浅谈虹吸式屋面雨水排水系统的分析应用

摘要：本文通过虹吸式屋面雨水排水系统的资料和施工经验，通过对其原理特点、系统安装的分析，阐述了虹吸式屋面雨水排水系统技术特点和施工要求。

关键词：虹吸式屋面雨水排水系统；施工要求

Abstract: Based on the information and experience in construction of the siphonic roof drainage system, through its principle characteristics, system installation analysis on the technical characteristics of siphonic roof drainage system and construction requirements.

Key words: siphonic roof rainwater drainage system; construction requirements

1、概述：

随着目前中国经济的高速发展，大型公共建筑和生产车间的规模越来越大，而我国目前屋面雨水排水系统主要采用重力流排放技术排水，即天沟中汇集的雨水靠自身的重力流动由雨水斗、悬吊管、雨水立管、排出管排至雨水窨井或地面，由于大型建筑屋面跨度大、面积广，屋面荷载承受能力较小，为了使降雨时屋面积蓄的雨水在短时间内能够迅速排出，就必须采取增加雨水斗数量及立管根数，加大管径、管道坡度等措施。这不仅影响建筑物的美观，也直接导致了屋面荷载和工程造价的增加，也给施工和维护造成困难。由于重力流屋面排水系统受其水力特性的限制，很难满足大型屋面雨水的排放要求，而新的虹吸式雨水排水系统也越来越受到重视，开始广泛应用。

2、工作原理及特点：

2.1工作原理：

虹吸式雨水排水原理就是雨水在管道中开始时由于重力作用而流动，随着雨量加大到一定程度，使雨水管道内达到满流状态，由管道排出口与进水口产生高度差而造成的压差，而造成上部管道产生负压，形成虹吸现象，而且高度差越大，产生的压差越大，排水效果越好。

所以在降雨初期，雨量小的时候无法形成虹吸作用，排水是以重力流为主的状态，随着降雨量的增加，雨水斗前水位达到一定程度后，管内逐渐出现满管汽水混合流，直至出现满流状态而形成虹吸。降雨末期，随着降雨量减少，雨水斗前水位降低到一定程度后，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。

2.2虹吸式屋面雨水排水系统与重力流雨水排水系统相比有如下特点：

（1）排水能力大，斗前水位浅、荷载要求低

（2）管道流速较高有自洁功能

（3）管径减小1/2至2/3，管道数量较少

（4）可减少屋面预留洞要求

（5）横管不需要坡度节约安装空间

（6）屋面雨水斗布置灵活，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

3、虹吸式屋面雨水排水系统的组成：

虹吸式屋面雨水排水系统和重力式屋面雨水排水系统均由雨水斗、雨水悬吊管、雨水立管、雨水埋地管组成。

3.1雨水斗：

其中雨水斗是其排水系统中的关键一环，雨水斗一般为不锈钢、HDPE、聚丙烯（PP）、铝合金或铸铁材质，有DN50～DN150等多种规格，要求其具有良好整流、稳流功能，产生虹吸所需的斗前水深小，在处于淹没泄流排水状态，不漏气，排水量大。虹吸式雨水斗上部盖有孔状或细槽状的进水格栅，间隙大小一般为6mm～15mm，降雨过程中，雨水通过格栅盖侧面进入雨水斗，雨水斗内有整流装置可以阻挡空气从外界进入并使处于涡流状态的雨水平稳地泄流进入排水管，当屋面汇水达到一定高度时，形成虹吸。一般雨水斗设计成下沉式，可最大限度的减小进水深度。

3．2系统管道：

管道是虹吸式雨水排放系统的主要组成部分，通过管道变径也可以加速雨水的排放。排水系统在正常工作运行时管道内呈负压状态，为确保系统安全可靠，持续高效的运行，管道必须具备一定的承压能力，管道接口要完全密封，防止空气进入管道而破坏虹吸作用。同时管道要有比较好的防火性能，并具有降低噪声，吸收震动的能力，且能抵抗温度变化引起的变形和抗老化能力。目前虹吸式雨水管道系统一般采用镀锌管、无缝钢、不锈钢管或HDPE管

4、设计及施工要求：

4.1设计要求

（1）虹吸式屋面雨水排水管系雨水斗至过渡段总水头损失与过渡段流速水头之和不得大于雨水斗至过渡段的几何高差。

（2）雨水斗顶面至悬吊管管中的高差不宜小于1m。

（3）雨水斗顶面至过渡段的高差在立管管径小于等于DN75时宜大于3m，在立管管径大于等于DN90时宜大于5m。

（4）悬吊管设计流速不宜小于0.75m/s，立管设计流速不宜小于2.2m/s，不宜大于10m/s。

（5）虹吸式屋面雨水排水管系过渡段下游的流速不宜大于 2.5m/s，当流速大于2.5m/s时要有消能措施。

（6）各雨水斗至过渡段的水头损失允许误差应小于5kPa。水头损失允许误差按下列公式计算：

ΔP=hver*ρ*g－Σ（L*R+Z）

式中ΔP――水头损失允许误差，kPa；

hver――雨水斗至出户管过渡段的几何高差，m；

ρ――水的密度，可按ρ=1000kg/m3计算；

g――重力加速度，9.81m/s2；

Σ（L*R+Z）雨水斗至计算点的总水头损失，kPa；其中L*R为沿程水头损失，Z为局部水头损失。

（7）系统内的最大负压计算值应根据安装地的海拔高度、管 道材质、管材和管件的最大、最小工作压力等确定，但不应低于90kPa。悬吊管内的压力按下 列公式计算：

Px=Δhx*ρ*g－Vx2*ρ/2－Σ（L*R+Z）

式中Px――悬吊管内压力，kPa；

Δhx――雨水斗顶面至悬吊管管中的几何高差，m；

Vx――计算点的流速，m/s；

ρ――水的密度，4℃时，ρ=1000kg/m3；

g――重力加速度，9.81m/s2。

Σ（L・R+Z）雨水斗至计算点的总水头损失，kPa。

（8）管道的沿程阻力系数应按下列公式计算

R=λ*L/Dj*v2/2g

式中R――水力坡降；

λ――摩阻系数；

Dj――管道的计算直径，m；

V――流速，m/s；

g――重力加速度，9.81m/s2。

（9）过渡段下游管道应按重力流雨水排水系统设计。4.2施工要求：

（1）雨水斗离墙至少1米，虹吸是雨水斗的斗前水深不宜大于55mm，两个雨水斗之间的间距不应超过20m。

（2）平屋面排水宜采用DN50或DN60雨水斗，设有天沟、檐沟 屋面排水宜采用DN50～DN150的雨水斗。

（3）虹吸式雨水斗应布置在屋面或天沟的最低点，虹吸式 雨水斗的布置对雨水立管作对称布置。

（4）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。

（5）管道安装，钢管的安装采用焊接连接、法兰连接或沟 槽式连接；铸铁管安装采用机械式接口或节套式连接；HDPE管的安装采用焊接连接。

（6）天沟雨水斗安装时要注意在屋面防水层施工前将底盘安装在预留孔的正上方，确保底盘与面板顶面标高保持一致，同时用混凝土封堵尾管与预留洞之间的空隙，并保证雨水斗边缘与屋面之间连接处应严密不漏气，在混凝土封堵完成后，土建方开始进行防水施工，但要保证防水层不超过规定界限，管路系统安装完毕后安装隔栅防护罩

（7）管道施工时应严格按图纸施工，特别是变径位置必须保证在设计位置的±0．20m以内。

（8）管道转弯和交汇处，角度相对较大呈90°的时侯，应将转弯处采用双45°弯头，90°三通处，采用斜三通来改善管道流通条件，同时，因为系统的密封性是保证系统产生虹吸的关键，所以管道安装过程中一定要保证系统安装的严密性。

（9）在系统管路安装完成后，排水管道按规范要求做灌水试验。系统灌水试验合格后，做排水性能试验。

5、结束语

由于虹吸式屋面雨水排水系统自身的特点，目前在国内大型公共建筑和生产车间中正被广泛应用，很好的满足了使用功能的要求，收到了良好的社会效益与经济效益。当然，仍有许多问题需要进一步验证和完善，以上仅是本人在施工过程中的一点浅见，希望有识之士提出宝贵意见。

参考文献：

《建筑给水排水及采暖工程施工质量验收规范》 （GB50242-2002）