浅析虹吸式雨水排水系统与重力式雨水排水系统

随着建筑技术的不断发展,大屋面、大跨度、结构复杂的大型建筑不断涌现,例如厂房、机场、体育馆、展览馆、高层裙房等,要求降雨时屋面积蓄的雨水在短时间内能够迅速排出,传统的重力式雨水排水技术已经不能满足这类建筑物的排水要求。虹吸式雨水排水系统是国际上较为先进的屋面雨水排放系统,广泛应用于大面积、大跨度、结构复杂的屋面排水,因此采用虹吸式雨水排水系统成为解决大型屋面雨水排放的有效途径。

1.虹吸式雨水排水系统工作原理

虹吸式雨水排水系统工作原理是根据流体力学的伯努利定律,利用屋面与地面的高度差产生的势能,通过能够隔绝空气的虹吸式雨水斗,实现气水分离,使雨水立管达到满流状态,降雨过程中,在雨水连续流经雨水悬吊管转入雨水立管跌落时形成虹吸作用,屋面雨水在管道内负压的抽吸作用下,迅速排放屋面雨水。

2.置力式雨水排水系统与虹吸式雨水排水系统特点

2.1重力式而水排水系统

传统的重力式雨水排水系统是目前国内常用的屋面雨水排放系统。其原理是利用屋面结构上的坡度,使雨水自然流入屋面的雨水斗,雨水渗入空气形成气水混合流,并依靠重力作用沿立管而下,该系统单纯依靠建筑物自身势能,采用重力式雨水斗,雨水斗的排水状况是自由堰流,雨水斗的设计流量较小。重力式雨水排水系统的悬吊管按非满流设计,管内流速 0.75m/s ~ 3m/s ,系统通常采用单斗排水,当采用多斗排水时,悬吊管上雨水斗的数量也不宜超过4个,悬吊管管径不大于 300mm ,最小设计坡度 0.5% ~ 1% ,重力式雨水排水系统设计重现期一般在1a。为保证系统重力作用不受影响,雨水流动过程中不形成气堵,需要控制系统充满度,确保系统无压状态,规范规定悬吊管管径不得小于雨水斗连接管的管径,且立管管径不得小于悬吊管的管径。长度大于 15m 的雨水悬吊管,还应设置检查口,其间距不宜大于 20m 。故此形成了雨水斗数量多、雨水立管数量多、管径偏大,排水能力偏小。这样不仅占用了过多的室内空间,增大室内设计净空高度,而且影响其它专业工艺管线的布置。另外由于重力流雨水排水系统管内为无压,也容易造成管道堵塞,引发安全隐患,因此传统重力式雨水排水系统不适宜大型屋面的雨水排水。

2.2虹吸式而水排水系统

虹吸式雨水排水系统是在重力式雨水排水系统基础上发展起来的一种新型雨水排水系统。该系统于2000年引入国内并开始应用于工程实际,近年来技术已趋于成熟。虹吸式雨水排水系统由雨水斗、雨水悬吊管、雨水立管、埋地雨水管和出户管组成,系统利用屋面雨水斗与排出管之间的几何高差,当降雨强度达到设计值时,依靠虹吸式雨水斗,即采用挡板阻止空气进入的雨水斗,使雨水从水平管(悬吊管)转入立管,跌落时管道内形成负压,产生虹吸作用,可快速排除屋面雨水。在降雨过程中相当于从屋面上的一个稳定水面的水池中排水,经屋面排水系统从排出管排水,管道为全充满的压力流状态。虹吸式雨水排水系统满管流速可达到 5m/s ~ 10m/s ,且天沟设计无需坡度,有效的降低了屋面排水所需高度,对于室内空间,虹吸式压力流悬吊管也无需坡度,降低了室内管道占用的空间。另外由于压力流在管道内形成压力,不容易造成管道堵塞,系统不会出现雨水积压情况,且雨量越大越能够体现排水优势,系统具有很好的自净能力,这也解决了系统检修方面的问题。虹吸式雨水排水系统设计重现期一般在 5a ~ 10a 。虹吸式雨水排水系统能大幅提高屋面雨水的排水能力,悬吊管接入雨水斗的数量不受限制,为多斗的压力流雨水排水系统,节省了雨水立管数量,通过计算虹吸式压力流系统可减小管道的答径,应用于大型屋面可大大减少工程造价。

3.虹吸式雨水排水系统与重力式雨水排水系统比较

排水系统形式虹吸式雨水系统重力式雨水系统
立管管径管径小管径大
雨水立管数立管少立管多
雨水斗布置数量少,规格小数量多,规格大
悬吊管坡度无需坡度,省空间需要一定坡度
管内流速流速快.不易堵塞流速慢.易堵塞
管道布置无坡度限制,布局灵活受坡度限制,布局困难
雨水检查井布置较少较多
雨水出户管布置较少较多
雨水斗布置数量同一立管数量无限制同一立管数量有限制
不同标高雨水斗串联可接入同一系统不宜接入同一系统
屋面荷载荷载要求低荷载要求高
name价格数量
香蕉$15
苹果$16
草莓$17

虹吸式雨水排水系统与重力式雨水排水系统相比,主要区别在于:重力式雨水排水系统中,雨水自始至终以重力流方式从屋面排出。而虹吸式雨水排水系统,在最初雨量较小时是利用重力流进行排水,当雨量加大,使屋面上的水位升至设计高度时,产生虹吸效果,系统也由重力流转变成为压力流,形成虹吸式排水。虹吸式雨水排水系统与重力式雨水排水系统相比有明显的技术优势,①虹吸式排水管道均按照满流有压状态设计,排水管泄流量远大于重力式排水系统中同一管径排水管的泄流量,采用虹吸式排水管管径要小于重力式排水管的管径;②虹吸式排水系统为多斗排水,比以单斗排水为主的重力式排水系统所需立管数量少;③虹吸式排水系统中雨水悬吊管内水流在负压抽吸作用下流动,悬吊管可水平无需坡度,管径和安装的空间均较小,而重力式排水系统水平管需设计坡度,管径和安装的空间较大;④虹吸式排水系统只需很少的埋地管,相比重力式排水系统节省了大量的埋地管,节省了工程的工作量;③虹吸式排水系统水流速度高,管道自我清洁能力比重力式排水系统强;⑥虹吸式雨水斗的排水量远远大于重力流雨水斗,雨水斗前水深较浅,降低了建筑物屋面荷载要求,能够大大节约工程造价。虹吸式雨水排水系统与重力式雨水排水系统优缺点比较见上表。

通过以上比较,可以看到虹吸式雨水排水系统能大幅度提高屋面雨水排水能力,而且具有系统管径小、立管数量少、排水量大、悬吊管无需坡度、埋地管和检查井数量少、具有良好的自清作用、节省空间、方便安装等优点,非常适合于大屋面、大跨度的屋面雨水排水工程。传统的重力式雨水排水系统,管径比较大,管道设置相对较多,占据空间位置多,但其设施简易,施工简单,对于中小型建筑工程造价相对较低,适合于中、小型建筑排水工程。

4.结束语

综上所述,虹吸式雨水排水系统具有很大的推广价值。特别是对于厂房、机场、体育馆、展览馆、高层裙房等跨度大,结构复杂的屋面,虹吸式雨水排水系统有着重力式雨水排水系统无法比拟的优势,能够更好地满足建筑使用功能及复杂造型上的要求,能够更快地排除屋面雨水,减少安全隐患,解决了传统排水系统解决不了的技术问题。虹吸式雨水排水系统与重力式雨水排水系统两者各有特点,在工程设计时,应根据工程实际情况,选用最合适的雨水排水系统。