第二章 文獻回顧與排水設計理論探討
第三節 排水系統設計與測試方法
第三節 排水系統設計與測試方法
歐美給排水系統研究在設計規範方面，起步較日本早，而其排水通氣 系統理論，則由國家給排水配管規範 NPC（National Plumbing Code）收錄 整合，成為世界上重要的參考資料。早期設計理論是依據 1928 年的胡佛規 範（Hoover Code）為標準，此規範在 1940 年參考 Hunter 與 Wyly 的部分 研究成果做為修訂依據，並於 1955 年頒佈後施行至今。[2] [3] [5] [10] [11]
早期排水系統設計方式是以限制排水管容許流量上限做設計，參照理 論做計算的模擬與檢討。在美國是以排水器具單位（Fixture Unit）進行預 測排水流量以決定排水管應設計多大管徑。排水管容許流量設計時檢討的 管路包括水平橫管、垂直立管、通氣立管等。在水平橫管與垂直立管理論 方面，最早為 Dawson-Kalinske(1939)引用曼寧(Manning)的公式推導出計算 模式，而後垂直立管計算理論再由 Wyly-Eaton(1952)推導出立管終端流速理
論。[3] [5]立管終端流速理論據便利性但缺乏對於排水管內之流體特性解析及
對管內空氣壓力變動探討。
其後日本所提出的給排水設計規範 HASS-206 早期仍以排水器具單位 法做管路設計規劃。爾後則針對排水管內之流體特性及管內空氣壓力變動 研究，提出定常流量法再修訂設計規範。日本所給排水設計規範修正流體 特性與同時使用率等問題使其與器具單位法有所區別。
建築物給排水系統由於是採行重力式排水，在排水立管內的變動是由 空氣、水流、污物等交互作用，是混相的流體現象。由於受到重力的條件 限制，在立管方面的研究多採用實體模型來做實驗。
而在排水系統實驗性之研究及測試方法方面，如下列內容所示:
1.排水立管排水流速測定
Wyly 於 1961 年提出排水立管內環狀流的理論之後，1972 年日本學者 後藤與 1973 年美國學者 B.J.Pink 兩者先後都以實驗或理論等方式來計算排 水立管的流速，然其理論均無法確切的推算出論點[4] [5]。之後，日本學者塚
越等於 1981 年採用將鹽水注入排水立管，並在立管兩點間設置細微的電極 感知器，以鹽水導電的原理嘗試求出計算立管流速的可能[5]；而在 1994 年 日本學者? 上等利用排水立管充灌水來量測充水速率，並還原推估為排水 立管內的流水速度。[5]
2.通氣流量測定
排水通氣研究中，單獨量測通氣流量較易於排水流體混相流速之量 測。1973 年 Pink、1974 年 Schlag 等以熱線風速計量測排水通氣管內之空 氣流速，其後日本方面亦沿用此方法量測通氣流量。1988 年齋藤、大塚等 提出通氣流量與管內空氣壓力變動之關係，1996 年鄭政利、鎌田、倉淵等 根據實驗，修正齋藤、大塚等提出的公式，並預測管內平均壓力分布與通 氣流量。[2] [10] [11]
3.排水立管內空氣壓力變動測定
依據 Pink、Schlag 之理論及解析後，相關研究對於通氣流量計測便有 了充分之掌控，故其後的齋藤、大塚等在 1988 年建立 30 公尺之實體模型，
以及實際量測出排水立管管內空氣壓力分布實測圖形並進行解析[3] [15]，此 外，日本 1990 年於住宅都市公團實驗場建構 108 公尺高的排水實驗塔，進 行超高層建築排水立管管內空氣壓力分布解析研究，鄭政利、鎌田、倉淵 等於 1996 年提出排水立管內空氣壓力分布預測模式[14] [15]；同時，英國學者 J.A.Swaffield 等則針對雙管式系統發表相關立管管內壓力預測理論模式與 實驗解析結果[3] [12]。
4.排水橫管般送污物能力
排水橫管與排水立管之組合型態會影響排水立管之排水性能，不當的 設計容易引起排水立管內空氣壓力分布之不正常，更易造成建築物低樓層 衛生器具存水彎產生跳水與破封現象，造成居住環境的衛生問題。而排水 橫管之搬送污物能力為橫管之主要性能，搬送能力的? 弱是橫管最主要的 課題之ㄧ，故橫管必須滿足不能影響立管性能且需有良好的搬送污物能力 等兩項要點。而相關水平橫管性能研究文獻，有鎌田於 1986 提出的最小必 要流速探討以及 L.Galowin 等在 1990 年後陸續發表於 CIB-W62 的論文[7] [13]
[17][18]。
5.建築污水排水立管性能實驗研究
國內建立實尺寸的排水實驗設施以來，逐年針對建築排水立管的性能、
排水橫管的污物搬送性能等進行實驗研究；以單管排水立管系統為基礎， B.J.Pink (1973)
以實驗方法或理論嘗試推導排水立管排水流下
Pink(1973) Schlag(1974)
以熱線風速計，量測排水通氣管內之空氣流速。 L.Galowin (1990)
排水橫管最小必要流速之探討。