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1、第5章 建筑内部的排水系统5-1 排水系统的分类和组成系统的分类按污废水的来源分为：生活污水排水系统工业废水排水系统屋面雨水排水系统排水体制分流制合流制 排水系统的组成（1）卫生器具和生产设备受水器常用卫生器具的种类及特点便溺用卫生器具及冲洗设备盥洗、沐浴用卫生器具洗涤用卫生器具专用卫生器具卫生器具常规设计“三大件”洗脸盆、浴盆、坐式大便器附：常用大便器种类及配套冲洗设备大便器种类 配套冲洗设备坐式大便器 低位水箱蹲式大便器 高位水箱、冲洗阀大便槽 高位水箱（自动）（2）排水管系（图5-1）器具排水管、排水横管、排水立管、出户管 （3）通气管系伸顶通气管和辅助通气管系 （4）清通设备检查口、清
2、扫口、检查井 （5）抽升设备 （6）污废水局部处理设施化粪池、医院污水处理设施等5-2 排水管系和通气管系排水管系 （1）器具排水管 （2）排水横管 （3）排水立管 （4）出户管排水管道组合类型 （1）单立管排水系统 （2）双立管排水系统 （3）三立管排水系统通气管系通气管系的作用（1）使室内污水管道与大气相通，使管 道中散发的有毒有害气体排入大气；（2）保持管道中的气压平衡，防止存水弯中 的水封受到破坏，使管内水流畅通；（3）经常有新鲜空气流通于管道内，可避免 管道因废气而遭受锈蚀。通气管系的种类及设置原则（1）种类A 伸顶通气管B 辅助通气管系（A）专用通气立管（B）主、副通气立管和环形通
3、气管（C）安全通气管（D）结合通气管（2）设置原则一般2层或2层以上的生活污水管道，有污水立 管，必须设置伸顶通气管；只有1层的建筑可 以不设伸顶管；底层单独出户管不设伸顶管；当立管所承纳的排水负荷较大，立管所承担的 排水负荷超过临界流量时，需设置专用通气立 管，以增加立管的通气能力； 当横管所承纳的排水负荷较大时，需设置主、 副通气立管和环形通气管，以增加横管的通气 能力；a) 排水横管上有4个以上卫生器具，且管长大 于12米b) 排水横管上有6个以上便器c) 排水横管的充满度大于0.5横管长度大于12米时，需设置安全通气管；结合通气管用于联结排水立管和通气立管。通气管系的安装伸顶通气管的安
4、装a）伸出屋顶高度 0.50.7mb）上人屋面不小于 1.8mc）出口4m内有门窗时，高于门窗上边缘0.6md）不能设在挑出部位下（阳台、遮阳板、遮雨板）辅助通气管的安装a）通气立管上下端的位置b）环形、安全通气管的末端高度c）结合通气管的数量及安装方法通气管的管径确定a）通气立管的管径与排水立管的管径相同或小一级b）结合通气管管径与通气立管管径相同c）汇合通气管断面面积总管断面积 F = fmax + mfn5-3 排水管系中水气流动 的物理现象建筑内部排水流动特点水封的作用及其破坏原因横管内的水流状态立管内的水流状态排水立管的通水能力影响立管压力波动的因素及防止措施建筑内部排水流动特点排水
5、管道按非满流设计，且污水中含有固体杂质 ，因此，排水系统中的水流运动为水、气、固三相流动 。其主要特点包括：（1）间歇排水，水量、气压变化幅度大；（2）流速变化剧烈；（3）事故危害大。为合理设计建筑内部排水系统，既要使排水安全畅 通，又要做到管线短，管径小、造价低，因此需专门研 究建筑内部排水管系中的水气流动物理现象。水封的作用及其破坏原因水封的作用利用一定高度的静水压力来抵抗排水管内气压变化， 防止管内臭气和有毒、有害气体进入室内。水封的破坏及其原因因静态和动态原因造成存水弯内水封高度减少，不 足以抵抗管道内允许的压力变化值时，管道内的气体进 入室内的现象叫作水封破坏。（1）负压抽吸（2）正
6、压喷溅（3）自虹吸现象（4）静态原因横管内的水流状态能量转换（公式5-1）水流状态a）急流段 b）水跃段 c）跃后段 d）衰减段横管内的压力变化a）横支管内的压力变化b）横干管内的压力变化立管内的水流状态排水立管的水流特点（1）断续的非均匀流 （2）水气两相流（3）管内压力变化立管内的压力变化（图5-26）水流流动状态A. 附壁螺旋流（充水率t / j 1/4）特点：a）水流沿管壁周边向下作螺旋运动；b）水流挟气作用不显著，管内气压稳定。B. 水膜流（ 1/4 t / j 1/3）特点：a）水流沿管壁周边作下落运动，形成有一定厚度的带有横向隔膜的附壁环状水膜流；b）横向隔膜厚度薄不稳定，易被管
7、内气流冲破，管内气压波动不大，不会造成水封的破坏。 C. 水塞流（t / j 1/3 ）特点： a）水膜厚度增加，横向隔膜形成频繁，有水塞形成；b）管内气压波动大，造成水封的破坏 。 结论：在同时考虑排水系统安全可靠和经济合理的情况下，排水系统内的最佳水流状 态应为水膜流状态。此时既可保证一定的 排水负荷，又能维持管内气压稳定，使管 内水流畅通。排水立管的通水能力水膜流运动的力学分析目的：确定水膜流阶段排水立管在允许压力波动范围内的最大排水能力A）水膜流的运动特征水膜流形成后比较稳定，向下作加速运动，水膜厚度近似与下降速度成反比。随着水流下降速度的增加，水膜所受管壁摩擦力也随着增加。直至水膜所
8、受的管壁摩擦力与重力达到平衡时，水膜的下降速度与厚度不再变化，此时的流速称作终限流速（v t）；从排水横支管水流入口至终限流速形成处的高度称作终限长度（L t）。B）水膜流运动的力学分析排水立管中的水膜可近似看作一个中空的 圆柱状物体（图5-28），在下降过程中同时受 到重力W和管壁摩擦力P的作用。取一个长度为L的单元体进行分析，根据 牛顿第二定律有：F = ma = m（dv/dt）= W P （5-2 ）其中 W = m g = Qt g （5 -3）P = dj L （5 -4）=（/8）v 2 （5- 5）= 0.1212（KP/e)1/3 (5-6)v = L/t (5-7)将（5-
9、3、4、5、6、7）带入（5-2），整理后有：（m/t）（dv/dt）= Qg -（0.1212/8）（Kp/e)1/3 v 3 dj (5- 8)当水膜达到终限流速vt时，水膜厚度达到终限流速时的水膜厚度et，此时水流速度不再改变，加速度a = dv/dt = 0，式（5-8）可整理为：vt =（21 Qg/dj）（e/Kp）1/3 1/3 (5- 9)终限流速时的排水流量 Q = et vt dj (5-10) 将（5-10）带入（5-9） 得vt = 2.22（g3 /Kp）1/10 （Q/dj）2/5 = 4.4（1 /Kp）1/10 （Q/dj）2/5 = 1.75（1 /Kp）1/
10、10 （Q/dj）2/5 （Q：L/s， dj：cm） (5-11) 根据终限长度的定义，利用数学方法推得：Lt = 4.4（1 /Kp）1/10 （Q/dj）2/5 (5- 12)立管在水膜流时的通水能力在水膜流状态，当达到终限流速时，水膜下降速度和厚度保持不变，立管通水能力也不变，表达式为：Q = （1/10）t vt (5-13)将t = et（dj et）和式（5-11）带入，有：Q=0.3686 （1 /Kp）1/6 （dj et）et5/3 /dj2/3(5-14)化简后有：Q=0.0365（1 /Kp）1/6 5/3 /dj8/3 (5-15)其中， Q：排水流量，L/s；：充水
11、率（=t /j） dj：立管内径，m；Kp：当量粗糙高度，见表5-6。影响立管内压力波动的因素及防止措施立管（横支管入口处）最大负压P1 = - vt 2或 P1 = - 1.53（1 /Kp）1/5 （Q /dj）4/5 P1：立管内最大负压值，Pa；：空气密度，kg/m 3 ；Kp ：管壁粗糙高度，m；Q ：排水流量，L/s；dj ：管道内径，cm； ：空气阻力系数， = 1+（L/ dj ）+ K结论立管内最大负压值与管壁粗糙高度、管径成反 比；立管内最大负压值与排水流量、终限流速和空 气阻力系数成正比；不设伸顶通气管时，=，造成负压很大，水封受到破坏。稳定压力和增大通水能力的措施减小终限流速A. 增加管内壁粗糙高度；B. 设乙字弯消能措施；C. 利用溅水方法使下落水流与空气混合，降低流速（瑞士，苏维脱排水系统）；D. 使水流沿切线方向进入立管旋流而下，降低流速（法国，空气芯水膜旋流排水系统）。减小水舌阻力系数A. 设置通气立管；B. 利用空气芯避免水舌；C. 横支管与立管相连时采用异径三通或顺水三通。
