浅谈虹吸式屋面排水系统

分类：水利论文发表 时间：2011-03-29 09:32 关注：(1)

浅谈虹吸式屋面排水系统

牛会生 郑 辉

摘 要：虹吸式屋面排水系统是建筑排水的新技术之一，本文对虹吸式排水系统的特点、组成及应用做了简单的分析。

关键词：虹吸式 屋面 排水系统

目前国内绝大部分屋面仍采用重力流技术排水，其优点是设计施工方便，造价低。但随着建筑技术的不断发展，大空间、大容量、大面积的公共建筑，工业厂房、库房需求量越来越大，对屋面雨水排放技术的要求越来越严格，传统的排水方式越来越难以满足对于复杂结构或大面积屋面对排水的要求。而虹吸式排水系统的应用必将是解决现代建筑大面积屋面排水问题非常有效地解决方式。水利论文,水利论文网,水利论文发表,水利论文发表网

1.虹吸式屋面排水系统综述

虹吸式排水系统是利用能够隔绝空气的虹吸式雨水斗和高精度管材、管件，通过利用建筑物的势能，雨水通过密封的管道系统形成满管流，在立管处跌落将层面的雨水迅速排放的新型排放系统。

虹吸式排水系统在降雨初期，屋面雨水高度未超过雨水斗高度时，整个排水系统工作状况与重力排水系统相同。随着降雨的持续，当屋面雨水高度超过雨水斗高度时由于采用了科学设计的防漩涡雨水斗，通过控制进入雨水斗的雨水流量和调整流态减少漩涡，从而极大地减少了雨水进入排水系统时所夹带的空气量，使得系统中排水管道呈满流状态，利用建筑物屋面的高度和雨水所具有的势能，在雨水连续流经过雨水悬吊管转入雨水立管跌落时形成虹吸作用，并在该处管道内呈最大负压。屋面雨水在管道内负压的抽吸作用下以较高的流速被排至室外。

2. 虹吸式屋面排水系统组成

虹吸式屋面排水系统一般由虹吸式雨水斗、系统管道、辅助的固定系统组成。

2.1.虹吸式雨水斗

一般来说，雨水斗的设计是整个虹吸系统的能否按设计要求工作的关键所在之一，它的稳流性越好，产生虹吸所需的屋面汇水高度越低，总体性能就越优越。

压力流(虹吸式)雨水斗材质为HDPE、铸铁或不锈钢。其各部分有不同的结构功能。雨水斗置于屋面层中，上部盖有进水格栅。降雨过程中，雨水通过格栅盖侧面进入雨水斗，当屋面汇水达到一定高度时，雨水斗内的反涡流装置将阻挡空气从外界进入同时消除涡流状态，使雨水平稳地淹没泄流进入排水管。虹吸式雨水斗最大限度减小了天沟的积水深度，使屋面承受的雨水荷载降至最小，同时提高了雨水斗的额定流量。

雨水斗是整个虹吸系统的关键部分。对于整个虹吸式屋面雨水排放系统而言，最主要的就是要避免空气通过雨水斗进入整个系统。如果空气直接进入雨水斗，会在管道内形成气团，这样会大大降低系统排水效率，最终和传统重力式排水系统一样。因此，虹吸式屋面雨水排放系统所采用的雨水斗必须具有优化设计的反涡流功能的盖罩，防止空气通过雨水斗入口处的水流带入整个系统，并有助于当斗前水位升高到一定程度时，形成水封完全阻隔空气进入。

雨水斗的设计安装也有一定严格的要求:

（1）雨水斗离墙至少1米。

（2）雨水斗之间距离一般不能大于20米。

（3）平屋顶上如果是沙砾层，雨水斗格栅顶盖周围的沙砾厚度不能大于60mm，最小粒径必须为15mm。

（4）如果雨水斗是安装在檐沟内，且采用焊接件的话，檐沟的宽度至少是350mm，檐沟内的雨水斗安装开口为70mm x 270mm至290mm x 290mm。

（5）如果雨水管是安装在混凝土屋顶面层内，那么屋顶至少有160mm厚。（6）断面呈连续梯形的屋面雨水斗开口，为安装固定件，尺寸必须是280mm x 280mm，如果开口大于300mm x300mm，屋顶则需加固。

（7）如果屋顶是混凝土的，雨水斗下连的雨水管管径至少是35mm (用电焊管箍连接件连接)，与此对应的屋顶厚度是180mm至190mm。

（8）带隔离层的屋顶隔离层厚度至少40mm。如果隔离层厚于180mm，雨水斗的底座必需延伸至能与管径56mm的连接管相连的恰当长度。

2.2 系统管道

管道作为虹吸式屋面雨水排放系统最主要的部分，必须确保系统安全可靠，高效持续的运行。虹吸式系统作为一个特殊的排水系统，其管道必须保证完全的密封性和完备的防火措施，并且做到尽可能降低噪声，吸收震动，抗击冲击外力，最大程度满足抗温度变化引起的形变。

管道的完全抗渗漏并不意味着系统密封性得到满足。一般情况下，对于抗渗漏的要求是允许发生小范围的渗漏，只要有补救措施即可。但是虹吸系统一旦发生渗漏，并不易发现。当突然出现暴雨的降雨强度，则可能立即造成整个系统崩溃。进而因为屋面雨水无法及时排放，超过屋面可负荷的荷载强度，引起屋面坍塌。

当然，微小的不密封并不一定会造成渗漏，但是足以造成漏气，一旦排水管道内出现气团，虹吸式排水的效率马上大大降低，严重的甚至会破坏虹吸作用。

由于虹吸系统是利用负压排水的，因此管道的管壁必须具备相当的承压能力。但是也不是完全的刚性体。因为虹吸系统的负压一般不大于-0.08Mpa。过大的负压会导致管内水流流速过快，发生气蚀现象，对于金属管道或者是金属质地的连接处产生极大的伤害（-0.09Mpa已经接近气蚀的临界值）。同时负压过高也会给系统带来极大的震动，减少系统的使用寿命。

HDPE管材的优势：

承压性能良好，管壁在外荷载作用下，不会破裂。能抵抗冲击压力，减少水锤冲击破坏，保证系统的安全运行，维持虹作用的负压。

管道连接方式方便灵活。管道可根据需要，采用不同的连接方法，如：对焊、电焊管箍连接、法兰连接、螺纹连接、伸缩管接头等。HDPE还可以和钢管，铸铁管，陶瓷管等其它管材的管道连接。只需通过专门的加热电焊机就可以进行操作。

HDPE管道是在热力条件下生产的，材料本身的张力在制造过程中已消减，所以成品以后可能产生的尺寸微变不会有任何危害，将热胀冷缩引起的危害降至最小。

从物理和化学性质上看，HDPE管道的防腐能力极强，不受各种酸、碱、盐所引起的电化学反应的影响。HDPE管道比金属管更耐磨损。抗极端温度在 – 400℃ ～1000℃。管子重量轻，施工方便，可以事先预制，安装工效大大提高。

　 　HDPE管作为一种新型的节能管材，从我国目前建筑行业住宅产业化，设计标准化，材料集约化，建筑生产施工工厂化，管理科学化的发展趋势来看，是有很大的发展潜力。

2.3辅助的固定系统

安装固定系统的主要功能是辅助安装与固定管道。

虹吸式雨水管道系统的固定装置包括与管道平行的方形钢导轨，管道与方形钢导轨间的连接管卡(根据不同的管径，每隔0.8至1.6米布置管卡)，用于固定钢导轨的吊架及镀锌角。安装固定系统还包括管卡配件，这些配件可以固定管道的轴向，利用锚固管卡安装在管道的固定点。

气水混合流的排水过程中，有一个非常重要的要求，是关于在系统各部位内负压的限制，规定负压不得低于-0.8公斤。其原因在于，当负压在-0.92公斤左右时，系统内的气泡会在压力的作用下破裂，使整个管道说系统产生剧烈振动。

因此，为保证系统的正常运行，管道振动的危害是一个不容忽视的问题。如果振动不加以防范，可能会影响减少建筑结构的使用寿命，也可能会导致整个系统的破坏。安装固定系统的主要功能之一是吸收这些振动，从而避免振动对建筑结构产生影响。

由于温度的变化，管道必然会发生热胀冷缩的现象。在系统内部形成拉力或压力，对于管道连接处形成作用。 安装固定系统可以防止在刚性安装的排放系统中，由于热胀冷缩受到阻隔而产生的力会对建筑结构的破坏，吸收热胀冷缩导致的管道位移。同时，还可以避免管道因为悬挂受力而变形。无论是系统震动带来的外力，还是热胀冷缩引起的内力，甚至是悬挂管道承受的重力，都由连接件传至方形导轨，避免引起系统的变化，减少对于建筑结构的影响。固定系统除了可以起到固定管道，转移管道受力的作用，还有助于增加屋面到水平管的间距，而不影响管道的水平受力。

总而言之，固定系统虽然是虹吸式雨水排放系统的辅助部分，却起到至关重要的保护的作用。

3.结语

屋面雨水虹吸排水系统具有很大的推广价值。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。它不仅能够解决一些传统重力式排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无法比拟的优点。因此，虹吸屋面雨水排水系统具有广泛的发展前景和空间。

参考文献：

[1]朱克维.新型虹吸式屋面雨水排水系统 [J].广东建材.2006年06期

[2]刘燕平.虹吸式屋面雨水排水系统的应用 [J].中国给水排水.2006年04期

[3]徐志通，童球.压力流（虹吸式） 屋面雨水排水系统的设计与应用 [J].给水排水.2002年06期