建築排水通氣設備系統性能評估與試驗方法之研究(II)

行政院國家科學委員會專題研究計畫 成果報告

建築排水通氣設備系統性能評估與試驗方法之研究(2/2)

計畫類別： 個別型計畫

計畫編號： NSC92-2211-E-011-038-

執行期間： 92 年 08 月 01 日至 93 年 07 月 31 日 執行單位： 國立臺灣科技大學建築系

計畫主持人： 鄭政利

計畫參與人員： 呂文弘、沈明德、何昆錡

報告類型： 完整報告

處理方式： 本計畫涉及專利或其他智慧財產權，1 年後可公開查詢

中 華 民 國 93 年 10 月 28 日

行政院國家科學委員會補助專題研究計畫成果報告

建築排水通氣設備系統性能評估與試驗方法之研究 (2/2)

計畫類別：個別型計畫

計畫編號：NSC92-2211-E-011-038-

執行期間：92 年 8 月 1 日至 93 年 7 月 31 日 計畫主持人：鄭政利

成果報告類型(依經費核定清單規定繳交)：完整報告 處理方式：本計畫可公開查詢

執行單位：台灣科技大學建築系

中 華 民 國 93 年 7 月 31 日

中 文 摘 要

建築物的排水通氣設備系統，最重要的功能在於使排水管內藉著重力 作用而自然流下的污水、雜排水或污物，能順利無障礙地搬送排除到 戶外或進入外部環境排水系統。目前全世界在建築設計上，絕大多數 是以重力式自然流下之排水系統做為建築物之排水設計。重力式排水 系統在建築設計上，由於必須是開放的回路系統，最令人擔憂的就是 衛生方面之問題。排水設備必須能夠有阻絕臭氣與衛生害蟲機能，存 水彎即是阻絕排水管路系統臭氣及害蟲侵入室內的衛生確保機制，而 為了緩和管內空氣壓力變動，使排水管路排水順暢，也同時確保存水 彎水封不致產生破封，通氣管路系統是排水設備整體系統中不可分割 的一部份。本研究之目的即在探討國內建築排水通氣設備系統本土性 問題，以及檢討既有建築排水通氣設備設計方法，從國內外既有研究 文獻與相關規範比較中，整理建築排水設備系統之規劃設計要點與計 算評估方法，同時建立本土可行之建築排水設備系統性能試驗方法。

目前已經完成設定之預期成果，針對國內現況檢討排水設備系統實務

現況問題之解決對策，建立建築垂直立管管內空氣壓力預測模式，進

行實體模型實驗驗證與探討。

Abstract

An aspect of the pressure fluctuations control in the vertical drainage stack wasidentified to be important for the insurance of drainage sanitary performance duringearly empirical studies. It was indicated that chaos plumbing and over-design arefamiliar to the utility services within the building envelope from a domesticinvestigation. Considerable progress has been made in predicting the air pressuredistribution within vertical drainage stack currently. Following the previous research,this paper focuses on an empirical approach to the prediction method of verticaldrainage stack, thus an experimental device which can simulate the middle- heightapartment was set up for endowing the empirical parameters and model verification.As the results, the verification from comparison between measured data andcalculation values reveals that the prediction model can approximately reproduce themean value of air pressure distribution in vertical drainage stack within the conditionsof single point discharge and steady flow.

Keywords: building drainage system, apartment house, trap, seal water

目 錄

中文摘要 --- ^Ⅰ 英文摘要 --- ^Ⅱ 目 錄 --- ^Ⅲ 圖表索引 --- ^Ⅴ

第一章 緒論... 1

1-1 研究背景與目的 ...1

1-2 研究目的 ...2

1-3 研究方法 ...3

第二章 排水系統理論探討與文獻回顧... 6

2-1 文獻回顧 ...6

2-2 設計理論探討 ...12

2-2-1 設計理論發展...12

2-2-2 排水管內容許流量...18

2-3 排水通氣系統分類 ...19

2-3-1 排水通氣系統的種類...19

2-3-2 污水、雜排水的裝置...23

2-4 國內住宅建築排水通氣系統現況掌握 ...28

2-4-1 案例調查方式與基本資料說明...28

2-4-2 案例調查結果分析...31

2-4-3 排水通氣系統相關法規規範...35

2-5 日本建築排水試驗的狀況 ...37

2-5-1 性能試驗發展概要和研究狀況...37

2-5-2 性能試驗的量測規範和測定實例...39

2-6 單管式系統排水立管內空氣壓力分布理論 ...41

2-6-1 單管式系統空氣壓力分布理論...41

2-6-2 單管式系統排水通氣性能現象...44

2-7 雙管式系統排水立管內空氣壓力分布預測推導 ...47

2-7-1 單雙管系統排水系統管路之區別...47

2-7-2 雙管式系統通氣性能實驗設計...48

3-1-2 排水實驗內容和測定項目...63

3-1-3 排水實驗操作與單管解析流程...64

3-2 單管式系統排水實驗初步資料 ...66

3-3 雙管式系統排水實驗 ...69

3-3-1 雙管式系統實驗裝置氣密試驗...69

3-3-2 雙管式系統五種通氣型式試驗...69

3-3-3 雙管式系統實驗初步資料...71

3-4 水平排水橫管實驗設施與實驗方法 ...77

3-4.1 實驗設施概要 ...77

3-4-2 實驗設施性能檢定...89

3-4-3 試驗項目與方法檢討...91

3-4-4 初步實驗結果...91

3-5 小結 ...93

第四章 排水立管定流量實驗資料解析... 94

4-1 單管式系統實驗解析 ...94

4-1-1 單管式系統預測模式解析...94

4-1-2 單管式系統實驗結果驗證...99

4-2 雙管式系統實驗解析 ...102

4-2-1 雙管式系統五種通氣型式試驗解析...102

4-2-2 雙管式系統最大負壓力推算... 110

4-2-3 雙管式系統最大正壓力推算... 113

4-2-4 雙管式系統空氣壓力預測公式與驗證... 115

4-3 小結 ...121

第五章 結論及建議... 122

5-1 結論 ...122

5-2 建議 ...123

符 號 表...125

參 考 文 獻...126

圖 目 錄

圖 1-3-1 研究架構流程與工作要點組織...4

圖 1-3-2 排水實驗裝置系統圖...5

圖 2-2-1 排水管內水流動的主要型態...13

圖 2-2-2 管內負壓與存水彎破封的關係圖...16

圖 2-2-3 管內負壓與存水彎破封的變化圖]...16

圖 2-2-4 管內正壓與存水彎破封的關係圖...17

圖 2-2-5 管內正壓與存水彎破封的變化圖...17

圖 2-3-1 建築排水通氣系統分類...21

圖 2-3-2 建築排水形式分類...22

圖 2-3-3 排水通氣型式分類...23

圖 2-3-4 通氣管種類 ^] ...27

圖 2-4-1 個案登錄分類整理...28

圖 2-4-2 工地訪談照片...28

圖 2-4-3 台灣地區建築排水通氣系統型式設計現況...33

圖 2-4-4 日本 HASS 206 和 HASS 218 規範 ...35

圖 2-5-1 日本不同單位的排水試驗塔...37

圖 2-5-2 日本住宅都市公團 108 公尺實驗塔...38

圖 2-5-3 封水強度和腳斷面積比[E-1] ...39

圖 2-5-4 管內壓力的計測實例...40

圖 2-5-5 Pmax 和 Pmin 的壓力分布實例 ...40

圖 2-6-1 垂直立管管內壓力預測模式分區概念圖...41

圖 2-6-2 建築排水立管內排水流體現象概念圖...45

圖 2-7-1 雙管式系統實驗設計流程...49

圖 2-7-2 雙管式實驗示意圖...50

圖 2-7-3 五種配置型式概念圖...51

圖 3-1-1 台灣科技大學排水實驗塔建置現況照片...53

圖 3-1-2 實驗塔立面圖...54

圖 3-1-3 實驗塔平台標準層平面圖...55

圖 3-1-4 實驗平台第二層平面圖...55

圖 3-1-5 排水實驗塔之給水及排水系統構成圖...56

圖 3-1-6 雙管實驗給排水設備系統昇位圖...57

圖 3-1-7 排水實驗測定儀器系統構成圖...58

圖 3-1-11 雙管排水立管與通氣立管構造圖...61

圖 3-1-14 實驗操作流程圖...64

圖 3-1-15 實驗解析流程圖...65

圖 3-2-1 單管系統氣密試驗...66

圖 3-2-2 原始資料 11F 壓力變動...67

圖 3-2-3 原始資料 10F 壓力變動...67

圖 3-2-4 原始資料 10F 壓力移動平均...67

圖 3-2-5 單管系統空氣壓力分布圖組...68

圖 3-3-1 雙管系統氣密試驗...69

圖 3-3-2 雙管排水實驗各型式閥門控制...70

圖 3-3-3 原始資料 T5 壓力變動 ...71

圖 3-3-4 原始資料 T5 壓力移動平均 ...71

圖 3-3-5 雙管系統 Type 1 空氣壓力分布圖組 ...72

圖 3-3-6 雙管系統 Type 2 空氣壓力分布圖組 ...73

圖 3-3-7 雙管系統 Type 3 空氣壓力分布圖組 ...74

圖 3-3-8 雙管系統 Type 4 空氣壓力分布圖組 ...75

圖 3-3-9 雙管系統 Type 5 空氣壓力分布圖組 ...76

圖 3-4-1 衛生管路實驗場空間建置前概況...77

圖 3-4-2 實驗空間說明與實驗平台位置...78

圖 3-4-3 實驗平台 2~5 層平面圖...79

圖 3-4-4 實驗平台各向立面圖...80

圖 3-4-5 衛生管路實驗排水立管系統圖...81

圖 3-4-6 實驗設施構成圖...82

圖 3-4-7 量測儀器構成圖...83

圖 3-4-8 實驗平台設施構造圖...84

圖 3-4-9 實驗平台設施照片...84

圖 3-4-10 實驗平台各層設施構造圖...85

圖 3-4-11 實驗設施立管管路正向構造圖...86

圖 3-4-12 實驗設施立管配管細部構造圖...87

圖 3-4-13 建築排水控制儀器軟體畫面...87

圖 3-4-14 建築排水實驗影像監測軟體畫面...88

圖 3-4-15 日本學者專家蒞臨指導...88

圖 3-4-16 設施與儀器操控教育訓練過程...88

圖 3-4-17 三立管之氣密試驗流程圖...89

圖 3-4-18 氣密試驗結果...89

圖 3-4-19 壓力感知器校正流程...90

圖 3-4-20 單管式排水立管污物搬送距離...92

圖 3-4-21 特殊接頭排水立管污物搬送距離...92

圖 4-1-1 ? _A 和 A 區長度關係散佈圖(A 區) ...95

圖 4-1-2 ? _B 和 Qa 關係散佈圖(B 區)...95

圖 4-1-3 ? _B 和 Qw 關係散佈圖(B 區)...95

圖 4-1-4 PB 和 L ^0.7 關係散佈圖(B 區) ...95

圖 4-1-5 B 區空氣壓力分布曲線預測方法示意圖 ...96

圖 4-1-6 CL 和 Qw 關係散佈圖(B 區)...97

圖 4-1-7 CB 和 Qa 關係散佈圖(C 區)...97

圖 4-1-8 a、b 式係數和 Qw 關係散佈圖(C 區) ...97

圖 4-1-9 ? _D 和 FL×Qw 關係散佈圖(D 區) ...97

圖 4-1-10 排水立管內空氣壓力計算流程圖...98

圖 4-1-11 P _A 驗證圖 ...99

圖 4-1-12 P _B 驗證圖 ...99

圖 4-1-13 P _D 驗證圖...99

圖 4-1-14 CB 驗證圖...99

圖 4-1-15 Qa 驗證圖 ...100

圖 4-1-16 12 樓排水實測與預測曲線圖...101

圖 4-1-17 11 樓排水實測與預測曲線圖...101

圖 4-1-18 10 樓排水實測與預測曲線圖...101

圖 4-1-19 9 樓排水實測與預測曲線圖...101

圖 4-1-20 8 樓排水實測與預測曲線圖...101

圖 4-1-21 7 樓排水實測與預測曲線圖...101

圖 4-2-1 T1 排水負壓力倍數分布圖...103

圖 4-2-2 T1 排水正壓力倍數分布圖...103

圖 4-2-3 T1 排水壓力分布比較圖...104

圖 4-2-4 T1 排水壓力平衡示意圖...104

圖 4-2-5 T2 排水壓力分布比較圖...105

圖 4-2-6 T2 排水壓力平衡示意圖...105

圖 4-2-7 T3 排水壓力分布比較圖...106

圖 4-2-8 T3 排水壓力平衡示意圖...106

圖 4-2-9 T4 排水壓力分布比較圖...107

圖 4-2-10 T4 排水壓力平衡示意圖...107

圖 4-2-11 T5 排水壓力分布比較圖...108

圖 4-2-12 T5 排水壓力平衡示意圖...108

圖 4-2-13 雙管實驗通氣流量比較圖...109

圖 4-2-14 雙管負壓力推估概念... 110

圖 4-2-18 T5 負壓力曲面圖... 111

圖 4-2-19 負壓力倍數 ß 曲面圖... 112

圖 4-2-20 T1 排水負壓力倍數分布圖... 112

圖 4-2-21 T1 排水正壓力倍數分布圖... 112

圖 4-2-22 雙管正壓力推估流程與修改方案... 114

圖 4-2-23 正負壓力關係概念... 114

圖 4-2-24 正負壓力差曲面圖... 114

圖 4-2-25 Type 1 最大負壓驗證 ... 119

圖 4-2-26 Type 1 最大正壓驗證 ... 119

圖 4-2-27 Type 2 最大負壓驗證 ... 119

圖 4-2-28 Type 2 最大正壓驗證 ... 119

圖 4-2-29 Type 3 最大負壓驗證 ...120

圖 4-2-30 Type 3 最大正壓驗證 ...120

圖 4-2-31 Type 4 最大負壓驗證 ...120

圖 4-2-32 Type 4 最大正壓驗證 ...120

圖 4-2-33 Type 5 最大負壓驗證 ...120

圖 4-2-34 Type 5 最大正壓驗證 ...120

表 目 錄

表 2-2-1 National Plumbing Code 設計理論架構演變 ...13

表 2-2-2 建築排水系統性能理論研究之演變...14

表 2-3-1 排水的種類...19

表 2-3-2 各種配管材料之比較...23

表 2-3-3 各種形式的存水彎...25

表 2-4-1 案例調查之地點分布及分布數量...29

表 2-4-2 案例調查之樓層規模分布及分布數量...30

表 2-4-3 案例調查之設計時間分布及分布數量...30

表 2-4-4 排水通氣系統形式分類統計...32

表 2-4-5 通氣立管型式分類統計...33

表 2-4-6 住宅排水衛生設備相關國家標準彙整...36

表 3-3-1 雙管實驗名稱整理表...70

表 3-4-1 衛生管路性能實驗儀器設施一覽表...81

表 4-1-1 各樓層排水之伸頂通氣管高度...94

表 4-1-2 單管預測 Qa 值 ...98

表 4-2-1 Type 2 與 Type 3 正壓力值比較表 ...106

表 4-2-2 Type 2 與 Type 3 排水立管內通氣流量 Qa 比較表 ...106

表 4-2-3 設計因子 FL 與 Qw 組合方式 ... 113

表 4-2-4 雙管負壓力預測公式迴歸分析各項檢定... 116

表 4-2-5 雙管正壓力預測公式迴歸分析各項檢定... 117

表 4-2-6 雙管負壓力預測公式係數表... 117

表 4-2-7 雙管正壓力預測公式係數表... 117

表 4-2-8 雙管空氣壓力預測公式表... 118

第一章 緒論

1-1 研究背景與目的

建築給排水設備是國人日常生活不可或缺之重要設備之一，設備 性能品質的好壞關係到國人健康與安全衛生之基本生活課題。落實建 築給排水衛生設備之正確設計規劃概念，正本清源，必須先解決隱藏 且容易被忽視之排水通氣設備系統的性能問題。在全球化與重視地球 環境課題下，政府致力於推動綠建築政策，除了強調省能源、省資源 外，全面提升建築品質更是建築產業努力的目標。本研究在此時機配 合國家建築產業之發展趨勢，提供建築排水通氣設備系統之適用性能 評估方法，與建築整體系統相關課題研究之參考，將以往比較容易被 忽視的建築設備項目，逐漸納為建築品質指標之一。

建築設備的內容包羅萬象，也涉及廣泛的專業領域知識，而國內 一直缺乏對建築給排水設備方面有體系的基礎研究與問題探討。國內 的排水系統設計配置，大多將其隱藏於看不見的地方，而排水配管仍 多以埋管方式設計，使一般民眾日常使用階段經常忽略其重要性。根 據本研究團隊前期針對建築設備管線生命週期調查研究成果顯示，國 內多數公寓式住宅建築於完工後 2 至 3 年期間，即有因給排水設備管 路問題而進行修繕更新之案例；而在完工後 10 年到 15 年間，給排水 設備管路拆除更新的案例更達到尖峰。不僅使居住環境衛生品質低 落，此現象所造成的能源資源浪費情況不容小覬。小規模或低樓層建 築物的排水通氣設備系統問題，比較容易利用配管空間及系統修正處 理，所以不易凸顯問題的嚴重性；但在建築密集化與高層化之後，如 不能在設計階段正確規劃與適切評估，其後日常使用階段所產生的環 境衛生問題與使用障礙，將難以輕易修繕，同時無法彌補使用者健康 上的損失。

建築排水目前絕大多數都是採用重力式自然排水方式設計，主要

機制是利用重力作用將建築物內部衛生器具所排放之建築污水、雜排

水及污物，利用排水設備管路系統將污水排流至建築物污水處理設施 或都市污水下水道系統，最後再排放至自然河川水體。建築排水通氣 設備系統的設置，除確保順暢地排水外，還必須防止排水管內部臭氣 逸散至室內，以及有害人體健康的蚊蟲、老鼠、蟑螂及病菌等侵入，

確保居住環境衛生；普遍裝置於建築物用水設備或衛生器具排水流入 部位的存水彎，即是確保建築室內環境衛生免於污染的機制。台灣地 區中高層建築物的高樓層與低樓層部位，一般都存在著衛生排水器具 存水彎破封之居室衛生問題，由於存水彎破封現象不易發覺，這類問 題一直無法得到重視與合理的解決，即使目前標榜高品質建築產品也 存在這樣的問題。

1-2 研究目的

為提升整體建築系統規劃設計品質，必須正視建築排水設備系統 對整體建築物性能的影響，本研究及嘗試建立建築排水設備系統性能 評估方法，以及本土化之建築排水通氣設備系統設計技術規範。本研 究二年計畫期間，分別探討本土建築排水通氣設備系統之課題，並建 立其性能試驗方法，將可提供國內未來研擬本土化設計技術規範之參 考。具體之計畫目的簡述如下：

1.檢討既有建築排水通氣設備設計方法，探討國內建築排水通氣設 備系統本土性問題，參考國內外研究文獻與相關規範，整理建築 排水設備系統之規劃設計要點與設計評估方法，並建立本土化可 行之建築排水設備系統性能試驗方法。

2.針對重力式排水垂直立管之管內空氣壓力分佈與排水流速，整理

理論計算方法並進行實驗驗證，將排水垂直立管之流體現象與管

內空氣壓力分佈現象明確化，提供國內排水垂直立管系統性能評

估，以及研議衛生器具存水彎破封問題對策之參考。

能力明確化，提供國內排水水平橫管系統性能評估，以及一般容 易發生的管路阻塞問題對策之基本參考。

4.綜合檢討建築排水設備系統規劃設計課題與性能試驗方法，整理 排水設備系統實務現況問題之解決對策，建立建築排水設備系統 性能試驗方法與累積本土化試驗基礎資料。

1-3 研究方法

本研究首先將從既有研究文獻回顧與基礎資料蒐集著手，回顧國 外相關研究文獻之脈絡，並整理國內外可供建築設計決策參考之評估 方法與計算體系；其次，針對排水通氣設備系統規劃設計中最重要之 性能項目，包括通氣管系統、垂直立管系統以及水平橫管系統之性 能，建構實體實驗模型進行測試，並探討性能試驗方法。歐美日本等 先進國家雖然已經建立相當程度之設計規範體系，但是基於國情不 同、生活習慣及各方面之技術成熟程度差異，我們必須掌握國內建築 實務設計規劃上之差異，釐清本土化問題及可行之應用技術規範，才 能有效解決建築排水通氣設備系統問題，提升整體建築規劃設計品質 與技術水準。因此，國內外相關設計規範計算理論的檢討，以及設計 方法的整理，將有助於國內建立排水通氣設備系統性能評估方法；同 時，深入國內建築實務排水通氣設備系統現況的調查與分析，也有助 於明確研究對象與掌握重要本土問題核心。

在建築物內之重力式排水系統中，排水配管內（特別是垂直立管

內之排水流動）是極為複雜之混相流體現象，包含了空氣、污水及固

體污物，即使是當前最先進之數值解析理論，也尚未完全適用與協助

解決。同時，由於排水立管內混相流體是重力所支配的現象，採用縮

尺模型來進行研究非常困難，依據文獻的研究方法顯示，主要還是採

用實體模型實驗的研究成果發表較多。根據相關研究與文獻之彙整內

容可以發現，建築排水設備系統之物理性能實驗研究內容，大致上可

分為下列五個部位：1.通氣管部份之通氣性能、2.水平橫支管到立管

之排水性能、5.排水立管內壓力變動與存水彎水位變動之關連探討。

根據本研究之目的及計畫目標，最後將綜合整理建築排水通氣設 備系統之整體性能評估課題與試驗方法，歸納建築排水設備系統設計 規範與計算理論體系，整理排水設備系統實務現況問題與解決對策，

建立建築排水設備系統性能試驗方法與累積本土化試驗基礎資料，以 完成本研究之既定研究目標。

建 築 排 水 系 統 性 能 評 估 與 試 驗 方 法 之 研 究

既 有 研 究 文 獻 回 顧 與 基 礎 資 料 蒐 集

規 範 計 算 理 論 檢 討 設 計 方 法 問 題 整 理

通氣管通氣 性能檢討 橫支管排水 性能檢討 垂直立管 性能檢討 水平橫管 性能檢討 存水彎與壓 力變動檢討 實 驗 模 型 建 置

試 驗 方 法 檢 討

試 驗 對 象 決 策

垂 直 立 管 性 能 試 驗

• 測 試 資 料 解 析

• 試 驗 方 法 檢 討 實 驗 與 分 析 現 況 調 查

水 平 橫 管 性 能 試 驗

• 測 試 資 料 解 析

• 試 驗 方 法 檢 討 實 驗 與 分 析 垂 直 立 管 性 能 評 估

方法探討

彙 整 與 評 估

水 平 橫 管 性 能 評 估 方法探討

彙 整 與 評 估

綜 合 歸 納 建 築 排 水 系 統 性 能 評 估 方 法

︵ 第一年度 ︶ ︵ 第二年度 ︶ 垂直排水立管性能評估與試驗方法建立 水平排水橫管試驗與綜合排水性能評估方法建立

1F 2F 3F 4F 5F 6F 7F 8F 9F 10F 11F 12F 13F

3000 3000 30 00 3000 3000 3000 3000 3000 3000 3000 3000 3000

P P

P P

P

P

P P W

P

P

P

P 空氣壓力感知器

（ 各層安裝）

熱線風速感知器 給水流量計

高架水塔

沖水馬桶

洗 臉 盆 地板排水

循環蓄水槽 給水閥門

揚水馬達

圖 1-3-2 排水實驗裝置系統圖

第二章 排水系統理論探討與文獻回顧

2-1 文獻回顧

近代給排水衛生系統之發展，歷經了約一個世紀的時間才建立成 形，其雛形可追溯到英國，是以上下水管道為基礎結構。在鼠疫及十 八世紀的產業革命之後，人類的生活習慣發生變化，在屋內設置用水 衛生器具的設計變革，是促成近代給排水衛生系統形成的主要動力。

在發展過程中，供(熱)水系統的對象是清水，性質單一，輸送形態是 壓力送水（滿流）方式，設計上採用一般流體力學理論即可對應；然 而，在排水系統方面，搬送的對象是污水，其中所含的污雜物體不一，

且輸送方式為非壓力送水（非滿流），另外還必須設置防止管內污濁 氣體外漏的機制，這樣一來，要掌握管內的實際情況，就變得困難度 大增，設計上主要仍是憑藉經驗的累積予以對應。為了防止排水管內 污染氣體侵入室內，人們採用了存水彎(trap)裝置，結構形式具有多 種式樣，大致分為水封式和機械式，但機械式存水彎長期使用後難免 會出現故障，因而一直未被廣範的採用，而不含機械可動機置的水封 式存水彎則被沿用迄今。

在美國，為了防止管道在寒冷的天氣凍結，要求排水系統的設計 必須安裝在室內，在超高層建築的規劃中，排水系統所佔用的配管空 間，即演變成為縮減室內可用面積的重要問題，成為建築師必須面對 的設計重點課題，迫使美國開始嘗試建立新的設計理論；而於二十世 紀初，英國所建立的給排水技術體系，是以中低層建築為適用對象，

設計經驗論上略有不同。歷經長時間的研究，立基在實驗的基礎上，

建築排水領域發展出以排水橫管的管徑、斜率等作為參數檢討排水

量，再以排水立管的管徑、流速為參數而求得排水、通氣流量的計算

管內壓力的規定值，相對於存水彎最小水封深度 50mm，其壓力允許 值為 245Pa (25mmAq)，並根據通氣方式規定排水橫管、排水立管的 充水率；實務上，為防止因自我虹吸作用產生破封的問題，則另以設 置通氣管方式應對之。

大約自 1920 年開始，美國的先進技術被介紹到日本；繼之在第 二次世界大戰後，日本從參與駐日美軍軍事設施的建設過程中，感受 到美國在該領域的先進技術，並激發起吸收引進的決心。因應東京奧 運會的來臨，以及大量集合住宅建設的需求，也促進日本技術標準的 制定工作；1967 年，日本國內第一部建築給排水規範 HASS 206 被制 定出來，是以美國的 NPC 為範本轉換而成，為了在方法上適應日本 國情，歷經幾次的改修，內容也隨之逐漸充實。

以全球的發展而言，自 1960 年起，集合住宅的興建逐漸增多，

建築排水設計上，伸頂通氣方式的排水系統雖可用於低、中層建築 物，但是對於高層建築物，其排水能力卻出現問題。隨之在 1960 年 代 末 ，具 有 革新意義且能使排水能力增大的單一立管排 水系 統

（SOVENT 特殊管接頭）被開發出來，於 1970 年初開始被引進日本，

同時又有多種類似系統開發成功，繼而在高層集合住宅、飯店建築上 被廣泛採用，這類系統被稱為特殊管接頭排水系統，其設計方法因設 計要領而有不同。在此同時，美國地區並沒有使用特殊管接頭排水系 統，所以也較缺乏理論分析基礎，而日本在引進此系統之後，便獨自 發展設計方法；日本空氣調和、衛生工學會的給排水衛生系統委員會 裏，另外成立了“排水通氣小委員會”、“集合住宅排水系統小委員 會”，在都市基盤整備公團和各生產廠商的協助下，制訂出集合住宅 排水立管系統的排水能力試驗法(HASS218)的草案，經規格委員會的

“集合住宅排水系統的排水能力試驗法小委員會”的審查後，在 2000 年正式制定完成。同時納入 HASS206 的修訂版本，確立了排水能力 和設計法的關係 ^[A-1] 。

台灣在建築領域有關排水系統之研究，相形之下顯得相當稀少，

既有文獻中也局限於使用後評估調查與定性檢討之研究，實驗性與基 礎理論之研究幾乎闕如；建築設備教科書或相關專業書籍之所引述或 摘錄排水相關系統設計方法與規範，則多沿用美國或日本方面之規範 與技術資料，大致上雖可符合性能設計之需求，但就整體性發展而 言，畢竟仍缺乏台灣地區排水通氣系統上的本土問題解析、對策評估 及對應策略之規劃。

台灣既有建築排水通氣系統或設備的研究文獻顯示，曾於 1987 年嘗試引進日本給排水衛生設備規準•同解說 HASS 206 及美國 National Plumbing Code，並參酌台灣本地實際需求，規劃給排水衛生 設備技術規範草案，內容涵括排水負荷設計計算、機器材料與施工及 試驗檢查等範圍，以對應自規劃設計開始至施工檢驗完成之各個階段 中，各專業技術人員的不同需求。但是，相關行政機關未將本草案見 諸法制化，以至大多數建築個案之建築排水通氣設備設計，主要仍是 依循建築技術規則相關規定而設計，部分再將前述國外各類規範的指 針內容納入參考。另對於建築物衛生設備配管系統的使用課題，也曾 經有學者加以記錄 [A-2] [A-3] [A-4] [A-5] [A-6] [A-7]

。

本研究在進行設計、施工和使用等層面探討時，也一併針對建築 物排水配管漏水及阻塞原因進行檢討，同時藉由訪談和施工現場紀錄 進一步了解不同階段的問題與原因，包括管材選擇及其強度要求與使 用壽命、配管設計與接頭配件之耐壓性能、施工技術不佳及現場管理 不當、衛生器具使用不當及缺乏清潔維護管理等。

此外，有關集合住宅設備系統相關法令規範現況的研究成果顯

示，國內對於中高層、高層住宅設備系統（包括排水通氣設備）的研

究成果極其匱乏，同時法令規定老舊且分散冗多，例如建築技術規則

僅對排水管路的水壓試驗、貫穿防火區劃使用不燃材料管材、溫排水

用時機等略加規範，著實無法滿足設計作業參考之需求。

本研究主要研究內容涉及排水通氣系統的性能解析，因此必須預 先了解建築排水系統的既有研究發展成果、發掘實務上面臨的問題，

以及國際間對於排水通氣的相關研究課題和發展方向。國際間建築排 水相關的文獻與其成果摘述如下：

一、排水通氣系統的設計理論與系統分類相關研究和論文：

1.中華民國建築學會，1987， 〈給排水衛生設備技術規範〉，中華民 國建築學會編。本文參酌台灣本地實際需求，規劃給排水衛生設 備技術規範草案，內容涵括排水負荷設計計算、機器材料與施工 及試驗檢查等範圍，本研究參酌其對排水系統分類的相關定義來 做現況掌握的分類。本研究引用其對排水系統分類的定義，引用 在論文的第二章第三節排水通氣系統分類中。

2.? 上恭助，2001， 〈排水系統的現狀和課題〉 ，亞洲地區建築給排 水國際研討會論文集。本文包括給排水系統的成立、美日的排水 系統。本研究參酌並節錄其關於排水系統的歷史回顧等。本研究 引用在論文的第二章第一節文獻回顧。

二、排水通氣設備性能實驗相關研究：

1.須田宗夫，前田良隆，? 上恭助，2001， 〈建築排水實驗的量測系 統〉，亞洲地區建築給排水國際研討會論文集。本文包括以日本 為例關於計測系統的構成、測定結果的實例等。本研究參酌並節 錄其關於排水實驗的相關內容，以作為建構實驗設施的參考。本 研究引用在論文的第二章第五節日本排水實驗的狀況。

2.鄭政利，1995， 〈超高層住宅重力式排水系統管內壓力預測之研 究〉 ，東京大學建築專攻工學博士論文。本文包括實驗測定介紹、

測定結果解析、壓力分布的預測和檢証等。本研究參考此論文以

進行實驗設施的建構，並對提出之排水垂直立管管內空氣壓力變

動理論和預測模式的推算，代入本研究相關數值的推算，以獲得

不同實驗規模的成果和比較。本研究引用在論文的第二章第二節 設計理論探討和第四章第三節實驗結果的驗證上。

3.空氣調和•衛生工學會，1999， 〈集合住宅排水立管系統的排水能 力試驗法•同解說 HASS-218〉 ，空氣調和•衛生工學會編。本研 究參酌的內容包括排水實驗的用語定義、試驗裝置、試驗方法和 一般事項等。本研究引用在第三章第一節實驗裝置和測定條件 上。

三、排水通氣系統調查相關研究與問題檢討：

1.江哲銘，1995， 〈集合住宅管線系統調查與設置準則之研究〉 ，中 華民國建築學會，內政部建築研究所委託。本文包括各種水、強 弱電配管和設備設置的法規整理、現況調查和問題探討。本研究 引用在第二章第四節國內住宅建築排水通氣系統現況掌握上。

2.杜功仁，2001， 〈台灣集合住宅浴廁給排水配管方式之比較研究〉 ， 亞洲地區建築給排水國際研討會論文集。本文包括國內給排水配 管的方式和做法，改良的方式和彼此的成本效益分析。

四、排水通氣設備展望與進行中的相關研究：

1.? 上恭助，2001， 〈排水系統的現狀和課題〉 ，亞洲地區建築給排 水國際研討會論文集。本文包括排水系統的動向和國際間的展 望。

2.楊逸詠，1998， 〈建築構法在綠建築中技術之應用〉 ，內政部建築 研究所。本文包括應用在系統化工法和綠建築手法的方式。

3.仲石正雄，河村憲彥，2001， 〈特殊接管排水系統的技術特性與未

來動向〉，亞洲地區建築給排水國際研討會論文集。本文包括單

管系統的定位、研究狀況、水流控制方式、設計標準和特殊管的

給排水國際研討會論文集。本文包括通氣閥的構造、機能和通氣 性能的實驗。

5.清水康利，高良佳充，松下幸之助，後藤文? ，2001， 〈廚餘絞碎 機（鐵胃）用於建築排水系統的性能〉，亞洲地區建築給排水國 際研討會論文集。本文包括廚餘絞碎機的運作方式、搬運的實驗 和結果等。

6.日本廁所協會，2000， 〈第十六回全國廁所研討會資料集〉，日本

廁所協會編。本文包括環太平洋國家廁所現況、廁所調查、新設

備的介紹等。

2-2 設計理論探討 2-2-1 設計理論發展

美國在建築物排水、通氣系統的設計理論，在給排水設計規範 NPC（National Plumbing Code）中有詳細之解說與記載，目前仍是世 界各國重要之參考基準與規範。美國最早之排水設計理論與方法，大 約是根據 1928 年的胡佛規範（Hoover Code） ，再於 1940 年參考當時 Hunter ^[B-1] 與 Wyly 之部分研究成果全面加以修訂，並於 1955 年頒 佈，且大抵沿用至今。

早期排水通氣系統設計方法的架構，首先是針對排水管各部位之 容許上限流量，根據理論計算模式之模擬與實驗參數之設定，進行預 測檢討與設計決定；在此設計方法體系中，美國係以「排水器具單位

（Fixture Unit）」作為排水流量模擬預測與排水管徑決定之依據。排 水器具單位係以標準洗臉盆的最大排水流量，每分鐘 28.5 公升作為 1 單位，用於換算其他設備器具之最大流量之基準單位，設計時根據各 設備之器具單位合計值，作為計算排水管各部位之排水負荷流量之依 據；其次，則必須決定排水管各部位之容許流量，以作為決定管徑大 小之依據，而排水管容許流量確認的部位包括水平橫管、垂直立管、

通氣管等。水平橫管與垂直立管之計算理論與解析部分，最早係由 Dawson-Kalinske(1939)引用水理學上曼寧(Manning)的公式所推導之 模式，之後垂直立管之計算理論經 Wyly-Eaton(1952) [B-2] [B-3]

之檢討 與解析，推導出重要之立管終端流速理論，並成為日後排水立管理論 解析之重要參考。

上述之設計方法在實用上因有其便利性而被廣泛應用，但是比較

缺乏對於排水管內之流體特性及管內空氣壓力變動之考慮。日本之給

排水設計規範 HASS-206 早期基本上也是採用美國 NPC 之排水器具

水設計規範 HASS-206 的定常流量法之計算與排水器具單位法，主要 之不同在於器具排水特性及同時使用率方面之修正，在容許流量方面 之規定則大致類似。

在建築物內之重力式排水系統，排水管特別是垂直立管內之排水 流動是極為複雜之混相流體現象，如圖 2-2-1，包含了空氣、水及固 體污物，同時也由於是重力所支配之現象，採用縮尺模型來進行研究 非常困難，過去之研究文獻主要在實體模型實驗成果上發表較多。

排水在橫管內的流動型態 排水在立管內的流動型態

流 動 方 向 流動方向

圖 2-2-1 排水管內水流動的主要型態 ^[C-1]

根據早期美國 NPC（National Plumbing Code）採用之 Wyly-Eaton 所推導之理論公式，其後之研究文獻大多沿用此理論基礎，並導向利 用實體模型進行實驗來驗證理論之研究方向。

表 2-2-1 National Plumbing Code 設計理論架構演變

•排水管各部位之容許上限流量由排水系 統之預測檢討與設計來決定

美國「排水器具單位」作為排水流量 預測模擬與排水管徑決定之依據

•排水管容許流量確認的部位 水平橫管、垂直立管、通氣管等

•水平橫管與垂直立管之計算理論與解析 Dawson-Kalinske(1939)引用水理學上 曼寧(Manning)公式推導之模式。

•立管終端流速理論 垂直立管之計算理論經

Wyly- Eaton(1952)之檢討與解析

排水系統實驗性之研究及技術發展，在排水立管排水流下速度的 測定方面，根據 Wyly(1961) 提出的立管內環狀流理論，日本的後藤

（1972），美國的 B.J.Pink(1973) ^[B-4] 等學者均曾經以實驗方法或理論 推導嘗試求出排水立管排水流下速度，但是並無明確定論。之後，日 本的塚越等(1981) [B-5] [B-6]

以鹽水投入並利用設置於立管兩點間之微 小電極感知器測定排水流速，? 上等 (1994)利用立管內充水率之測 定，來推算排水流速等等之嘗試與實驗，這其間還有其他試圖解明關 於排水終極流速之論述被發表，但是至今也仍無明確定論。

通氣流量之測定方面，Pink(1973) ^[B-4] 、Schlag(1974)等學者以熱 線風速計，量測排水通氣管內之空氣流速，日本方面之實體模型實驗 基本上也是沿用此測試方法，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、鎌田、倉淵等 [B-7] [B-8] [B-9] 根據 實驗修正公式，預測管內平均壓力分佈與通氣流量。

排水垂直立管內空氣壓力變動之測定方面，根據 Pink、Schlag 之 理論及實驗解析，1988 年齋藤、大塚等 [B-10] [B-11]

建立 30 公尺左右之 實體模型，量測出立管管內壓力分佈實測圖形，並進行相關之解析與 探討，1990 年於日本住宅都市公團實驗場建造 108 公尺排水實驗塔，

測試解析超高層建築排水立管之壓力分佈，1996 年鄭、鎌田、倉淵 等根據實驗解析結果，提出立管內空氣壓力分佈預測模式。同一時 期，英國方面之學者 J.A.Swaffield 等 [B-12] [B-13] 也發表了相關立管內壓 力預測理論模式與實驗解析結果。

排水橫管之型態對於立管之排水性能有相當大之影響，不良之設

計會造成立管內不正常之逆壓，間接引起建築物低層部器具存水彎產

生跳水與破封現象，造成居室環境嚴重之衛生問題。另外，排水橫管

之搬送污物能力問題，也是排水系統中重要之課題，而同時被檢討。

研究主題 研究人員 主要研究內容 排水立管排水流

下速度測定

後藤（1972）、

B.J.Pink (1973)

以實驗方法或理論嘗試推導排水立管排水流 下速度

塚越(1981) 以鹽水投入於立管兩點間之微小電極感知器

測定排水流速

? 上(1994) 利用立管內充水率之測定推算排水流速

通氣流量之測定 Pink(1973) 、 Schlag (1974)

以熱線風速計，量測排水通氣管內之空氣流 速

齋藤、大塚（1988） 提出通氣流量與管內空氣壓力變動之關係 鄭、鎌 田、 倉淵等

（1996）

根據實驗修正公式，預測管內平均壓力分佈 與通氣流量

排水垂直立管內 空氣壓力變動之 測定

齋藤、大塚（1988） 建立 30 公尺左右之實體模型，量測出立管管 內壓力分佈實測圖形及解析與探討

1990 年建造 108 公尺排水實驗塔，測試解析 超高層建築排水立管之壓力分佈

鄭、鎌 田、 倉淵等

（1996）、

J.A.Swaffield（1996）

根據實驗解析結果，提出立管內空氣壓力分 佈預測模式

立管內壓力預測理論模式與實驗解析結果 排水橫管之搬送

污物能力研究

鎌田（1986）

L.Galowin（1990）

排水橫管最小必要流速之探討

建築物之排水管內排水的流動，特別是在垂直立管內藉自由落體 順勢排下之排水有著複雜的流體現象，同時也會誘發管路內空氣壓力 的變動，建築物高度越高，則由排水流體位能轉換之動能就越大，誘 發之管內壓力變動也越大。

當排水負荷自建築物之高層部位向下排出時，將同時誘引通氣管

內之空氣流入排水管，在排水負荷層正下方因自由落下排水加速牽引

而形成管內負壓現象，容易造成吸入存水彎之水封而導致吸引破封現

象，如圖 2-2-2 和 2-2-3 所示。

圖 2-2-2 管內負壓與存水彎破封的關係圖

1.正常情況 2 立管排水時產生壓力變動 3.存水彎的水封被負壓吸引

4.立管恢復正常壓力後 5.殘存的水封無法確保衛生

圖 2-2-3 管內負壓與存水彎破封的變化圖 ^[E-1]

當排水落下接近排水橫主管部位時，由於減速並產生水跳現象

（hydraulic jump），形成相反之正壓，正壓推擠水封而容易導致低層

部衛生器具存水彎的噴出破封現象，如圖 2-2-4 和 2-2-5 所示。

圖 2-2-4 管內正壓與存水彎破封的關係圖

1.正常情況 2.橫管受水跳產生的正壓影響 3.正壓增加，空氣推擠水封

4.水封溢出 5.噴出後,造成封水破壞

圖 2-2-5 管內正壓與存水彎破封的變化圖 ^[E-1]

2-2-2 排水管內容許流量

根據美國 NPC 規範，以及之後沿用於日本方面之研究理論及相 關規範，為了確保建築物排水管內排水的順暢，必須確認下列部位之 容許流量負荷。

一、橫管的容許流量

橫管容許流量的理論基礎是根據 Dawson-Kalinske(1939)的 研 究，在自然重力排送及必須半滿流以下的情況，採用粗度係數（?）

為 0.012 的曼寧公式所推導之公式，如公式（2-5）所示。

) / 2 ( / 1 3 / ) 8 3 / 4 2

( 250 D l s

Q wch δ

γ

π × ×

⋅

= ⋅

Qwch：橫管容許流量(l/s) D：管徑（m）

d：洩水坡度

?：粗度係數

二、橫支管匯流入立管之容許流量

橫支管匯流入立管之容許流量理論係根據 Hunter 的研究，其提案 計算方式如公式（6）所示。

) / 2 (

s l D K wch

Q = ×

Qwch：單隻橫管匯流容許流量(l/s) D：管徑（m）

K：2200（45°TY 接頭） 、1100（ST 接頭）

上述公式係針對單一處所之排水提出限制，且根據不同之排水接

頭有不同參數之計算，在實用上有其執行之困難點與問題存在，後續

三、垂直立管的容許流量

根據早期 NPC 文獻 Hunter(1929)的研究，為避免排水立管產生噪 音、震動、管內空氣壓力的變動，排水立管之容許流量必須低於

±25(mmAq)的範圍，以排水立管內之排水為環狀流體現象為依據，當 時規定垂直立管內排水佔立管斷面積之充水率約在 1/3~1/4 之間。關 於充水率之規定明確化計算方法，則由 Dawson-Kalinske 在管內環狀 流體模式下，所提案之立管終極流速(Terminal Velocity)推導計算。

之後美國研究學者 Wyly-Eaton(1952)根據 Dawson-Kalinske 的理 論及當時所提案之計算公式再檢討修正，建立新的計算公式如公式

（2-7）所示。

) / 5 ( / ) 2 / ( 635 .

0 D m s

w Q wt

V = ×

Vwt：立管終極流速(Terminal Velocity) (m/s) Qw ：排水負荷流量(l/s)

D：管徑（m）

根據提案之立管終極流速(Terminal Velocity)推導垂直立管容許流 量，計算公式如公式（8）所示。

) / 3 ( / 5026 D 8 l s wcs

Q = ×

Qwcs：垂直立管容許流量(l/s) D：管徑（m）

2-3 排水通氣系統分類 2-3-1 排水通氣系統的種類

一般建築物的排水種類如表 2-3-1 所示，包括污水、雜排水、雨 水以及特殊排水等四類。

表 2-3-1 排水的種類

排水種類 內 容 污 水 由大小便器等所排除的污水

雜 排 水 由廚房流理台、浴室浴缸、樓板排水、洗臉盆等排除之雜排水 雨 水 由屋頂、中庭等排除之雨水

特殊排水 由工廠、研究機構、醫院等所排出之具酸、鹼性之藥品或放射性物質

1987 年中華民國建築學會所提出之給排水衛生設備技術規範（草

案） ^[A-8] 中，對建築排水分流與合流之定義有詳細界定，主要是以建

築污水、建築雜排水之水質特性及後續處理或排放限制加以區分。

排水合流型式必須配合建置足夠容量的污水處理設施，或建築物 位於污水下水道建設完成地區，才能讓建築排水獲得妥善處理，不至 於造成對自然水環境的危害，其管道空間之需求小，對於住宅建築空 間規劃上較為有利，但必須落實維修保養工作，以確保排水管內之通 暢性。建築污水與雜排水分流的型式，可以將不同排水依其負荷型式 與負荷量分別處理，以解決排水管堵塞或淤積、瞬間大量排水負荷造 成系統性能喪失的問題；但是，在配管空間上需求極大，且配管材料 及施工成本亦將大幅增加，相較之下，對應於台灣地區住宅建築規劃 之密集空間需求之現況，各個排水獨立分流之型式相對處於不利建築 設計的發揮。至於雨水排水，因為簡易處理即可收集利用，一般均採 獨立分流設計，可以規劃雨水利用系統有效節省水資源；亦可經過公 共雨水下水道排放，一般不會產生污染河川或自然水體之問題。

有關通氣型式之分類，則分為器具個別通氣、迴路通氣、伸頂通 氣及特殊接頭通氣等四類；主要根據設備管道空間的容量，住宅建築 對排水通氣設備之需求等級及配管材料及配件之初期建造成本與維 護更新之便利性而定。

另外，在日本早期即積極推廣排水與通氣併用立管的單管式排水

通氣系統（特殊接頭型式） ，因此在日本最新之給排水衛生設備規準•

在日本大多使用單管式的排水通氣系統，單管式排水通氣系統對 於配管空間之需求，又比前述單單採用建築排水合流型式設計的住宅 建築案例節省，因此可以規劃充足且方便的維修空間。單管式特殊接 頭排水系統是利用排水與空氣之特殊導流設計，以達成排水順暢的目 的，但是特殊接頭的造價相較於一般配管接頭來的高；不過如在中高 層建築甚至是超高層建築的排水系統設置，相較於一般接頭，在系統 性能提升和清潔維護上來的優異。

參考前揭文獻規範，本研究先依照排水立管與通氣立管之合併或 獨立設置作系統分類，將集合住宅建築排水通氣系統分為單管式伸頂 通氣系統及雙管式排水通氣方式，其中再參照通氣管與通氣型式摘要 歸納數種基本型式，如圖 2-3-1 所示。

a.單管式排水伸頂通氣系統 b.雙管式排水通氣系統

特殊接頭排水立管 二立管二伸頂迴路通氣

一般單管排水立管 二立管單伸頂通氣 二立管單伸頂器具通氣

圖 2-3-1 建築排水通氣系統分類

另依循既有文獻之分類原則，並參考台灣地區建築排水型式的發 展現況，將建築排水型式直接導入建築物內之排水設施配管線部分，

分為合流與分流二大型式，以建築污水與生活雜排水採用合併或獨立

排水型式排流設計為主要區分原則，另進一步考量避免油漬殘留淤積

造成排水管堵塞，以及洗衣機加壓排水、含洗劑泡沫排水的阻流現 象，同時將廚房雜排水、洗衣機排水等獨立設置排水立管系統的型式 納入本研究之建築排水型式分類，如圖 2-3-2a、2-3-2b、2-3-2c 所示。

[A-9]

地 板 落 水 浴 缸 排 水 洗 面 盆 排 水

馬 桶 排 水 地 板

落 水 洗 衣

機 排 水

廚 房 排 水 地 板

落 水 浴 缸 排 水

馬 桶 排 水

浴 缸 排 水

馬 桶 排 水 洗 面

盆 排 水 洗 面

盆 排 水

a.各類排水分流 b.雙管式建築污水雜排水分流 c.單管式排水合流

圖 2-3-2 建築排水形式分類

依據前述文獻說明，及從台灣地區建築排水相關設計圖說案例的 調查顯示，建築排水之通氣設計型式上，除基本的器具通氣、迴路通 氣、伸頂通氣及特殊接頭通氣型式之外，台灣另有介於迴路通氣與立 管伸頂通氣之間的建築排水特殊通氣型式被採用，本研究將其定義為

「立管結合通氣」型式，各類通氣型式如下圖 2-3-3 所示。

a.個別器具通氣 b.迴路通氣 c.伸頂通氣 d.立管結合通氣

圖 2-3-3 排水通氣型式分類

2-3-2 污水、雜排水的裝置 一、排水管

一般常用的配管材料有鑄鐵管、鋼管、銅管、鉛管、鋼筋混凝土 管、石棉管、PVC 管、陶管等多種，其中以鑄鐵管、PVC（塑膠管）

及陶管等較常用於排水系統。各種配管材料之比較如下表：

表 2-3-2 各種配管材料之比較 ^[A-10]

種類 用途 優點 缺點

鑄鐵管

（CIP）

給水管 、排水管、污 水管及排氣管等使用

（1） 使用年限長，強度大

（2） 可重複使用

（3） 施工容易

（1） 重量大，搬運較難

（2） 價格高，易受腐蝕

塑膠管

（PVC）

給水管 、排水管、通 氣管、 污水管及電器 配管等使用

（1） 重量輕，搬運易

（2） 價 格 低 廉、耐酸耐簡 不腐蝕及電蝕

（3） 管壁光滑摩擦損失少

（1） 不耐高溫或低溫（0°

以下及 70°以上）

（2） 膨脹係數大

（3） 強度低 陶管

（VCP）

家庭污水管、排水管 及公共下水道使用

（1） 良好抗酸能力，適用 於酸性土壤內的地下

（1） 強度低

（2） 管長有限制，接合部

鐵管 給水管 、熱水管、空 氣管、蒸氣管、油管、

冷煤配管等使用

（1） 強度大，耐拉耐壓

（2） 管壁光滑摩擦損失少

（1） 重量大，施工較難

（2） 易生銹，易受腐蝕

銅管 特 殊 配 管、熱水管、

局部配管等使用

（1） 耐蝕性高，具耐久性

（2） 管壁光滑摩擦損失少

（3） 施工容易

（1） 價格高

（2） 強度低

（3） 易 生 銅 綠 之 有 毒 物 質

鉛管 給水管 、排水管、衛

生器具之連接使用

（1） 容 易 彎 曲、缺斷，施 工容易

（2） 耐用

（1） 價格高

（2） 易 受 電 蝕 及 發 生 鉛 中毒危險

（3） 強度不若鐵管

為求排水順暢，不同材質的排水管壁大致平滑，管內通氣流量依 流體力學與一般經驗推算出的折減係數 0.82 予以修正，大致能符合 各種管壁。

二、存水彎

存水彎的功能主要用來防止由排水管、下水道、污水槽及排水槽 產生的有害廢氣、臭氣，以及蚊蟲蛆蠅等侵入室內。表 2-3.3 列出數 種存水彎的外觀和內部構造。存水彎依水封形成方式來劃分，則有下 列幾類：

1.虹吸式：當水充滿排水管流出時，形成虹吸現象，將水和污物同 時排出。

2.非虹吸：流水由存水彎底部往上竄昇而由上端溢出，此類存水彎 可能會因構造及使用上的問題，在 HASS 206 和 NPC 是被明文禁 止的。

3.回復式：於大量水排除之後，在不引起自行虹吸作用的範圍內附

加給水。

表 2-3-3 各種形式的存水彎 ^[E-1]

種 類 外 觀 構 造

虹吸式 P 型

虹吸式 S 變型

非虹吸式 碗型

非虹吸式 鐘型

三、通氣管

為使排水系統排水通暢或設置於水槽設施作為通氣目的而設置 的管路稱為通氣管，主要任務在維持排水管內、室內、室外三者壓力 均衡，不產生氣壓差，以使排水能由排水管順暢流出。通氣管的種類 相當多，大致如下 [A-6] [A-11] [A-12]

： 1.緩和通氣管：

為使排水、通氣兩系統間之空氣能順暢流通而設置之通氣管稱 之。平房頂及最上層以外之樓層、其排水橫支管供大便器及此類似器 具八個以上使用時，依規定設置環狀通氣管外，其最底下器具排水管 與排水橫支管接續點之直下游側，應設置緩和通氣管。

2.迴路（環狀）通氣管

為保護兩個以上存水彎，從最上流器具排水管與排水橫支管接續

點之直下流處(指最後一個器具的前端)起，向上接至至通氣立管或伸

頂通氣管之通氣管之。

3.反向(reverse)通氣管

將器具之通氣管，在比此器具溢流邊緣高之位置向上升起一次，

並由此向下折回，再接續於此器具排水管與其他排水管接合處直前之 橫走部，或者是沿著樓板橫走與通氣立管接續者稱之。

4.個別通氣管

為使某一個存水彎達成通氣效果，由存水彎之下流處接出通氣 管，並在較器具為高之位置上與通氣系統接續，或直接向大氣開放之 通氣管稱之。

5.器具通氣管

在器具排水管處，以與垂直線成 45°以內之角度分歧，向上接續 之通氣管，由此分歧處開始至其他通氣管之間之管稱之。

6.共用通氣管﹒

背對背或並列設置之衛生器具，為保護此兩器具存水彎之封水，

在器具排水管之交點處向上接續之通氣管稱之。

7.結合通氣管

為防止或緩和排水立管內的壓力變化，由排水立管處分歧，並向 上與通氣立管接續之緩和通氣管稱之。

8.濕通氣管

保護兩個上的存水彎，且兼作器具排水管與通氣管之部份稱之。

9.伸頂（伸延）通氣管

從最頂部之排水橫管與排水立管之接續點起，排水立管再向上延 伸作為通氣使用之部分稱之。

10.補助通氣管

排水立管連接十支以上之排水支管時，應從頂層算起，每十個支

管處接一補助通氣管，管徑和通氣立管管徑相同。

圖 2-3-4 所示為上述之通氣管安裝的位置和相對的關係。

圖 2-3-4 通氣管種類 ^[C-4]

2-4 國內住宅建築排水通氣系統現況掌握 2-4-1 案例調查方式與基本資料說明

本研究同時進行台灣地區中高層住宅建築的現況調查工作，排水 通氣相關課題的案例收集以建築師事務所、電機技師事務所及建設公 司等所設計或銷售之住宅建築個案為主，進行收集抄錄個案的排水通 氣系統設計圖說，另一方面，亦對專業技術人員亦進行訪談記錄，以 初步彙整系統設計、施工及使用階段的狀況。同時，逐步比較分析台 灣地區住宅建築案例產生排水通氣方面問題的原因，作為後續評估可 行之改善對策之重要資訊 ^[A-9] 。並以施工的現場調查佐證當前國內施 工現況和容易發生疏失的情形。

建築案例和專業技術人員的調查則以問卷方式加以紀錄，訪談問 卷的格式如附件四。調查訪談進行的照片如圖 2-4-1、2-4-2 所示。

圖 2-4-1 個案登錄分類整理 圖 2-4-2 工地訪談照片

調查的案例資料依位置、構造種類、樓層高度和設計時間來加以 說明：

一、位置：

本研究選定台灣北部和中部地區中高層住宅建築案例進行調

查，總計調查案例數 51 例，案例所在區位主要分布於台灣北部地區

二、構造種類：

構造型式上全部個案均為 RC 構造建築物，約略可見台灣住宅建 築發展仍以傳統 RC 構造為主要趨勢，而在排水通氣系統的配置模式 與管線設計方向上，亦差距不大，且個案所面臨的問題亦相去不遠，

惟對於問題的解析研究甚缺，一直沒有直接且具理論依據的解決對策 被提出，值得進一步深入探究。

表 2-4-1 案例調查之地點分布及分布數量

案例 地點

案例數

（件）

百分比 (％)

台北縣市 22 43

宜蘭縣 1 2

桃園縣 10 20

新竹縣市 4 8

苗栗縣 12 24

台中市 2 4

合計 51 100

三、樓層高度：

個案樓層高度規模之分布，屬中層至中高層(6F 至 12F)者佔 48%，屬中高層(13F 至 14F)者佔 24%，高層建築(15F)案例佔 24%（如 表 2-4.2） ，初步分析顯示，不同樓層規模個案在排水立管及通氣立管 之系統選擇上，並無法經由案例設計圖說判定其相關性。

四、設計時間：

個案設計時間有 4 例詳細設計時間暫無法得知，故不列入後續設 計時間分布的說明，已知設計時間之案例分布介於 1988 年與 2000 年 之間，其中 1995 年至 2000 年期間的案例數佔其 12%（如表 2-4.3），

近期台灣地區建築排水通氣系統型式發展應用的現況應可真實呈

現，對於後續的現況問題解析與改善對策研議應有實質助益。

表 2-4-2 案例調查之樓層規模分布及分布數量

樓層規模 案例數

(件) 比例(%)

15F 以上 12 24

13-14F 12 24

6-12F 24 48

5F 以下 3 6

合計 51 100

表 2-4-3 案例調查之設計時間分布及分布數量

設計時間 案例數

（件）

1988 年 1 1989 年 3 1990 年 1 1991 年 5 1992 年 2 1993 年 3 1994 年 2 1995 年 6 1996 年 4 1997 年 5 1998 年 5 1999 年 5 2000 年 4 2001 年 1

合計 47

2-4-2 案例調查結果分析

透過案例的蒐集、比對和整理，與專業技術人員意見交換後，本 研究歸納調查分析結果如下，包括： （一）排水通氣系統分類、 （二）

排水通氣系統形式設計、 （三）排水通氣立管設計、 （四）排水配管設 計、（五）管線埋設方式、 （六）污水下水道建置、（七）其他相關的 課題。

一、排水通氣系統分類

本研究調查顯示，台灣地區中高層住宅建築排水通氣系統採用排 水管與通氣管併設之二管式系統（如圖 2-3.1b）設計者佔極高比例，

雖然二管式系統普遍被應用於歐美地區，但此系統對於管道間及配管 路之空間需求量較多，就空間規劃及配管材料消耗量之評估觀點而 言，屬於較為不利的系統型式，尤其台灣在建築設計上都以建築物中 居住者實際可用的最大空間面積為規劃目標，常常將設備管道空間壓 縮，造成配管空間不足，施工維護不易等問題，就空間與維護更新成 本的觀點，對於建築排水通氣系統選擇評估作業，應朝向省空間、配 管路單純化、容易維修更新的方向檢討。

本研究調查案例中，除了供雨排水使用的排水多採單管式排水立 管外（如圖 2-3.1a 一般單管排水立管），住宅內部則未出現排水與通 氣共管之單管系統個案，單管系統（如圖 2-3.1a 特殊接頭排水立管）

在日本已普遍商品化，同時對應系統設計之需要，已有多種特殊接頭 被開發完成，相較之下，此系統在管道空間需求小及維護更新之工作 性優於二管式系統，對應台灣地區地狹人稠之建築空間現況，未來將 有可觀應用推廣空間，根據本研究的訪談和調查，目前在台灣已有極 少數的案例採用特殊接頭排水系統（如圖 2-3.1a 特殊接頭排水立管）

的單管系統，在發現的三個案例中，分別是兩棟高價位的商業辦公大

樓和一棟建材全部由日本進口，採單元設備預組方式的高價位二層透

天住宅，因這三個案例均不在本次調查的設定範圍內，故不將其放入

調查統計作業內。

二、排水通氣系統形式設計

排水通氣系統形式的設計，以建築污水、生活雜排水、廚房排水、

洗衣機排水及冷氣機排水是否獨立配管分流為依據加以分類，其中選 擇建築污水與各項生活雜排水採二排水立管分管型式與各項排水各 設獨立立管的多立管型式配置者各半，約佔調查案例的 59%，建築污 水與雜排水集中由單一立管排放個案僅有 1 件案例，所佔比例未達 2%。 （如表 2-4-4）

表 2-4-4 排水通氣系統形式分類統計

排水立管型式 案例數（件） 比例(%)

污排水分流 20 39

各類排水獨立立管 30 59

污雜排水共管合流 1 2

合計 51 100

三、排水通氣立管設計

台灣地區以器具通氣、迴路通氣與立管結合通氣等三類設計為

主，如圖 2-4-3a、2-4-3b、2-4-3c 所示。其中立管結合通氣型式所佔

比例調查案例 75%以上，器具通氣及迴路通氣二類則各約佔 8%和

12%。伸頂通氣為 6%（如表 2-4-5） 。

a.個別器具通氣 b.迴路通氣 c. 立管結合通氣 圖 2-4-3 台灣地區建築排水通氣系統型式設計現況

表 2-4-5 通氣立管型式分類統計

通氣立管型式 案例數（件） 比例(%)

立管結合通氣 38 75

迴路通氣 4 8

器具通氣 6 12

伸頂通氣 3 6

合計 51 100

這些結果顯示，立管結合通氣型式在所蒐集的研究文獻或技術規 範中雖未出現，但相較之下，卻是台灣地區最廣泛被使用的型式；因 此，將可利用現有相關實驗設施模擬解析其流體現象與空氣壓力變化 的關係，或是直接建置此種通氣立管系統之實尺寸實驗設施，進行後 續的實驗研究與解析工作。器具通氣與迴路通氣型式於台灣地區被應 用的比例並不高，推測其原因可能在於配管施工技術與成本的評估高 於立管結合通氣型式，且配管空間受到建築設計與營建施工作業上的 限制所致。

四、其他排水配管設計

排水立管設計型式之選擇，主要是以建築污水、雜排水、廚房排

水及洗衣機排水的水質特徵差異為考量，並評估整體排水的流暢性而 定。

五、管線埋設方式

經本研究調查發現，依據 2000 年修訂施行之建築技術規則建築 構造編第三百六十條有關 RC 構造設計準則規定，RC 柱內埋管及其 配件所佔面積不得超過柱斷面積百分之四，且配管內徑不得大於五公 分等，對在結構柱內埋管的排水配管線設計將有極為重大的影響，相 對地，對於推動明管型式配管亦具有正面且強制的意義。

六、污水下水道建置

依據本研究案例資料顯示，調查個案所在地區均屬污水下水道未 建設完成之區域，因此，除 1999 年以後個案應依據建築技術規則增 修訂條文規定設置建築物污水設施外，其他個案亦已於建築物內設有 污水處理槽（或化糞池、污水處理設施等） 。建築物污水經過處理後，

始排放至公共污水下水道，未來都市污水下水道陸續建設完成後，污 水通過橫主管流經消能井和採樣孔後，直接進入都市污水下水道系 統，除可減少建物設置污水處理設施之空間與設備成本外，對於都市 水環境品質的改善亦有莫大助益。

七、其他相關的課題

藉由對專業設計者的訪談調查和意見交換，初步了解國內建築排

水通氣系統設計工作上的課題，包括執行設計的法令規範依據不明確

且無法對新技術與理論的發展需求，排水通氣系統的選擇與性能、成

本的整合分析，排水通氣系統的性能分析與檢定技術缺乏等，亟待學

術研究上積極推動相關課題的基礎研究發展，並建立適當的排水通氣

系統設計準則或規範。