浅谈虹吸式屋面雨水排水系统

【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