虹吸式屋面雨水排水系统在某大型厂房中的应用

虹吸式屋面雨水排水系统在某大型厂房中的应用

刘玉洁

刘玉洁

长沙有色冶金设计研究院有限公司410011

[摘要]本文通过某制药企业大型厂房中采用虹吸式排水的工程实例，介绍了虹吸排水的原理，通过与重力式排水系统比较，阐述了虹吸式排水这一新技术特点和优势。

[关键词]虹吸排水；原理；应用

虹吸式排雨水系统技术发端于欧洲，相继在欧、美、日本等许多国家和地区都有许多应用实例。70年代我国开始研究，90年代取得突破后并逐年完善。近几年来，随着我国建筑业的发展，公共建筑和工业厂房等都朝着“大面积”、“大体量”的方向发展，传统的屋面雨水排水系统己越来越不适应，屋面虹吸式排雨水系统不断受到市场的认可。

一、工程概况

某制药企业大型厂房建筑用地总面积16747m2，总建筑面积39422m2。厂房制剂车间和包装车间为二层，提取净化车间为四层，建筑总高16.5m。厂房长181.04m，宽99.5m，屋面总汇水面积为14000m2。厂房屋面单跨排水面积大，采用常规排水方式雨水口密度大且施工难度高，因此该厂房屋面雨水系统采用虹吸式雨水排水系统。系统本工程虹吸式雨水排水系统设计重现期取P=50年，其降雨强度：q=5.92l/s?100m2；雨水斗采用虹吸式专用雨水斗，雨水管采用HDPE高密度聚乙烯管，热熔连接；虹吸系统采用9套系统。

二、虹吸式排水系统

虹吸式屋面雨水排水实际上是多种流态（波浪流、脉冲流、活塞流、泡沫流和满管流）混合交替的过程，该系统由防漩涡雨水斗、雨水悬吊管、雨水立管、雨水出户管组成。虹吸现象是液态分子间引力与位能差所造成的，即利用水柱压力差，使水上升后再流到低处。由于管口水面承受不同的大气压力，水会由压力大的一边流向压力小的一边，直到两边的大气压力相等，容器内的水面变成相同的高度，水就会停止流动。

形成虹吸式雨水排放的前提条件是：必须具备拥有良好气水分离装置的雨水斗。该排水系统原理是：虹吸式雨水排放系统是根据“努伯利”方程，通过精确的水力计算利用屋面专用雨水斗实现气水分离。在降雨初期，屋面雨水高度未超过雨水斗高度时，整个排水系统工作状态与重力排水系统相同。随着降雨的持续，雨量的增加，当屋面积水高度超过雨水斗高度时，由于科学的防漩涡雨水斗能控制进入雨水斗的雨水流量并调整流态减少漩涡，极大地减少了雨水进入排水系统时所夹带的空气量，使系统中排水管道呈满流状态。利用建筑物屋面的高度使雨水具有势能，在雨水连续流经雨水悬吊管转入雨水立管跌落时就形成虹吸作用，在该处管道产生最大负压。屋面雨水在管内负压的抽吸作用下能以较高的流速被排至室外。由于该系统排水管均可满流有压状态设计，因此虹吸排水系统中雨水悬吊管可做到无坡度敷设。当虹吸作用时管内水流流速很高，因此系统具有较好的自清洁作用。虹吸系统中排水管泄流量要远大于重力系统同管径排水管的泄流量。虹吸排水系统是一种多斗压力流排水系统。

三、虹吸式与重力式排水系统比较

虹吸式屋面雨水排水系统，通过专用的雨水斗（虹吸式雨水斗又称为压力流雨水斗）和管道系统将雨水充分汇集到排水管中，排水管中的空气被完全排空，雨水自由下落时管道内产生负压，使雨水的下落达到最大的流速和流量。它广泛被应用于大型厂房、展览馆、机场、运动场、高层裙房等跨度大、结构复杂的屋面。不仅解决了一些传统重力式雨水系统无法做到的设计难点，而且在节省管材和施工量上，有着传统重力流无法比拟的优点。雨水的集中排放也为收集利用雨水资源创造了有利的条件。

传统的雨水排放是将天沟中或屋面上汇集的雨水通过雨水斗、雨水立管、排出管排至雨水井。按重力流设计的系统采用重力式的雨水斗，雨水斗排水状况是自由堰流，流入雨水斗的雨水会混入空气，形成水、气混合流，雨水斗的设计流量偏小，根据规范第4.9.20规定，重力流屋面雨水排水管系的悬吊管应按非满流设计，其充满度不宜大于0.8，管内流速不宜小于0.75m/s。且坡度不宜小于0.5％，需要较大的悬吊管管径和坡降。同时为了在同一根雨水管上的各个雨水斗的雨水能够正常排放，因而限定一根雨水悬吊管的雨水斗的数量不得超过4个，这也导致了雨水悬吊管和雨水立管数量的增加，同时增加了屋面荷载，也增加了工程的造价。重力流屋面排水系统受其水力特性的限制，造成排水立管多，管径偏大，排水能力偏小，对于大面积工业厂房及公共建筑屋面排水系统则更显突出。而虹吸式屋面雨水排水系统，能提高屋面雨水排水的能力；悬吊管接入雨水斗的数量不受限制，节省了不少的雨水立管；悬吊管不需做坡度，安装方便、美观；系统按虹吸式压力流计算可以减小选用管道的管径；工程实践证明可大量减少工程造价。虹吸式屋面雨水排水系统与重力式屋面雨水排水系统相比有明显的技术优势。

四、虹吸排水系统设计中注意的问题

在本工程实例设计中应注意以下方面：（1）虹吸雨水排水系统虹吸排水沟无需做坡度，应保证水平。（2）悬吊管与雨水斗出口的高差为1m。（3）悬吊管设计流速大于1m/s，保证悬吊管内无淤泥，立管的流速大于2.2m/s。（4）管道内最大负压值应小于0.08Mpa。（5）各节点压力差值不超过5kpa，能满足压力平衡要求。（6）排水管系出口流速不宜大于2.5m/s,如大于此应采取消能措施。（7）检查口设置在离室内地面1.00m处。（8）虹吸雨水系统流速及流量较大，室外雨水井宜采用钢筋混凝土结构。（9）噪音要求：虹吸排水在排水时的噪音符合国家对该类建筑物的噪音要求。

五、虹吸排水系统施工应注意的问题

1、管道的定位和配置

管线的安装关键是定位准确，特别是弯头、大小头、三通等处的定位。要特别注意水平管的标高不能任意变动，以免破坏虹吸条件。安装时要特别注意管道的配置，因为液体在管道中沿着管壁流动，当条件具备产生虹吸时也有一个过程：由重力流发展为脉冲流，再发展为气液混合流，最后为满管流。因此，施工过程中要注意正确配置管道，采用“顺水”方式，保证管道不进入空气。

2、管道连接的严密性和牢固性

在虹吸式屋面排放中保证系统的严密性是形成虹吸排水的重要前提条件，管道连接的严密性对系统正常有效工作起着至关重要的作用。由于虹吸排水现象不是稳定持久的流态，在降雨强度减小和斗前水深降低时会导致系统内进入空气，此时系统就会从虹吸排水转化为传统的重力排水，在转换的过程中会产生较大的震动，这就要求管道系统具备强有力的紧固系统抵消这些震动。同时为了保证虹吸式屋面排水系统的安全可靠运行，系统应采用同一厂家的管道产品和配套的专用固定件。

3、施工图纸会审

因虹吸系统是经过精确计算而设计的，任何改动都需要经计算确认。因此，要在施工前，通过图纸会审，重点确认系统的定位与标高以及与其它专业安装有无冲突，以尽量减少日后施工中的改动。

结语

在现代建筑中，科学技术的发展、新型材料的应用，人们对建筑的实用性、美观性的要求越来越高，因此，虹吸屋面雨水排水系统具有广泛的发展前景和空间，本文通过对虹吸式排水和重力式排水的比较分析，总结出虹吸式排水具有以下技术优势（1）比重力系统管径小1/2至2/3；（2）减少立管和雨水斗数量；（3）横管不需要坡度、管道走向灵活可根据各种设计要求设置，雨水斗布点灵活；（4）最小的地面开挖工作，雨水井少，施工简单快捷；（5）最大限度地减小天沟的进水深度、系统寿命长；（6）水流速度快具有自洁管道功能、可节省大量装修费用。

参考文献

[1]同济大学建筑设计研究院主编.虹吸式屋面雨水排水系统技术规程[M].北京：中国计划出版社，2005.

[2]陈宝龙.虹吸雨水排水系统的设计与施工[J].安装，2011（1）