关于建筑屋面虹吸排水系统理论的探讨

在新型建筑中,仅靠传统施工工艺,屋面面积的增大,势必导致雨水管道增多,管径增大,从而影响建筑物的美观和实用。因此,传统的屋面排水系统已显得越来越不适应了,而“大面积屋面排水系统的设计”便成了现代施工的一个新课题。屋面雨水虹吸排水系统是利用屋顶专用雨水漏斗实现气水分离。开始时由于重力作用,使雨水管道内产生真空,当管中的水呈压力流状态时,形成虹吸现象,不断进行排水,最终雨水管内达到满流状态。

一、虹吸排水系统工作原理

虹吸排水系统为负压法或压力流排水系统。它由防漩涡雨水斗、雨水悬吊管、雨水立管、雨水出户管组成。该排水系统原理是:在降雨初期,屋面雨水高度未超过雨水斗高度时,整个排水系统工作状态与重力排水系统相同。随着降雨的持续,雨量的增加,当屋面积水高度超过雨水斗高度时,由于科学的防漩涡雨水斗能控制进入雨水斗的雨水流量并调整流态减少漩涡,极大地减少了雨水进入排水系统时所夹带的空气量,使系统中排水管道呈满流状态。利用建筑物屋面的高度使雨水具有势能,在雨水连续流经雨水悬吊管转入雨水立管跌落时就形成虹吸作用,在该处管道产生最大负压。屋面雨水在管内负压的抽吸作用下能以较高的流速被排至室外。

由于该系统排水管均可满流有压状态设计,因此虹吸排水系统中雨水悬吊管可做到无坡度敷设。当虹吸作用时管内水流流速很高,因此系统具有较好的自清洁作用。虹吸系统中排水管泄流量要远大于重力系统同管径排水管的泄流量。虹吸排水系统是一种多斗压力流排水系统。

二、虹吸排水系统及其优势

虹吸排水系统采用HDPE高密度聚乙烯管,这种管材能承受较大的冲击力,且不会因弯曲而破裂、折断,还具有耐腐蚀性,其抗极端温度范围也大,在-30℃-100℃,同时管子自身重量轻,施工方便,可使安装工效大大提高。因此与传统的屋面重力流排水系统相比虹吸排水系统具有十大优点:适用于各种类型、各种用途的建筑物;排水管道无需坡度排设;泄流量大;所需地下埋管较少;现场施工量减少;管道及配件的使用量减;降低排水管管径;节约安装空间;管道具有自洁能力;从设计到施工简单快捷。

虹吸系统的优势:比重力系统管径小1/2至2/3;横管不需要坡度;屋面雨水斗布点灵活;可减少与减小屋面预留洞要求;管道走向灵活可根据各种设计要求设置;管道材料可灵活选配;可控制屋面和天沟中的水深;水流速度快具有自洁管道功能。

三、虹吸排水系统的施工

屋面雨水排水系统一般由虹吸式雨水斗、无坡度悬吊管、立管和雨水出户管(排出管)组成。

虹吸排水系统的施工顺序是:埋地管水压测试埋地管隐蔽立管水平悬吊管、雨水斗灌水试验。

1、埋地管

埋地管施工前应与土建密切配合,按照排水系统埋地部分的标高,做好地圈梁上的相应位置预留孔洞的工作。

2、安装管道

管道作为虹吸式屋面雨水排放系统最主要的部分,必须确保系统安全可靠、完全的密封性和完备的防火措施,并且做到尽可能降低噪声,吸收震动,抗击冲击外力,最大程度满足抗温度变化引起的形变,一般根据工程实际情况,综合考虑其适用性、排水能力、耐久性、刚性、防火性、噪音、绝缘、造价和安装费用等因素进行选择,常见的虹吸管道有ABS, PVC, HDPE、PP,铜管、钢管和铸铁管。

3、安装雨水斗

一般来说,雨水斗是整个虹吸系统的关键部分,在施工时应做好与钢结构的密切配合,同时在天沟施工时做好雨水斗处的预留洞工作和防水工作,用亚弧焊将不锈钢水斗满焊在天沟上,在天沟处做聚胺脂涂层防水时,满覆焊缝,并深人雨水斗20mm雨水斗的设计和施工必须满足:①雨水斗离墙至少1 m。②雨水斗之间距离一般不能大于20m。③平屋顶上如果是沙砾层,雨水斗格栅顶盖周围的沙砾厚度不能大于60 mm,最小粒径必须为15mm。④如果雨水斗是安装再檐沟内,且采用焊接件的话,檐沟的宽度至少是350mm,檐沟内的雨水斗安装开口为70 mmx270 mm至290mmx290 mm。⑤如果雨水管是安装在混凝土屋顶面层内,那么屋顶至少有160mm厚。

4、灌水试验

排水系统施工完成后做灌水试验,将雨水斗排出口封堵严密,从雨水斗处注人清水至水面与天沟底相平,经1h后如水面下降则加水到原水面,直至水面不下降为止,同时检查管道接品,不渗不漏为合格。

四、设计、施工中的几点建议

1、设计管道时确定充满时间

管道充满分两个阶段:第一阶段是雨水由于非满流排水能力小于雨水的流量在天沟集聚;第二阶段是雨水在管道中聚集充满管道而产生虹吸。设计时主要是比较天沟的容量和管道的容积及排水能力和雨水暴雨强度比较确定充满时间,再天沟的深度。

2、雨量确定(如图)

2、安装雨水斗

安装雨水斗时要避免空气通过雨水斗进入整个系统在管道内形成气团,从而大大降低系统排水效率。同时雨水斗不宜作临时排水。

3、保证管道无渗漏

一般情况下,对于抗渗漏的要求是允许发生小范围的渗漏,只要有补救措施即可。但是虹吸系统一旦发生渗漏,不易发现。当突然出现暴雨的降雨强度,则可能立即造成整个系统崩溃。进而因为屋面雨水无法及时排放,超过屋面可负荷的荷载强度,从而引起屋面坍塌。

4、配件连接

配件连接时不能采用橡胶密封圈,用承插的方式进行连接。因为在虹吸作用时,管道内的管流是压力流的状态,一方面管壁承受压力,承插口处同样受压,容易发生渗漏;另一方面,一旦发生渗漏,则管内压力状态改变,影响正常的虹吸作用。

在整个施工过程中要特别注意水泥、黄沙、建筑垃圾等进人管道,从而引起管道阻塞。

虹吸式雨水系统克服了传统U-PVC雨水管采用胶接口配合承插口的施工工艺而产生公差过大引起的漏水、漏气现象。虹吸雨水系统立管较重力雨水系统立管小,方便管道布置,节约室内空间,增加了美观性。并且由于系统流速高,系统具有较好的自清效果;可解决屋面雨水集中放的难题;使用减少了大型建筑物中间雨水管的布置,减少了埋地引出管的长度,增强了雨水系统运行的可靠性。管道强度高、自重轻,与普通排水管相比减少了对屋面的损伤。随着单层建筑面积越来越大、工厂生产要求的提高,厂房内不允许布置雨水管的情况越来越多。屋面雨水需集中排放的情况较多。虹吸式雨水排放形式能适应上述发展的要求,因此具有广阔的应用前景。