简介虹吸式屋面雨水排水系统

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1、随着目前中国经济的高速发展，特别是汽车工业的发展， 各地都在大力进行汽车制造厂的 建设，车间的规模越来越大，这就给屋面雨水的排放带来了新 的问题。降雨过程中屋面承接的雨水沿屋面坡向汇集到天沟，传统 的雨水排放是将天沟中汇集 的雨 水通过雨水斗、雨水立管、排出管排至雨水窨井，或是通过雨 水斗、悬吊管、雨水立管、 排 出管排至雨水窨井。一般屋面排水系统常按其排水管的设置位 置和排水去向分为外排水系 统 和内排水系统，从水力学的观点来分可分为重力流屋面排水和 压力流屋面排水系统两类 , 后者 在于强调在设计降雨强度下屋面排水系统内的有压状况。不同 的屋面雨水排水系统根据其 所 具有的水流状态的分析，

2、采用不同的设计计算方式。传统的屋 面雨水排水系统按重力流设 计，屋面重力式排水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 雨水渗入空气，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

3、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。 为此，应大力推广一种称之 为虹吸式屋面雨水排水系统，该系统能很大地提高屋面雨水排水 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 。以下就来重点介绍一下虹 吸式屋面雨水排水系统的原理和设计过程。一、虹吸式屋面雨水排水系统的工作原理虹吸式屋面雨水排水系统和重力式屋面雨水排

4、水系统均由雨水斗、雨水悬吊管、雨水立 管、雨水埋地管组成，但因为系统的工作原理完全不同，在二种不同水力条件下工作，因此 系统中各部件的功能要求是不一样的，系统也有其相应的一套计算方法。虹吸式屋面雨水排 水系统的最大改进和技术进步是开发了一种具有良好整流功能的雨水斗。雨水斗在其额定设 计流量时处于淹没泄流排水状态，不渗气；设计排水量大；雨水斗淹没泄流的斗前水深小。 采用了虹吸式雨水斗的屋面雨水排水系统，在降雨过程中相当于从屋面上的一个稳定水面的 水池中泄水，经屋面内排水管系，从排出管排出，管道全充满的压力流状态，屋面雨水的排 水过程是一个虹吸排水过程。所以，把具有虹吸排水能力的屋面雨水内排水系统

5、称之为虹吸 式屋面雨水内排水系统。虹吸式屋面排水系统的管道在设计降雨强度下呈负压，管材的选用 应考虑承受负压的能力但在比较小的降雨强度或降雨过程的末期，降雨量减Px=Ahxpg Vx2p/2X (LR+Z) R=kL/Djv2/2gAP=hverpgX (LR+Z)小，雨水斗淹没泄流的斗 前水位降低到其一定的值，雨水斗开始有空气渗入，排水管道内的真空被破坏，排水系统会 从虹吸压力流的工况转向重力流。虹吸式屋面雨水排水系统管道内设计状态下的压力分布与一般的重力式屋面雨水排水 系统 有明显的区别。虹吸式屋面雨水排水系统自雨水斗连接管以下，管道内呈负压，在悬吊管与 立管的交叉点处负压最大，其后立管上

6、的负压减小，至临界点负压消失，管道内的压力为零 ，水流状态转为重力流。从上面的分析可以得出，雨水斗的进水水面至临界总高度是有效作 用高度，在设计计算中应充分利用；另一方面对雨水斗至悬吊管的末端的总水头损失应有所 限制，以控制悬吊管末端的最大负压值。二、虹吸式雨水斗的技术特性1. 虹吸式雨水斗的基本结构虹吸式雨水斗有DN50DN150等多种规格，能够满足工程的实际要求，其材质有铸铁、 铝合金钢、不锈钢、高密度聚乙烯(HDPE)、聚丙烯(PP),下沉的雨水斗置于屋面层中，上部 设有进水格栅。在降雨过程中，通过格栅盖进入雨水斗的屋面雨水落入深斗内，斗内带孔隙 的整流罩，使处于涡流状态的雨水平稳地以淹

7、没泄流流出进入排水管。下沉式的雨水斗最大 限度的减小了天沟的进水深度，使屋面承受的雨水荷载降至最小，同时又使雨水斗的出口获 得较大的淹没水深，消除了在设计流量下工作时的渗气现象, 提高了雨水斗的额定流量。虹 吸式雨水斗应带有格栅，格栅间隙形状可以是孔状或细槽状，间隙口直径应不小于 6mm， 且不大于 15mm。2. 虹吸式雨水斗的额定流量的确定 任何型式的雨水斗的泄流量都随斗前水位的增加而加大。对于虹吸式雨水斗，要求在正常 的工作条件下，雨水斗不渗入空气。这样就有一个临界水位，当雨水斗前的水位小于该水位 时雨水斗开始有空气渗入，虹吸式屋面雨水排水系统的压力流状态被破坏。所以，虹吸式雨 水斗的额

8、定流量是以不渗入空气为确定原则，提出相应的斗前水深，以DN50雨水斗为例， 当泄流量为6L/s时，斗前水深降至45mm,水流出现乳化现象，数量降至40mm,渗气量为 0.2L/s。虹吸是雨水斗的斗前水深不宜大于55m m。两个雨水斗之间的间距不应超过20m。3. 水力计算 虹吸式屋面雨水排水系统的水力计算应包括对系统中每一管路的水力学工况作精确的计算。计算结果应包括每一计算管段的管径、计算长度、流量、流速、压力。虹吸式屋面雨水排水系统的水力计算应符合以下规定：(1) 虹吸式屋面雨水排水管系雨水斗至过渡段总水头损失与过渡段流速水头之和不得 大于 雨水斗至过渡段的几何高差。(2) 雨水斗顶面至悬吊

9、管管中的高差不宜小于lm。(3) 雨水斗顶面至过渡段的高差在立管管径小于等于DN75时宜大于3m,在立管管径 大于等于 DN90 时宜大于 5m。(4) 悬吊管设计流速不宜小于0.75m/s,立管设计流速不宜小于2.2m/s,不宜大于10m/s。(5)虹吸式屋面雨水排水管系过渡段下游的流速不宜大于2.5m/s，当流速大于2.5m/s 时应采取消能措施。3.1各雨水斗至过渡段的水头损失允许误差应小于5kPa。水头损失允许误差按下列公 式计算：式中AP水头损失允许误差，kPa；hver雨水斗至出户管过渡段的几何高差，m；p水的密度，4C时，p=1000kg/m3；g重力加速度，9.81m/s2;S

10、 (L.R+Z)雨水斗至计算点的总水头损失，kPa；其中L. R为沿程水头损失，Z为局 部水 头损失。3.2 系统内的最大负压计算值应根据安装地的海拔高度、管 道材质、管材和管件的最大、 最小工作压力等确定，但不应低于90kPa。悬吊管内的压力按下列公式计算：式中Px悬吊管内压力，kPa；Ahx雨水斗顶面至悬吊管管中的几何高差，m；Vx计算点的流速，m/s；p水的密度，4C时，p=1OOOkg/m3；g重力加速度，9.81m/s2。S (LR+Z)雨水斗至计算点的总水头损失，kPa。3.3 管道的沿程阻力系数应按下列公式计算式中R水力坡降；九摩阻系数；Dj管道的计算直径， mV流速， m/s；

11、g重力加速度，9.81m/s2。3.4 过渡段下游管道应按重力流雨水排水系统设计。 另外还需要的资料为当地的暴雨强度公式和该建筑物的屋 面汇水面积。4.虹吸式屋面雨水排水系统的安装与敷设(1) 虹吸式屋面雨水排水系统适用于大屋面的工业厂房和 公共建筑的雨水排出。按虹 吸压力流进行水力计算。(2) 平屋面排水宜采用DN50或DN60雨水斗;设有天沟、檐沟 屋面排水宜采用DN50 DN150 的雨水斗。(3) 虹吸式雨水斗应布置在屋面或天沟的最低点，虹吸式 雨水斗的布置对雨水立管作对称 布置。（4）当虹吸式雨水排水系统接多个虹吸式雨水斗时，雨水斗排水连接管应接在悬吊管 上，不得直接接在雨水立管的顶

12、部。（5）管道安装，钢管的安装采用焊接连接、法兰连接或沟槽式连接；铸铁管安装采用 机械式接口或节套式连接；HDPE管的安装采用焊接连接。5系统验收雨水斗安装位置应符合设计要求。雨水斗边缘与屋面之间连接处应严密不漏。管道安装应符合现行国家标准建筑给水排水及采暖工程施工质量验收规范GB502422002的有关规定。雨水主立管及水平干管均应作通水试验，排水应畅通，无堵塞。6工程设计实例以下为上海某汽车厂综合仓库的屋面虹吸式雨水排水系统的设计。该建筑为钢结构厂房，面积有4万平方米，采用虹吸式屋面雨水排水系统，大大减轻 了屋面的荷载，从而节省了工程的造价（水力计算略）。吉博力虹吸式屋面雨水排放系统吉博力

13、屋面雨水排放系统是利用虹吸满管压力流原理，通过有效控制和平衡管道内雨水流速和压力，实现对屋 面雨水快速抽吸和排放的整体化管道系统，一般由虹吸式雨水斗、管材（连接管、悬吊管、立管、排水管、管 件、固定系统等组成。虹吸式排水与传统重力式排水对比传统重力式雨水排放系统其原理是利用屋面结构的坡度，使水自然流入屋面上的雨水斗，然后以气水 混合的状态依靠重力作用顺立管而下。缺点：低效排水管径大，且需要1%-3%的坡度材料多，安装复杂虹吸式雨水排放系统在降雨初期，利用重力原理进行排水。当降雨量加大,屋面上的水位达到一 定高度时，雨水斗会自动隔断空气，从而产生虹吸，系统也转变为高效的排 放系统，抽吸雨水向下排

14、放。优点：高效排水管径小，无需坡度，美观且节省空间更少的材料，更少的地面开挖工作吉博力虹吸式雨水排放系统的组成部分:雨水斗虹吸式雨水斗是屋面雨水排水系统的始端，也是整个系统的核心之一，主要功能是汇 集雨水并将雨水导入系统。关闭吉博力雨水斗特点：斗体采用进口 304不锈钢，大大延长使用寿命雨水斗尾管管径可调，从而满足不同排水量需求进水部位设置独特的反气旋整流格栅，加强虹吸效果防盗螺母体现细节考虑-避免雨水斗整流格栅被盗超低的斗前水深确保建筑造价经济，使用安全HDPE管道系统HDPE （高密度聚乙烯）是一种性能卓越的环保型排水管材，在欧洲发达国家已成为屋 面雨水排放管道及建筑内污废水排放管道材料的

15、首选关闭吉博力HDPE管道独有品质：高标准原材料：采用巴斯夫和北欧化工混配料（黑料）为原料，具有卓越的抗紫外线、抗老化、抗冲击性能；且耐腐蚀性超强，抗酸雨性能绝佳；内壁光滑，其内壁粗糙度仅为：0.004-0.007mm。管道规格齐全:管道管径从32mm至到315mm不等，配件品种齐全。系统中所有的管道与管件全部由吉博力公司自行生产，确保完全兼容，从而保证了管 道与管件之间连接的紧密性，同时系统的水力计算 也更为精确。工艺独特：经过独特的退火工艺处理，是目前最适 合于虹吸式屋面雨水排放系统使用的管材。经退火 处理，其纵向回缩率仅为1%,小于普通HDPE管 材，因而使用寿命更长。抗冲击、经久耐用：

16、吉博力HDPE管道的密度达 到955kg/m3,硬度及耐久性方面都高于同类产品。此夕卜，溶流参数达到0.2-1.1g/10min（5kg, 190C）, 抗压性能极强。适用温度范围广：管道可以在-40C的室外低温情 况下正常使用，不会发生任何损坏。当温度高达80C 且无机械外力的情况下，吉博力HDPE管仍能安全 使用。即使温度波动达到100C，管道依旧能保持 短时间内的正常使用。抗老化性能出色：由于使用黑料，吉博力HDPE 管道能有效抵抗由太阳紫外线引起的管材老化及脆 化现象，吉博力保证其管道产品50年的使用寿命。抗化学性能：由于材料的链烷结构，吉博力HDPE 管道具有很高的抗化学性。在常温条

17、件下，吉博力 HDPE管材不溶于大部分的有机物和无机物。紧固系统通过安装紧固系统，虹吸管道无需直接与屋面相连，大大减少了屋面或楼层接触点的 数量。关闭系统组成：方钢及C型钢：吉博力紧固系统采用优质钢材，内外双层热镀锌，达到国家十级抗腐蚀要求（72小时烟盐雾测试）。导向管卡：吉博力独有设计，达到国家十级抗腐蚀要求（72小时烟盐雾测试），导向管卡完全可以承受管道在满水时的重量。锚固管卡：吉博力独有设计，达到国家十级抗腐蚀要求（72小时烟盐雾测试），有效抵消管道由于温度变化产生的内应力。导向管卡和吉博力专有生产的点焊圈或双法兰衬管的结合使用，能够有效地克服管道由于环境温度变化而产生的膨胀和收缩，从而

18、使得系统更有效和稳定地工作。水力计算对于虹吸式屋面雨水排放系统而言，系统的设计是重中之重。精确的水力计算是雨水 排放系统获得虹吸作用的要素。关闭更接近实际工况：目前仅有吉博力没有完全采用理论的伯努力定律进行计算，因为该定律不符合虹吸实际的流态，会导致排水效率低且系统不稳定；吉博力采用ProPlanner专业软件进行更接近实际工况的水力计算：通过精确的水力计算，以期实现虹吸满管流；实际情况下，即使管道充满水，系统里面还会溶入空气；吉博力独特的汽水混合度计算使计算结果与实际水力情况极为相似；精确计算实现稳定可控的斗前水深，从而使系统在稳定虹吸状态下工作，屋面水负荷得到有效控制；专业计算软件自动生成系统图、水力计算书、物料清单，使系统整体的计算更为迅速精确；吉博力计算软件的认证-符合VDI 3806、EN12056-3以及DIN1986标准；