省水水龍頭等，截至民國九十五年十一月止，符合省水 標章之省水器具使用數量已累積達六百多萬枚。

(2)省水馬桶效益評估^［A-3］

使用省水器具所節約用水量可由溫子文（2004）以住宅作為評估對象所 做效益評估表（表2.7）看出，若未使用省水馬桶，用水量 12L 作計算，每日 五次沖廁，包含一次大便與四次小便作為沖廁數，一戶以四人計算，每日沖

23 座明德水庫用量，相當驚人，但若將馬桶更換為省水馬桶時，則可以省下

第 四 節 污 物 搬 送 性 能 理 論 基 礎

經由本研究前述針對既有文獻之整理，以及國內外相關規範進行探討，

並分析國內省水馬桶之發展與使用現況後發現，受到綠建築與節省水資源觀 念之影響，新建建築或既有建築，採用或換裝省水馬桶之比例已日漸增加，

然而既有排水系統與傳統排水管路設計方式，在省水馬桶用水量大幅減少之 情形下，是否依然能將污物順利搬送至處理設備，則需進一步探討。有鑑於 此，本研究將於文獻回顧章節，初步彙整與排水橫主管污物搬送相關之流體 理論，相關內容與理論公式推導如後，而污物搬送在排水系統內之流體現 象，本研究所引用之流體相關理論，係參考明渠流（Open Channel Flow），

其包括天然河流、人工渠道及衛生下水道等^［A-8］，主要是用於解析斷面未封 閉之渠道流體理論。而相關內容如下所示：

(1)明渠流（Open Channel Flow）之定義

依據流體理論對明渠流之定義，如圖 2.3 所示，其定義包括所有在渠道 或未完全充滿單一流體的導管中之流體流動現象，主要的特徵除了在流體流 動與上方的流體（通常為大氣）間存在一自由表面外，另外則是其主要驅動 力為流體之重量，重力致使流體間向下流動^［A-9］。適用對象包括河川、溪流 等自然河道，以及衛生下水道、排水橫管等人工渠道兩類。此外，大多數的 明渠流相關數據都是經由模型或全尺寸實驗獲得。

a

上方流體（大氣）

自由表面

流動流體（水）

第二章 文獻回顧

(2)明渠流之斷面概述

明渠流包括天然河流、人工渠道、衛生下水道及本研究之排水系統管路 橫管部等，因渠道斷面形狀的不同，如下圖 2.4 所示，分為梯形、三角形、

矩形、寬平板及圓形五種類別，而本研究之建築排水系統橫主管部則屬於”

第五類　圓形”，方以計算其水斷面積及斷面水深等。

圖 2.4 明渠流渠道斷面分類圖

圖2.3 中截斷面 a –a’可觀察實際的明渠流渠道內流體流動現象，另如 圖 2.5 所示，流體與大氣壓的介面乃為自由表面，其自由表面波呈永久變 化的狀態。渠道截斷面中流體截面積為 A，而流體截面與渠道接觸的長度 即為濕周長P (wetted perimeter)。至於自由表面部分之長度並不包含在濕周 長 P 中，其流體截面水深為 y，本研究中即定義此渠道水深 y 決定污物所 能搬送之距離 x，藉由污物搬送距離 x 的長短來判定整體排水系統之優劣。

上方流體（大氣）

自由表面

流動流體（水）

截面積 A

濕周長 P

(wetted perimeter)

水深 y

圖 2.5 明渠流流體現象概念圖

(3) 明渠流之流況類型

A、依時間之變化性分為：

a.定量流（steady flow）：在渠道上任一斷面之渠流流量 Q、流速 v 及水深 y 不因時間而改變者。

b.變量流（unsteady flow）：在渠道上任一斷面之渠流流量 Q、流速 v 及水 深y 隨時間而改變者。

B、依空間之變化性分為：

a.等速流（uniform flow）：沿渠道方向各斷面之流速 v 或水深 y 均相同，流 線平行者。

b.變速流（non-uniform flow）：渠流流速v 或水深 y 沿渠道方向各斷面改變，

流線不平行者。

依時間及空間之變化性分為：

a.定量等速流（steady uniform flow）：渠流之流量 Q 及流速 v 沿渠流各斷面 均相同，不因時間t 及流程 x 而改變者。

b.定量變速流（steady non-uniform flow）：渠流之流量 Q 及流速 v 不因時間 t 而變，但隨流程 x 而改變者。

c.變量等速流（unsteady uniform flow）：渠流之流量 Q 及流速 v

不因流程 x 而變，但隨時間 t 而改變者。此種水流於渠道中或天 然水道屬罕見。

不因流程 x 而變，但隨時間 t 而改變者。此種水流於渠道中或天 然水道屬罕見。