Transient identification of defective trap seals

Abstract

The prevention of the ingress of contaminated air into habitable spaces has been a central concern in the design of building drainage and vent systems since the 1850s. Failure to provide the necessary protection, primarily through appliance water trap seals, was shown to have been a significant contributor to the Severe Acute Respiratory Syndrome (SARS) epidemic spread in Hong Kong, China, in 2003. Prevention depends upon both good design, to limit the air pressure transients propagated within the system, and good maintenance. Good practice has evolved to include wherever practical long radius bends to minimize the local air pressure changes. Similarly, modern usage of drainage networks includes the random discharge of disposable sanitary and hygiene products that may interact with undesirable rapid changes in flow direction and thereby contribute to local surcharge conditions. However, a maintenance regime within a large complex building network also requires a degree of prior knowledge of possible defective appliance trap seal locations. This paper proposes the use of air pressure transient simulation and transient response measurement to identify, during periods of system non-use, the location of depleted trap seals. The simulation of air pressure transient propagation within building drainage and vent systems is detailed, based on the proven capabilities of the method of characteristics solution of the St Venant equations. Validation of system transient response simulation is presented together with indications of the impact of a defective appliance trap seal on the system response to an applied low-amplitude, short-duration, pressure surge. Comparison of the defect free and defective system response is shown to be sufficiently discriminatory to allow the identification of an appliance trap seal in need of replenishment. Identification of persistent trap seal depletion would allow local installation of active control devices to prevent further failures – including the addition of either air admittance valves to limit trap seal loss to negative transients or variable volume containment positive air pressure attenuators to limit trap seal loss due to positive pressure transients.

Empêcher l'air contaminé d'entrer dans les espaces habitables est une préoccupation majeure au stade de la conception des systèmes d'égouts et de ventilation des bâtiments depuis les années 1850. Le fait de ne pas assurer la protection nécessaire, notamment en ne posant pas sur les appareils des joints de siphons est apparu comme un facteur significatif de l'épidémie de SRAS (syndrome respiratoire aigu sévère) qui a frappé Hong Kong (Chine) en 2003. La prévention repose à la fois sur une conception de qualité de façon à limiter les transitoires de pression d'air qui se propagent à l'intérieur des systèmes et sur un bon entretien. La pratique a évolué de façon à inclure, chaque fois que cela est possible, de longs rayons de courbure pour réduire au minimum les changements de pression d'air au niveau local. De même, le recours à des réseaux d'égouts implique le refoulement aléatoire de produits sanitaires et hygiéniques jetables qui peuvent interagir et entraîner des changements rapides non souhaitables du sens de l'écoulement et donc créer des conditions de surcharge locales. Toutefois, l'entretien d'un grand ensemble immobilier exige également une certaine connaissance préalable de l'emplacement des éventuels joints de siphons défectueux. Dans cet article, l'auteur utilise une simulation des transitoires de pression d'air et la mesure de ces régimes transitoires pour identifier, lorsque les systèmes sont inutilisés, l'emplacement des joints de siphons défectueux. La simulation de la propagation des transitoires de pression d'air dans un réseau d'égouts d'immeubles et des systèmes de ventilation est détaillée dans cet article qui repose sur les capacités prouvées de la méthode de solutions de caractéristiques des équations de St Venant. La validation de la simulation de la réponse du régime transitoire est présentée avec indications de l'impact d'un joint siphon défectueux sur la réponse du système à une surpression appliquée de faible amplitude et de courte durée. La comparaison entre la réponse donnée par un système sans défaut et celle donnée par un système défectueux semble suffisamment discriminatoire pour permettre d'identifier le joint du siphon devant être rempli. L'identification du tarissement persistant d'un siphon devrait permettre d'installer localement des dispositifs de contrôle actifs pour empêcher d'autres défaillances – y compris l'addition de vannes d'entrée d'air pour limiter les pertes des joints de siphons à des valeurs transitoires négatives ou d'atténuateurs de pression d'air positive à confinement à volume variable pour limiter les pertes des siphons causées par des transitoires de pression positives.

Keywords:

• building operation
• building services
• defects identification
• disease vectors
• drainage design
• drainage systems
• public health
• water seals
• water traps

Mots clés:

• exploitation des bâtiments
• services pour les bâtiments
• identification des défauts
• vecteurs de la maladie
• conception d'égouts
• systèmes d'égouts
• santé publique
• joints hydrauliques
• siphons