四川HDPE虹吸排水管DN160

屋面虹吸排水系统设计

  传统的屋面重力式排水系统采用重力式的雨水斗，流入雨水斗的雨水易掺入空气，从而形成水、气混合流，影响雨水斗的雨水量，且悬吊管需要较大的管径和一定的坡度。通常，为了维持连接在同一悬吊管上的各个雨水斗的正常工作，连接雨水斗的数量一般不多于四只，因而增加了雨水管的根数。重力式屋面排水系统因受其水力特征的限制，造成排水立管多、管径偏大，因此对于大面积工业及公共建筑屋面雨水排水系统来说，它具有一定的局限性。

　　虹吸式屋面雨水排放系统克服了传统的屋面重力式排水系统所存在的缺陷，其排水能力也有很大的改善和提高，在满足水力计算的情况下，悬吊管接入的雨水斗数量一般不受到限制，从而节省了不少的立管；而且，悬吊管不需作坡度，其安装方便、外形美观；另外，该系统按虹吸式压力流计算可以减少选用管道的直径。有压流（虹吸式）屋面雨水排放系统是利用“伯努利”定律经过潜心、缜密的验证计算，充分利用屋面与地面的高差产生的能量，悬吊管中的负压和立管中的正压使该系统产生虹吸，并在满流状态下能快速排泄雨水。

　　虹吸式屋面雨水排放系统形成的条件是：

　　①具有特殊设计的能形成气水分离的雨水斗；

　　②管道连接的密封性；

　　③应进行的电脑程序化水力计算；

　　④平屋顶至少布置紧急溢流口，带檐沟的屋顶每边都需要布置紧急溢流口；

　　⑤其排水管的总水头损失不得大于雨水管系进、出口的几何高差，且悬吊管水头损失不得大于80kPa.

虹吸式屋面雨水排放系统的技术条件 

1 水的持续流动性

在满足流速大于等于0.7m/s的条件下，水流方向的持续流动性是维持虹吸作用的关键。特别是在管道转弯角度相对较大，甚至呈90o的时候，很有可能因为管内流速的突然下降而引起虹吸作用被破坏。

因此，当水流有90o的方向改变时，此处弯头的连接方式，注意设计一个衔接管段，以流速不会突然大幅下降，而是维持上升的状态，从而整个虹吸式屋面雨水排放系统得以正常运行。

当系统中出现90oT型支管时，当横管内水流以较快的速度冲向管壁突然遇到阻碍，在极短的时间内速度降为零。一方面对于管壁形成的冲击，另一方面，水流撞击管壁后又以一个与初始方向相反的速度，迅速的在管内形成回流，这样，两股方向相反的水流在管内冲撞，很容易形成水塞，阻碍排水管排放，破坏虹吸作用。

因此，采用相对较大的管径，具体情况可根据管道的空间和环境情况来进行选择。水力情况好的选择还是设计一个避免出现90o变化的衔接管段。

2 气水混合流的存在

当系统管道内形成虹吸作用时，由于可供使用的管道管径不一定恰好是计算所得的管径尺寸，因此管道内部会有很多溶解在水中的小气泡，并不是完全理想化的液体单相流。这些微小气泡在流动过程中会逐渐释放，然而这种气水混合流而非气水两相流的流态，仍可以被看作虹吸作用是允许存在的状态，并不影响虹吸作用的形成，也不影响系统的排水能力。

但是，溶解在水中的气泡并不意味着管道内的气团。如果排水管道内，中间部分是气团，沿壁部分是水流，这样就是传统重力雨水排放系统的管内流态。管道内气团的存在，严重影响虹吸作用时管内满流状态的形成，水流在管内的充满度相当低，大大减小了系统的排水能力。

3 系统的一体性和密封性

为虹吸排水的产生和持续作用，就要求从雨水斗到管道系统的整套排放系统是一体的，各部分紧密相连。

如果雨水斗有一个完全敞开的入口，空气就会在水流旋转作用的带动下，从入口出进入整个雨水排放系统，这样就根本无法形成满流的虹吸状态，整个系统也不再是的虹吸式排放系统了，实际上已经作为一个传统的重力式排水系统在工作了。

但是，重力式排放系统为了达到比较好的排放效果，在安装管道时要求悬吊管的小坡度为2%。而虹吸式系统的悬吊管安装坡度为零，没有重力势能的作用，整个系统无法有效进行排水。

因此，只有当雨水口的入口处半敞开时，才能有效阻止空气随时进入系统，当斗前水深满足一定要求时，能够形成水封，完全隔断空气，迅速形成虹吸作用。

除了入口处有效阻止空气进入，还系统管道中没有空气进入。所以，另一个要求就是系统的完全密封性，要管道无渗漏。

为此，配件连接时不能采用橡胶密封圈，用承插的方式进行连接（见图9-1）。这样系统的气密性很难得到有效，容易导致管道渗漏。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。

4 屋面水位

只有当屋面水位达到一定程度时（根据不同的雨水斗产品有不同的固定值），整个系统才真正作为一个虹吸式雨水排放系统工作。

在某个持续的降雨过程中，开始水位低于形成虹吸作用的高度，随着水位逐渐上升，达到这一特定值后，系统开始形成虹吸作用。水位一直持续，直到屋面的雨水量小于虹吸系统的排水能力为止。 

但是，水位严格控制及限定在某一高度，否则屋面上累积的雨水会对屋面形成的未能预见的荷载，可能导致屋面结构的变形或者破坏，甚至出现渗漏。

根据欧洲标准，屋面雨水的水位高度限制在55毫米内。这个数字是长期实验和实际工程经验的结果。

可以将毫米水量换算至每平方米的雨水重量：

由此可知，屋面承受的荷载与毫米水深的关系。显而易见，当水位大于55毫米时，会对屋面结构产生相当大的重量负荷。当在屋面或天沟设计时，考虑到这方面的情况。

尤其对于天沟来说，水位不可以超过55毫米，否则随着时间的推移，天沟将会慢慢变形。对于排水系统和整个建筑产生非常大的影响。

屋面排水技术的发展

1 重力流技术

目前国内绝大部分屋面仍采用重力流技术排水。其优点是设计施工方便，造价低。但随着建筑技术的不断发展，这种技术越来越难以满足对于复杂结构或大面积屋面对排水的要求。

在这种背景下，压力流技术应运而生。

2 压力流（虹吸）技术

2.2.1 重力－压力流

这种技术采用下沉式雨水斗，斗前水深较深；计算流态为一相流，不考虑渗气因素。悬吊管为水平安装，管道结点即合流交汇点进行压力平衡计算，但水头损失计算以沿程水头损失为主。由于雨水立管存在压力零点，这种立管上部也呈负压状态。管系中的实际流态属于重力－压力流。整个系统统只对雨水斗有较高要求。

由于计算不属于计算范畴，因此产生虹吸的效率较低，系统对屋面的负荷要求较大，工作稳定性较低，系统寿命难以保障。属于早期虹吸技术。

2.2.2 虹吸－压力流

这是目前国际上的虹吸技术。

该技术采用强制虹吸式雨水斗，斗前水深较潜。计算流态为汽水混合流，考虑渗气因素，因此与实际情况极为接近。悬吊为水平安装，采用全系统压力平衡计算，一般为计算机软件计算。管材材质，粗糙度和管件的当量长度是计算所在。虹吸会在一定瞬间激发。该技术对系统的整体性及计算精度有很高的要求。而计算精度又与大量的实验及工程经验数据有直接关系。

该系统产生虹吸的效率很高，系统对屋面的负荷要求较小。系统工作稳定性高，系统寿命可以充分保障。属于成熟的屋面排水技术。