浅论虹吸式排水技术在大型屋面中的应用

关键词:虹吸式排水技术;存在问题;应用措施;发展 

　　1关于虹吸式屋面雨水排水系统的详述 

　　虹吸式屋面雨水排水实际上是多种流态(波浪流、脉冲流、活塞流、泡沫流和满管流)混合交替的过程,其与传统重力排水转换过程中会产生较大的振动,这就要求系统配备有相应的措施,如使用低弹性模量的管材和强有力的紧固系统抵消这些振动而不是将这些振动传递给建筑结构,确保建筑结构的安全。而虹吸式雨水斗排水系统是雨水排水系统中一个重要的组成部件,其独特的设计具有气水分离功能,在雨水汇集时能够防止涡旋的产生,从而更有效地阻止空气进入压力流(虹吸式)雨水排水系统,保证系统正常、安全运行。 

　　1.1 虹吸现象虹吸现象是液态分子间引力与位能差所造成的,即利用水柱压力差,使水上升后再流到低处。由于管口水面承受不同的大气压力,水会由压力大的一边流向压力小的一边,直到两边的大气压力相等,容器内的水面变成相同的高度,水就会停止流动。 

　　1.2 虹吸式雨水排水虹吸原理形成虹吸式雨水排放的前提条件是:必须具备拥有良好气水分离装置的雨水斗。该排水系统原理是:虹吸式雨水排放系统是根据“努伯利”方程,通过精确的水力计算利用屋面专用雨水斗实现气水分离。在降雨初期,屋面雨水高度未超过雨水斗斗前高度时,整个排水系统作状态与晕力排水系统相同。系统能充分利用水的动能,通过雨水管道变径,在该管道处形成负压,屋面雨水在密闭管道内负值的抽吸作用下,连续不断的产牛虹吸作用,以较高的流速被排出室外,从而实现快速、高效的排除屋面雨水。 

　　2虹吸式排水系统在大型屋面中应用的优点 

　　近年来,在大型建筑屋面雨水排水设计中,采用虹吸式屋面雨水排水系统越来越多。不可否认,相对于传统重力排水系统,虹吸式雨水排水系统在大型建筑屋面雨水排水系统设计中具有节省管材、节省空间、高效安全、节省室外雨水排水系统工程造价等优点。但在具体项目设计中,还是需要设计人员根据建筑物周边市政雨水排水管网的可靠程度,有区别地加以对待。 

　　3虹吸式屋面雨水排水系统与市政排水管网的存在的问题与解决措施 

　　3.1 问题的提出目前,在一些城市的开发区,大跨度轻钢工业厂房和大面积建筑屋面比比皆是,其中一些处在市政雨水管网的起端。通常管网起端的雨水管道,管径多为DN400,且埋深较浅。在一些老城区的雨水管网起端,甚至还存在DN300的钢筋混凝土雨水管道,可能还有部分是雨、污合流的排水管道。在市政工程设计中,为了控制工程投资,市政雨水管道坡度设计,多采用最小设计坡度。以DN400钢筋混凝土圆管为例,最小设计坡度为0.003。对室外雨水管道而言,按满流设计,最大排水流量为114L/s。试想,在暴雨强度较大地区,对于那些屋面面积动辄上万或数万平方米的大型建筑屋面,如果屋面排水采用虹吸排水方式,当大重现期降雨出现时,大量的雨水径流排人这样的市政雨水或雨、污水合流管道,其后果可想而知。所以,对于此类大型工业厂房或大屋面民用建筑,如果采用虹吸式雨水排水技术,由于其雨水立管及过渡段下游流速较大,且排水量也较大,屋面雨水应直接进入室外排水管道,不应像重力排水一样排至室外散水。当发生大重现期降雨时,如果虹吸式屋面雨水排水流量大过室外或市政排水管道的排水能力,势必造成室外雨水从雨水检查井处外溢。对于那些老城区雨、污合流的市政排水管道,可能会造成污水沿检查井外溢,污染城市环境。 

　　3.2 解决措施要想有效预防大型建筑屋面虹吸式雨水排水系统与市政雨水管网不配套所带来的问题,首先要结合建筑屋面形式,尽可能首选重力排水的方式,将屋面雨水排至建筑物室外散水,延长雨水沿地面的汇流时间,降低雨水径流。同时,如果厂区占地面积较大,还应考虑尽可能削减厂区雨水径流。关于削减降雨时的地面径流,通常采用以下几种措施:①如果室外地面需要硬化,可由建筑专业采用透水混凝土进行硬化。根据郑州市近几年的情况,经透水混凝土硬化的室外场地,发生小重现期降雨时,几乎不产生径流。但由于透水混凝土本身及相关配套施工费用较高,一定程度上限制了该技术的推广。②在室外停车场地面等采用嵌草砖进行硬化和绿化。这种做法对于降低地面径流系数、削减雨水径流、降低雨水中的污染物浓度有一定的积极意义。而且,这种做法在国内应用比较广泛。 

　　总之,对于那些处于市政排水管网起端的大型建筑屋面,如果采用虹吸排水,其设计流量超过市政排水管网的排水能力时,建议首先考虑采用屋面重力排水的方式。在此基础上,结合当地情况,进一步采取合理措施,削减地面径流,实现雨水的安全排放。 

　　对建筑给水排水设计而言,新技术、新产品、新工艺的出现,推动了工程设计的发展。同时,建筑给水排水设计标准的提高,设计理念的革新,也有力地促进了相关产品、技术和工艺的进步。对工程设计来说,设计中各个相关专业作为一个密不可分的整体,伴随着每项新技术在工程设计中的应用,不但会对本专业也会给相关专业带来一定的影响。这就要求广大建筑给水排水设计人员在采用新产品、新技术的时候,深入分析该产品的技术特点,严格把握该产品可能会对本专业或相关专业设计带来的变化。如对相关专业影响较大,可会同相关专业设计人员及专业厂家共同探讨,力争以尽可能合理的手段解决相关问题,最终实现建筑给水排水专业设计的更大发展。 

　　参考文献: 

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　　[5]王华.全国民用建筑技术统一措施・给水排水[M].北京:中国计划出版社,2006.