【摘要】介绍虹吸式屋面雨水排水系统,并浅谈虹吸式屋面雨水排水系统设计过程中一些需要注意的问题。 

【关键词】 虹吸式 屋面雨水 
  虹吸式屋面雨水系统的概念1968年首次在欧洲提出,1972年在瑞典建成首个商业化的虹吸式屋面雨水排水系统。由于系统设计计算精度较高、能充分利用雨水的动能,具有用料省、水平管道不需要坡度、所需安装空间小等优点,特别适用于公共建筑及厂房等大型屋面。 
  虹吸排水系统是将传统的“重力流”变为“满管流”,而满管流会产生抽吸作用,提高排水速度。虹吸排水系统就是使排水系统在一定的水量下,使系统达到“满管流”状态的系统。 
  一、 系统特点 
  1. 系统组成 
  屋面雨水排水系统一般由虹吸式雨水斗、无坡度悬吊管、悬吊装置、立管和雨水出户管(排出管)组成。 
  2. 虹吸的形成 
  虹吸式雨水排放系统管内压力、水流状态是不断变化的过程。降雨初期,雨量一般较小,悬吊管内是有自由液面的波浪流。根据雨量大小的不同,部分情况下初期无法形成虹吸作用,是以重力流为主的流态。随着降雨量的增加,管内逐渐呈现脉动流,拔拉流,进而出现满管气泡流和满管汽水混合流,直至出现水的单向流状态。降雨末期,雨水量减少,雨水斗淹没泄流的斗前水位降低到某一特定值(根据不同的雨水斗产品设计而不同),雨水斗逐渐开始有空气掺入,排水管内的虹吸作用被破坏,排水系统又从虹吸流状态转变为重力流状态。因此在整个降雨过程中,悬吊管内的压力和水流状态会出现反复变化的情况。 
  3. 管材 
  传统雨水管道为重力流管道 ,管材采用UPVC雨水管、焊接钢管。而虹吸式屋面雨水排水系统管材一般选用HDPE管,因为PE材料具有如下优点:比重轻、韧性强、抗冲击、耐侯性范围大,并具抗腐性、抗紫外线,不结垢、无毒等优点,材质寿命长达50-70年;在水利条件方面摩擦系数小、不易堵塞。HDPE管的连接方式:主要采用热熔连接,通过物理原理使材料熔为一体,安全可靠,并可根据需要进行合理的机械连接(如丝口、法兰等)。 
  二、 系统计算 
  1. 水力计算 
  虹吸雨水排放系统的设计必须先进行水力计算,水力计算的最终目标是实现斗前水深的稳定可靠,利用较小的斗前水深就形成虹吸。水力计算是通过对充满度,流速,负压值三者之间的平衡来实现其最终目标的。首先是充满度,充满度太小,虹吸形不成,充满度太大,雨水无法按设计要求排除。一般地,充满度在60%左右就能形成比较稳定的虹吸流。其次是流速,流速太小,虹吸形不成,流速太大,容易造成对管道的冲刷。所以,虹吸雨水系统中的悬吊管流速不宜小于1m/s,立管流速不宜大于10m/s。再就是负压值,负压值太小,虹吸形不成,负压值太大,管道会被吸扁。 
  2. 设计重现期 
  设计重现期的是虹吸雨水系统至关重要的一个参数,根据规范要求,必须满足: 虹吸系统+溢流系统=50年重现期,与传统的屋面排水系统不同,虹吸式屋面雨水排水系统需要设置溢流系统,因为虹吸雨水排放系统是不能排除设计重现期以外的雨水量的,而设计重现期也不是越大越好,一般是普通建筑为5年,重要建筑为10年。过大的设计重现期不仅增加系统的造价,而且在大多数情况下将会使系统形不成虹吸流,系统以重力流的形式排除雨水,而这种重力流的效率远低于真正的重力流。时间一长就会因管道积水引起污物淤积,造成管道堵塞。而解决这一问题的最有效做法就是开设屋面溢流口,排除设计重现期以外的雨水量,若开不了溢流口,就做管道溢流系统。 
  3. 虹吸雨水斗 
  虹吸雨水斗是虹吸雨水系统的收集装置,其关键技术为不掺气的新型雨水斗,该种雨水斗采用特殊的构造,使雨水在进入雨水排放系统前得到整流,最大限度地将空气隔离在雨水排放系统之外,为系统内形成满管流提供条件。 
  4. 雨水天沟 
  一般屋面采用虹吸雨水排放系统,雨水斗均布,雨水天沟不用找坡,但是如果大型屋面雨水沟采用集中布斗,就需要适当找坡。雨水沟的最小尺寸宜为500宽,250深。否则系统易漏气,不易进水,无法设置溢流口,对钢天沟而言,沟深太小还容易翻水。 
  三、 系统安装 
  虹吸排水管道安装在吊顶内水平管道可贴楼板或梁安装而无需放坡,并且多个雨水斗连接于一个水平管内,节约了宝贵的建筑空间。系统安装有以下要求: 
  1. 虹吸雨水斗与屋面或天沟和管路系统应可靠连接。 
  2. 虹吸式雨水斗布置在屋面的最低点,对雨水立管作对称布置,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部。 
  3. 天沟的起点深度应根据屋面的汇水面积、坡度和虹吸式雨水斗的斗前水深确定,天沟坡度不宜小于0.003。 
  4. 雨水立管应设置检查口,其中心距地面1.0 m,最大设置间距不应大于30 m,连接管与悬吊管的连接宜采用45o斜三通。 
  5. 雨水斗的进水口应水平安装,进水口高度应保证天沟内的雨水能通过雨水斗排净。 
  6. 在雨水立管的底部弯管处应设支墩或采取牢固的固定措施。 
  四、 结语 
  相对于传统的屋面雨水排水系统,虹吸式屋面雨水排水系统具有很多优点:雨水立管少;埋地管少,地面开挖工作量少;雨水管管径较小;雨水悬吊管无需坡度,占据建筑空间较小;建筑适用性、灵活性好;管线能随意布置;整个系统用材较少;管道内具有自净能力。对于大型公共建筑(如商场、展馆、体育馆)及厂房等屋面雨水排水采用虹吸排水技术是较好的选择。 
  主要参考文献 
  1. 《建筑给水排水设计规范》(GB50015-2003)(2009年版) 北京 中国计划出版社 
  2. 《虹吸式屋面雨水排水系统技术规程》(CECS183-2005)北京 中国计划出版社