2010城市規劃師城市規劃相關知識輔導：屋面虹吸式雨水排水系
發布時間：2012-07-25 共2頁
緒論
隨著建筑技術的不斷發展，大型屋面排水技術逐漸成為目前人們關注研究的課題。目前大型單體建筑如機場航站樓、展覽館、體育場、工業廠房等超大型建筑屋面跨度大、面積廣，屋面荷載承受能力較小，這就要求在降雨時屋面積蓄的雨水在短時間內能夠迅速排出。傳統重力流雨水排放系統要達到這一要求，就必須增加雨水斗數量及立管根數，加大立管管徑。而采用虹吸式雨水排放系統，系統管道中雨水流態為滿流有壓狀態，排水量大，排放迅速且立管根數少，管徑小，橫向懸吊管無坡度，能夠最大限度滿足建筑使用功能。
北京某工程屬于超高層的重點工程，原設計為重力流雨水系統，暴雨重現期為10年，后又提高暴雨重現期為50年，所以原設計管徑都需要加大，屋面雨水排放速度需加快，而地下室的結構已經封頂，防水套管已經施工完畢，如果更改拆改破壞量太大，又延誤工期，而且進行地下室綜合管線排布的時候，發現地下室管線錯綜復雜，不易滿足雨水大管徑重力流的坡度要求；重力流雨水系統的地上部分立管多，管徑小，空間有限不利于安裝和檢修。為了解決上述問題，經過分析比較，該工程選用了虹吸式雨水排水系統。通過這次改變，使工程復雜的雨水排放系統大大簡化。由于整個系統管道數量減少、管徑減小、水平管道無需考慮坡度要求，非常有利于地下室綜合管線的排布，即減小了施工難度又減少了施工成本。下面簡單介紹一下虹吸式雨水排放系統的原理和施工要求。
1、工作原理
虹吸現象我們在日常生活中經常可以看到。如下圖所示，我們把一根灌滿水的塑料管用手指堵住兩端分別放入魚缸和水杯中，同時放開手指，由于兩個液畫存在高差h1，此高差部分水在重力作用下流向水杯，從而使上部塑料管內產生負壓，魚缸內水就會被吸入塑料管，水就會不斷的從魚缸流向水杯。這就是虹吸現象。當魚缸與水杯液面高差越大時，塑料管內水流速度越大，排水越迅速。
虹吸式雨水排放系統正是利用這一原理，利用建筑物屋面高度所形成的水頭來實現虹吸排水。降雨來臨時，屋面逐漸形成積水，由于采用了科學設計的防漩渦雨水斗，當屋面雨水高度達到一定高度，通過控制進入雨水斗的雨水流量和調整流態減少漩渦，從而極大地減少了雨水進入排水系統時所夾帶的空氣量，使得系統中排水管道呈滿流狀態，當雨水通過管道變徑時，在此處產生負壓，加速雨水的排放速度。
2、工作狀態
虹吸式雨水排放系統管內壓力和水的流動狀態是不斷變化的過程。降雨初期，雨量一般較小，懸吊管雨水流態是有自由液面的波浪流。根據雨量大小的不同，部分情況下初期無法形成虹吸作用，是以重力流為主的流態。隨著降雨量的增加，管內逐漸呈現脈動流，拔拉流，進而出現滿管氣泡流和滿管汽水混合流，直至出現水的單相流狀態。降雨末期，雨水量減少，雨水斗淹沒泄流的斗前水位降低到某一特定值（根據不同的雨水斗產品設計而不同），雨水斗逐漸開始有空氣摻入，排水管內的虹吸作用被破壞，排水系統又從虹吸流狀態轉變為重力流狀態。在整個降雨過程中，隨著降雨量的增加或減小，懸吊管內的壓力和水流狀態會出現反復變化的情況。與懸吊管相似，立管內的水流狀態也會從附壁流逐漸向氣泡流，氣水混合流過渡，最終在虹吸作用形成的時候，出現接近單相流的狀態。
3、系統組成
3.1雨水斗
一般來說，雨水斗的設計是整個虹吸系統的能否按設計要求工作的關鍵所在之一，它的穩流性越好，產生虹吸所需的屋面匯水高度越低，總體性能就越優越。
標準型的雨水斗，是由雨水斗底盤、夾圈、空氣隔板、格柵外罩蓋組成。另外根據需要可提供通用型的絕緣底座，固定件，法蘭片，焊接片，防火保護帽，微型加熱電圈等配件。雨水斗材質為HDPE、鑄鐵或不銹鋼。其各部分有不同的結構功能。雨水斗置屋面層中，上部蓋有進水格柵。降雨過程中，雨水通過格柵蓋側面進入雨水斗，當屋面匯水達到一定高度時，雨水斗內的反渦流裝置將阻擋空氣從外界進入同時消除渦流狀態，使雨水平穩地淹沒泄流進入排水管。
3.2系統管道
管道作為虹吸式屋面雨水排放系統最主要的部分，而管道的變徑可以加速雨水的排放和流量，必須確保系統安全可靠，高效持續的運行。虹吸式系統作為一個特殊的排水系統，正常工作運行時管道內呈負壓狀態，因此管道的管壁必須具備相當的承壓能力，管道接口必須完全的密封防止空氣進入管道內出現氣團，破壞虹吸作用。同時管道要具有較高的防火性能，并且做到盡可能降低噪聲，吸收震動，抗擊沖擊外力，最大程度滿足抗溫度變化引起的形變。
目前虹吸式雨水管道系統一般采用鍍鋅無縫鋼管溝槽管件連接、不銹鋼管或HDPE管粘接。
北京某工程虹吸式雨水排放系統就選用鍍鋅無縫鋼管，連接方式為溝槽連接。鍍鋅無縫鋼管作為傳統的管道材料能夠滿足虹吸式雨水系統的承壓要求和防火性能。但普通的溝槽連接管件不能滿足系統抗負壓要求，如下列條件：
因此必須采用專門設計的抗負壓的溝槽管件，在正負壓不同狀態下，通過不同的密封點而保證系統的密封性。同時溝槽管件中管頭縫隙還可以消除因熱脹冷縮而產生的管道位移。如下圖所示：
因此必須采用專門設計的抗負壓的溝槽管件，在正負壓不同狀態下，通過不同的密封點而保證系統的密封性。同時溝槽管件中管頭縫隙還可以消除因熱脹冷縮而產生的管道位移。如下圖所示：
4、系統安裝
4.1雨水斗安裝
雨水斗的安裝位置應滿足以下要求：
（1）雨水斗離墻至少1米。
（2）雨水斗之間距離一般不能大于20米。
天溝雨水斗安裝：在屋面防水層施工前安裝不銹鋼底盤放在預留孔的正上方，確保底盤與面板頂面標高保持一致，同時用混凝土封堵尾管與預留洞之間的空隙。在混凝土封堵完成后，土建方開始進行防水施工，但要保證防水層不超過規定界限。防水施工完成后，安裝夾圈，防水保護層及找平層做到夾圈的邊緣。在屋面工程結束，管路系統安裝完畢后安裝空氣擋板或隔柵防護罩。
4.2管道安裝
鍍鋅無縫鋼管采用卡箍連接，按照設計坐標、標高位置，現場實測尺寸進行劃線切割、下料，預制管道。管道斷口需用鋼銼挫掉毛刺進行防腐處理，用專用滾槽機壓出槽口，將兩段管段對齊用專用卡箍卡緊。按管線坐標位置放線安裝固定支吊架將管段水平吊裝。嚴格按圖紙施工，特別是變徑位置必須在設計位置的±0.20m以內。
4.3檢驗與試驗
在系統管路安裝完成后，排水管道按規范要求做灌水試驗。系統灌水試驗合格后，還需要做排水性能試驗。虹吸式排水系統可以采用以下三種實驗方法：
（1）、單位時間內水容積增減的方法（適用于混凝土屋面）。先將排水系統的立管出口密封并將對應的排水區域分開設立儲水區，然后向儲水區內持續加水（要求水深小于0.5米，供水量應滿足按設計排水量排放一分鐘）。打開排水出口5秒鐘后，記錄30秒內屋面水面的變化量并計算：排水能力（升／秒）：水容積變化量／30秒。
（2）、管道流量計測量的方法。在排水系統排出干管部分安裝流量計，并密封出口，將對應的排水區域分開設立儲水區，然后向儲水區內持續加水（要求水深小于0.5米，供水量應滿足按設計排水量排放一分鐘）。打開排水出口5秒鐘后，記錄30秒內流量計顯示的數值并計算平均值為其排水能力。
（3）、采用降雨時實際觀測來計算雨水的排水能力的方法。降雨量依據當地氣象部門監測數據。
