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1、虹吸基础知识建筑雨水排水系统 建筑雨水排水系统是建筑物给排水系统的重要组成部分，它的任务是 及时排除降落在建筑物屋面的雨水、雪水，避免形成屋顶积水对屋顶 造成威胁，或造成雨水溢流、屋顶漏水等水患事故，以保证人们正常 生活和生产活动。建筑雨水排水系统的分类 根据不同的分类标准，雨水系统有不同的类别：1）屋面雨水系统按照管道的设置位置不同可分为：外排水系统和内 排水系统。外排水是指屋面不设雨水斗，建筑物内部没有雨水管道的雨水排放方 式。2）按照屋面有无天沟可以分为檐沟外排水和天沟外排水3）根据系统是否与大气相通分为密闭系统和敞开系统4）按雨水管中水流的设计流态可分为重力半有压流雨水系统、重力 无压
2、流雨水系统和压力流雨水系统（虹吸式雨水系统）5）根据立管连接雨水斗的个数分为单斗、多斗雨水排水系统虹吸系统的原理及其特点 降雨时屋面上积水达到一定高度，通过气水分离的雨水斗，利用建筑 物屋面的高度差所产生的势能，使流态由附膜壁流转化为气水混合 流，最后达到水一相流状态，排水管道内逐渐产生真空进行排水。 系统能充分利用水的动能，在密闭的管道中产生连续不断的虹吸作 用，实现快速、高效的排除屋面雨水。它是解决大屋面雨水排放的先 进排水技术。由于虹吸排水系统是经过精确的水力计算而设计的排水系统，其管道 内按满流状态设计，经过高精度计算，能充分利用水的动能使系统产 生虹吸作用。水流流速快、流量大、管道有
3、较好的自洁能力、相同管 径排水量大等优点。和传统重力排水系统相比有以下特点： 广泛适用于各种不同类型、用途的建筑物；悬吊管无需坡度敷设；降低管材的管径；现场施工量减少；使用更少的材料；节省安装空间；管道具有自洁能力，不易堵塞；从设计到施工简单快捷。 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将越严格， 同时也推动新的排水技术的发展。屋面面积的增大，排水管道也必须 增大管道数量增多，这必将会影响建筑物美观和实用的要求。传统的 排水方式已不能完全满足现代建筑的需求，而虹吸排水系统的应用是 解决现代建筑大面积屋面排水问题的有效解
4、决方式。虹吸排水技术具 有很高的推广价值和广阔的发展前景。自从上个世纪九十年代初期国 内建筑业便开始采用虹吸排水系统。特别是在一批大型项目，如厂房、 机场、体育馆、展览馆等建筑中的实践应用均取得良好的排水效果， 而且至今系统运行良好。虹吸系统组成和材质虹吸系统由虹吸试雨水斗、尾管、连接管、悬吊管、立管、埋地 管、检查口和固定及悬吊系统组成。虹吸试雨水斗：雨水斗一般由反旋涡顶盖、格栅片、底座和底座支管组成。额定流量 分 12L/s 、 25L/s、 40L/s 、 60L/s 和 72L/s 等，最常用的为 25L/s 和 40L/s 两种额定流量的雨水斗。虹吸试雨水斗材质可采用铸铁、铝合金、不
5、锈钢、高密度聚乙烯（HDPE ）和聚丙烯（PP）等。管材和管件：用于虹吸式屋面雨水排水系统的管道，应采用铁管、钢管（镀锌钢管 涂塑钢管）、不锈钢管和高密度聚乙烯（HDPE）管等材料。用于同 一系统的管材和管件以及与虹吸式雨水斗的连接管，宜采用相同的材 质。这些管材除承受正压外，还应能承受负压。固定件：管道安装时应设置固定件。固定件必须能承受满流管道的重量和高速 水流所产生的作用力。对高密度聚乙烯（HDPE）管道必须采用二次 悬吊系统固定。虹吸设计虹吸系统的反方案设计包括两个方面： 方案初步设计系统深化校核方案初步设计虹吸系统的初步设计主要包括暴雨强度、汇水面积、雨水斗型号 及数量等的确定和雨水
6、斗、管道的布置。1）暴雨强度在选择暴雨强度和重现期时要考虑建筑物用途和其重要性等等因数， 并结合建筑给排水设计规范来确定，虹吸系统的重现期不应小于 规范要求。一般虹吸系统的暴雨重现期不小于当地5年，取10 年居 多，也会因建筑物要求适当增高。因一些地区暴雨强度有两个或更多 的计算公式，设计时最好有相应设计师提供的具体数据，保证设计取 值准确。没有溢流的雨水系统是不安全的。溢流的功能主要是雨水系统事故排 水和超量雨水的排除。建筑物的溢流可以以溢流口或溢流系统的方式 设置。溢流口是在天沟或其他集水区域的侧墙上一定高度设置的排水 口；溢流系统又可以分为重力式和虹吸式。溢流口或溢流系统应设置 在溢流时
7、雨水能通畅流达的场所，溢流口或溢流装置的设置高度应根 据建筑屋面允许的最高溢流水位等因素确定，最高溢流水位应低于建 筑屋面允许的最大积水深度，没有具体要求时，将溢流系统或溢流口 的进水最低点设在天沟最低点以上100mm至150mm位置。溢流重现期选择一般是与虹吸系统相结合的。如：一般要求虹吸系统 及溢流的总排水能力不低于当地50年重现期。欧洲国家VDI协会设 计规范认为，屋面溢流装置必须能够满足百年一遇的降雨强度下 时 的雨水流量进行校核。溢流系统的暴雨强度就是总的暴雨强度减去相 应的虹吸系统暴雨强度，因为50年的暴雨强度比10年的暴雨强度 一般相差不会超过10年暴雨强度的一半，这样就使溢流的
8、暴雨强度 比虹吸的暴雨强度小很多，响应的流量负荷也小很多，我们可以在天 沟两端或在天沟中间位置设置溢流系统或溢流口。2）汇水面积 汇水面积计算是方案初步设计的关键，汇水面积准确才能保证系统正 常的工作和建筑的安全，汇水面积是汇集的降雨最终可以排放到计算 天沟里的全部面积。应根据建筑图纸及相关资料计算屋面汇水面积。屋面汇水面积计算的 一般要求：1、一般坡屋面按水平投影面积计算；2、高出汇水面的侧墙，应将侧墙面积的 1/2 折算为汇水面积。同一 汇水区内高出的侧墙多于一面时，按有效受水侧墙面积的 1/2 折算入 汇水面积；3、高层建筑裙房屋面，应附加其高出部分侧墙面积的 1/2；4、半球形屋面或斜
9、坡较大的屋面，其汇水面积等于屋面的水平投影 面积与竖向投影面积的 1/2 相加之和。不同地区的暴雨强度因气候及降雨差异数值也是不同的，各地有 各自的公式参数。现在有很多共享软件可以计算各地所需的雨水暴雨 强度数值，简化计算步骤、减少计算时间。3）雨水斗 流量计算完成后，就要确定雨水斗的数量及型号。 雨水斗数量及型号的决定因数不只取决于总汇水量，还要满足天沟中 相邻两雨水斗间距不大于20m,雨水斗的数量要满足最大的一个因 素要求。按要求取数值较大的。 为雨水斗数量,因此取值为整数,计算时不足整数部分进1。 雨水斗数量确定后就可以确定相应雨水斗的流量,单斗流量小于 时 采用 额定流量的雨水斗,单斗
10、流量大于 而又小于 时采用额定流量 为 的雨水斗。这两种额定流量的雨水斗使用居多,虹吸系统中过大 流量和过小流量的雨水斗都会造成浪费，过大流量斗会相应的使管道 管径增大，过小流量则会增加雨水斗的数量。4）系统布置 根据所计算的有关数据,确定雨水斗的数量和分布位置,在图纸上绘 制雨水斗位置和管道系统的布置设计，除了在建筑平面图纸上布置雨 水斗和管道，还要进行系统的设计。系统设计应符合有关规范规定并具备以下要求：1、当连接有多个虹吸式雨水斗时，雨水斗宜与雨水立管做对称布置， 以减少管道用量；雨水斗的排水连接管应连接在悬吊横管上，不得直 接接在雨水立管的顶部。2、虹吸式雨水斗应设置在每个汇水区域屋面
11、的最低点或天沟内的最 低点。3、每个汇水区域的雨水斗数量不宜少于2 个。4、2 个雨水斗之间的距离不宜大于 20m。5、设置在裙房屋面上的雨水斗距裙房与塔楼交界处的距离不应小于 1m,且不大于10m。6、对于汇水面条中大于5000 m2的大型屋面，宜设置不少于2组独 立的虹吸排水系统。在进行初步的图纸设计时应与设计院相关的设计人员沟通、协调以免 与其他专业产生冲突。需要注意的是，管道布置根据不同的工程有不同的要求，可能在 柱边，也可能有固定的管道井，严格按要求来布置的。立管位置宜布 置在距离雨水井较近的位置，这样可以减少埋地管道的长度和相应的 施工量。系统深化校核系统深化校核即为系统的水力计算
12、，主要目的是确定系统的管道 管径和系统的充满度。虹吸系统的管道管径是虹吸现象产生的基础，系统的水力计算，应包 括对系统中每一管路水力工况的精确计算。计算结果应包括设计暴雨 强度，汇水面积、设计雨水流量、每一计算管从段的管径，计算长度、 流量、流速压力等。随着计算机技术的发展进步和对虹吸排水系统水力的精确度的 更高要求，这部分工作都由厂商开发的专业设计软件完成。但在中国 国内厂商开发的软件还没有得到权威的认证，计算结果不能确保完全 准确。得到人证达到标准的计算软件大都是欧洲的厂商所开发的，至 今为止流传至国内并可以准确应用的不超过两家。在系统水力计算时要注意管道内的压力值和雨水流速：根据管道的呈
13、 压能力负压一般不得低于，雨水流速横管控制在 立管流速在。系统深化时要注意充满度的选取，一般情况下 60%的充满度就可 以形成虹吸，但速度相对很慢，影延长虹吸形成时间，使屋面雨水排 除不及时，我们选择充满度时宜在80%以上的。 虹吸排水系统水力计算思路可分以下步骤：1、计算各斗汇水面内的设计雨水量；2、计算系统的总（雨水斗进水口至过渡段的高差）和管长（最不 利点雨水斗至过渡段长度）；3、确定系统的计算当量，可按金属管 和塑料管 来估算；4、估算单位管长的水头损失，5、根据管段流量和水力坡度在有压水力计算图上查出管径及精确的，注意流速应不小于1m/s；6、检查系统高度和立管管径的关系是否满足要求
14、；7、精确计算管道计算长度（直线+配件当量长）；&计算系统的压力降（即总水头损矢），有多个计算管段时逐段累计；9、检查是否满足 ；10、计算系统的最大负压值，负压值发生在横管的立管的连接点，负 压值若不符合要求，应调整管径；11、检查节点压力平衡状况，若不满足要求应调整管径。虹吸排水系统的水力计算应符合下列规定及要求：1、虹吸式雨水斗应采用径检测合格的产品，应有权威机构测试 提供的水力参数。雨水斗的排水能力应满足设计雨水量的要求。2、雨水斗进水口至过渡段的几何高差 减去系统的压力降（总水头损 失），应大于过渡段流速水头。3、悬吊管最小设计流速不宜小于，立管设计流速不宜小于，管道 最大流速宜小于
15、 ，且不得大于 。4、系统中各斗到过渡段的水头损失允许误差应小于 ，如果超出允许 范围应调整管径重新算，同时各节点的压力差值不大于或。5、系统内的最大负压计算应根据系统安装、管道材质、管道和管件 的最大及最小工作压力等确定。金属管最大负压绝对值应小于；塑 料管视产品的力学性能而定，但不得大于。如管道水力计算中负压 超出以上规定值应调整管径重算。6、系统高度和立管管径的关系应满足：在立管管径不大于DN75时, 宜大于3m；在立管管径不小于DN90时，宜大于5m。如不满足， 可增加立管根数，减小管径。7、当悬吊管管中心与雨水斗进水痘口的高差小于1m时，应校核雨 水斗在系统中形成虹吸的最小流量（L/S），并应大于1.1倍的在单 斗、单立管系统中形成虹吸的最小流量。8、虹吸排水系统过渡段下游的流速应控制在 以内，当流速大于 时 应采取消能措施。9、管道的局部水头损失应根据管道的连接方式，采用管配件当量长 度法计算，当缺少管配件的实验数据时，可采用公式估算。式中：管道的局部水头损失局部阻力系数流速重力加速度从虹吸系统至过渡段的转换宜按估算。雨水斗的值应由产品供应 商提供，缺少资料时可按估算。计算机软件系统设计水力计算，在各项系统水力校核工作完成后 输出水力计算书和系统轴测图方案等完成虹吸排水的系统深化校核。虹吸系统设计的两个方面都很重要，初步设计决定了雨水
