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摘要 通过对虹吸式雨水排水系统和重力式雨水排水系统的比较,指出虹吸式雨水排水系统的优越性;并结合陕西省某市商场的屋面排水系统的选用,分析了虹吸式雨水排水系统的水力计算要点,指出了该系统在工程应用中的技术特性和技术优势。
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关键字 :虹吸式屋面雨水排水系统; 优越性; 应用
Abstract: Based on the siphon-type drainage drainage system and gravity rainfall drainage system is pointed out that the siphon-type drainage the superiority of the drainage system; And combined with city of shaanxi province, the roof drainage system of the mall choose, analyzes the siphon-type drainage drainage system of the main points of the hydraulic calculation, and points out that this system in engineering application of technology characteristics and technological advantages.
Key word: siphon type roof rainwater drainage system; superiority; application
中图分类号：S276.3文献标识码：A 文章编号
1.虹吸排水系统原理
（1）系统组成：虹吸式屋面雨水排水系统由防漩涡雨水斗、雨水悬吊管、雨水立管、埋地管、雨水出户管组成。
（2）形成过程虹吸式雨水排放系统形成虹吸,分波浪流、脉冲流(脉动流)、活塞流(拉拔流)、泡沫流(乳化流)、满管流等5个阶段。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，从而使满管流动时产生虹吸作用，在雨水连续流经雨水悬吊管转入雨水立管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敷设，且虹吸作用时管内水流流速往往很高，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，也即排放同样的雨水量，虹吸系统的排水管管径要小于重力系统的排水管管径，而且虹吸排水系统一般是一种多斗压力流排水系统。
2.虹吸式屋面排水与传统屋面排水的比较
虹吸式屋面排水系统和传统的重力式屋面雨水排水系统的水力特征进行比较，体现了虹吸式屋面雨水排水系统的技术优势。传统屋面排水系统的工作原理是利用屋面雨水本身的重力作用由屋面雨水斗经排水管道自流排放。重力排水系统排水管道按非满流状态设计，且必须具有一定的坡度。因为重力排水系统按非满流状态设计，为避免雨水悬吊管连接过多的雨水斗所造成的不均匀排水影响整个系统的排水效果，及为安全起见规范规定重力式雨水排水系统采用单斗排水。当采用多斗排水时，悬吊管上设置的雨水斗不得多于4个，悬吊管径不得大于300。
虹吸式屋面雨水排水系统的特点是能够充分利用屋面与地面的可利用水头，在管道内产生负压，形成虹吸作用进行排水。
虹吸式与重力式雨水系统的分析比较：传统的屋面雨水排水系统按重力流设计,屋面重力式雨水系统采用重力式的雨水斗,雨水斗的排水状况是自由堰流,流入雨水斗的雨水渗入空气,形成水气混合流,雨水斗的设计流量偏小。
此外,采用同样管径的雨水斗或雨水立管,虹吸式雨水系统比重力式雨水系统的泄流量要大得多。这是因为系统雨水斗在设计流量的范围内处于淹没泄流排水状态,在形成虹吸现象后,雨水斗不渗气,管道中为水一相流,较重力式雨水系统的气水混合流来说,减少了气体对水流的阻碍,因此雨水泄流量以及流速都大大的增加,从而使虹吸式雨水系统更具快速稳定排放雨水的优点。与此同时,由于系统管内流速变大,在雨水总量不变的条件下,减小了管径,从而节省了管材。从系统的工作原理上分析比较,两系统是完全不同的。较重力式雨水系统,虹吸式雨水系统是按压力流设计的,因此悬吊管的敷设无需坡度,从而节省了宝贵的建筑空间。在满足水力计算要求下,悬吊管接入的雨水斗的数量不受限制,一般悬吊管可达150m左右,从而减少了立管的数量。与此同时,由于是压力流状态,所以雨水流速较大,具有良好的自清作用。
虹吸式屋面雨水排水系统的技术优势有以下几点：
1、悬吊管接入的雨水斗数量增多，在满足水力计算要求下，接入的雨水斗数量不受限制，因此悬吊管的长度可达150m左右，从而减少了立管的数量更适合大跨度，大面积建筑物的屋面排水;
2、悬吊管不需设坡度，安装要求空间小，管道路径铺设灵活性较大，方便设计和施工;
3、减少了与室外管道的连接管和埋地管;
4、充分利用屋面至地面排出管的位能，提高管内流速，减小管径;
5、管道内流速提高，系统能有较好的自清作用;
3.虹吸式雨水系统应用的问题探讨
（1）应用的有关限定条件：
根据虹吸式雨水系统工作原理要求,同一系统的各雨水斗需要泄流同步,因此压力流排水系统的雨水斗需有一定长度的支管和连接悬吊管,且雨水斗的间距要大小相等且要设置在同一水平面上,即各雨水斗表面标高一致,避免系统形成虹吸时间较早或较晚而被破坏,以实现正常快速排放雨水的目的。由于雨水斗在悬吊管位置的不同,近立管的雨水斗泄流量大,远立的雨水斗泄流量小,因此多斗系统要尽量对称布置雨水斗。以实现正常快速排雨水的目的,同时为了保证虹吸式雨水系统将发生事故时的水和超设计重现期的雨量排除,应该注意虹吸式雨水系统流溢口的设置,溢流口的设置要求在建筑上易实现。相关规范文献对流速、建筑物的高度、压力等作出了限定。虹吸式雨水系统的立管管径不大于75 mm时,建筑物的高度要不小于3 m ; 不小于90 mm时,建筑物的高度要不小于5 m。若建筑物的高度达不到要求,则系统无法达到雨水斗的最大设计泄流量。
（2）水力计算及验证要点：
虹吸式雨水系统设计的核心是系统阻力降的计算。阻力降公式常用达西公式,达西公式中的λ(摩阻系数)，是由经验或半经验获得,若只作粗略估算,可能会使计算结果与实际阻力降相差很大,导致排水能力达不到要求或工程上造成不必要的浪费。建议使用汉森威廉姆斯公式,此公式根据不同的材料选择不同的C(管道材质系数)值,其计算结果较为合适又不失安全性。为了更加提高计算精度，局部阻力降要根据局部阻力系数计算，且大小头的局部阻力系数也较大,计算时不能忽略。
4.结论及展望
虹吸式雨水系统所具有的管径小、节省安装空间、悬吊管无需坡度的优点将使它更适合于大屋面、大跨度的屋面雨水排水工程。与此同时，埋地管和检查井数量上的减少以及良好的自清作用，也会带来减少施工量和便于日后管理工作的好处。当然最关注的还是它为工程节省了资金而且不失安全性。因此随着虹吸式雨水系统应用技术的不断发展和成熟,将会逐步被设计人员和工程建设单位所认可和接受。
随着社会的发展，无论是大面积的公共建筑还是越来越高的高层建筑，建筑师都越来越注重建筑物外立面的建筑风格及装饰效果。在满足外装风格及效果的前提下，将各类建筑屋面雨水迅速、及时地排至室外并减少事故隐患，成为虹吸式排水系统的最大优势。但随着虹吸式屋面排水系统在工程中的大量应用，由于计算难以精确，产生虹吸的效率较低，系统对屋面的负荷要求较大，工作稳定性较低，系统寿命难以保障的缺点开始显现，从而使虹吸式排水系统的研究变得越来越迫切。
参考文献
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[ 2 ] GB 50015 - 2003 ,建筑给水排水设计规范[ S] .
[ 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 , (6) :50 - 51.
[ 4 ] 孙瑛. 压力流(虹吸式) 屋面雨水排水系统水力计算[J ] .给水排水,2000 , (1) :78 - 79.
作者简介
齐维先 男 1980.10 陕西西安 大学本科 工程师
黄慧梅 女1980.7江西高安 硕士工程师
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发表于 2018-7-16 16:10:18