圖文解讀虹吸式屋面雨水排放系統(tǒng)安裝(新型虹吸系統(tǒng)方案、案例)

1、 屋面虹吸雨水排放系統(tǒng)一、虹吸技術原理二、虹吸屋面排水系統(tǒng)概念三、虹吸原理在虹吸系統(tǒng)中的應用四、虹吸系統(tǒng)的優(yōu)勢五、虹吸系統(tǒng)的應用六、新型虹吸系統(tǒng)方案的研究七、虹吸系統(tǒng)的工程業(yè)績一、虹吸技術原理虹吸技術原理滿管流通過用一根塑料管從魚缸往低處的杯子里吸水時，我們可以觀察到虹吸現(xiàn)象（滿流狀態(tài)）虹吸技術原理觀察h1 比 h2大情況1比情況2排水快.系統(tǒng)上部水面與排水口水面的高差大，就會產生較大的水頭，這樣就有較大的排水能力（高度勢能）情況 1情況 2h1h2虹吸技術原理觀察情況3比情況4排水快.情況4比情況3走向上有更多情況 3情況 4的彎曲，因此管子的水阻更大管道水阻較大的系統(tǒng)排水量較?。ㄅ潘俣容^

2、慢）1、管道內徑2、管道內壁粗糙度3、彎頭的個數(shù)和角度4、管道的總體長度以上是一個簡單的虹吸理解，其實虹吸原理也就是伯努利方程式的靈活應用。下面，我們將做詳細的理論講解。在詳細了解如何能形成虹吸之前，我們先簡單的了解一下什么是虹吸？虹吸和重力的簡單區(qū)別？虹吸的幾個主要構成要件等知識二、虹吸屋面排水系統(tǒng)概念空氣水在重力流系統(tǒng)中，水沿著立管的管壁流下一般情況下，管材斷面約1/3為水， 2/3為空氣概念上, 如果管中沒有空氣，那么用傳統(tǒng)管徑的1/2的管道就能排相同的水量.水(滿管)滿管流重力流虹吸屋面排水系統(tǒng)概念虹吸屋面排水系統(tǒng)概念雨水斗上方有較高的水深較大的管徑重力流雨水斗上方水深可控制較小的管徑

3、管道走向需要坡度管道走向不需要坡度滿管流對其他工作可能有沖突便于建筑處理重力流雨水系統(tǒng)虹吸屋面排水系統(tǒng)概念虹吸雨水排水系統(tǒng)虹吸屋面排水系統(tǒng)概念系統(tǒng)雨水斗雨水斗排水量Outlet CapacityTY-56 12L/STY-90 24L/STY-110 40L/STY-125 60L/S有空氣擋板（產生虹吸流,無旋渦）無空氣擋板（傳統(tǒng)的重力流會產生旋渦）雨水斗周圍的水流狀態(tài)虹吸屋面排水系統(tǒng)概念三、虹吸原理在虹吸系統(tǒng)中的應用通過以上兩個部分的了解，我們知道的虹吸的基本原理是什么，虹吸系統(tǒng)與傳統(tǒng)重力排水的簡單區(qū)別，虹吸系統(tǒng)的幾個主要組成部件，對虹吸有了一個簡單的認識。下面，我們主要從詳細的分析中了解

4、如何靈活利用伯努利方程式來形成虹吸現(xiàn)象，虹吸系統(tǒng)的優(yōu)點，虹吸系統(tǒng)的應用范圍以及虹吸系統(tǒng)在施工過程中需要注意的一些事項。PoC虹吸現(xiàn)象給我們的啟示PoHh在虹吸狀態(tài)下，池中的水被大氣壓力壓到點C后順立管流出。形成虹吸的條件是：管道內為充滿狀態(tài)（不被大氣所貫通 ）；管道出口低于液面；C點與液面的高差小于大氣壓力形成的水頭（阻力）。滿管流狀態(tài)下的壓力排放在立管頂端C處形成一定的真空度，是虹吸排放的技術核心。而滿管流則是形成虹吸狀態(tài)的必要條件。假定系統(tǒng)已經處于滿管流狀態(tài)，可以根據(jù)伯努利方程計算C點的壓力。C點的壓力取決于C-O段的落差H1和 C-O段的壓力損失Hf1以及出口O點的大氣壓力Po。按照伯努

5、利方程Pc+ Pvc+ H1=Hf1+Po+ Pvo假定C點和O點流速相同, Pvc = Pvo，C點壓力Pc=Po+Hf1- H1顯然，當H1Hf1時，Pc將低于大氣壓力，表壓為負值。A點的壓力：A點壓力是影響水平管水流動力的參數(shù)如果A-C段的流阻為為Hf3，則A點的壓力應當比C點高出Hf3 ，假定Hf3比較小(設計上可以保證這一點），則Pa仍然會低于大氣壓力。這種狀態(tài)保證了從雨水斗到A點水流有足夠的動力。從S點（天溝）到A點允許有如下的壓力降落Hf2=H2-PA由于PA低于大氣壓力Ps，為負值，所以尾管及雨水斗部分的水流動力不僅來自尾管高度形成的水頭，還有Ps的作用，這大大加快了雨水斗的進

6、水速度?？v觀以上分析，虹吸排水的動力來源于立管和尾管的高度，尤其是立管高度。立管的水頭在減去水平管和立管的摩阻后的剩余部分形成了C點和A點的真空度，或稱負壓。大氣壓力與負壓得聯(lián)合作用，使水流在尾管和水平管內獲得了遠大于重力排水狀態(tài)的動力。這種從雨水斗到立管頂端的有壓流動狀態(tài)是虹吸排水所有優(yōu)勢的根本原因所在。立管頂端的最低壓力立管頂端的壓力受到物理上和工程上的限制。物理上C點壓力不可能低于絕對真空，工程上C點壓力不允許低于常溫下水的飽和蒸汽壓。一般設計要求Pc-9m，即高于常溫下水的飽和蒸汽壓力。當立管過高時，如果設計不當，Pc可能會低于水的飽和蒸汽壓力，這時在立管頂端會出現(xiàn)大量水汽，影響虹吸過

7、程。過分縮小管徑又會造成立管流速過高。通常流速不大于10m/s。將立管下部一部分加粗，使其中的流動狀態(tài)變成滿管流，從而降低立管的有效高度，是一個常用的辦法。工程上需要注意的是最低壓力區(qū)如果管道的環(huán)剛度不足，這個部位的管道可能，會被大氣壓力壓癟。虹吸狀態(tài)下管道內的壓力分布（虹吸負壓是指表壓，而不是真正的負壓，實際上，如果真正的負壓即壓力低于真空，則水產生氣化現(xiàn)象，降低了系統(tǒng)的排水能力）虹吸過程中管道內的壓力限制設計規(guī)程中要求最低水頭不低于-9m。管道中出現(xiàn)過低的壓力（低于水的空化壓力，即常溫下的飽和蒸汽壓力），水中就會迅速產生大量蒸汽泡，從而降低了水的密度，大大影響系統(tǒng)的排水能力。計算表明，虹吸

8、系統(tǒng)中的最低水頭一般出現(xiàn)在立管頂端。最低負壓的限制有可能無法充分利用建筑水頭，甚至需要降低立管的有效高度。壓力分布對虹吸過程的作用系統(tǒng)內的壓力分布是保證虹吸過程正常進行的保證。雨水斗喉部的負壓使水流能夠在雨水斗蓋板下加速（靠雨水斗喉部的負壓，使水流從雨水斗邊緣向中心產生加速，可達到6m/s以上）水平管兩端的壓力差使水流在水平管內能快速流動立管內的動力來自立管水頭高度扣除管道阻力和過渡段阻力，立管剩余水頭形成頂部負壓過渡段水流靠部分立管水頭推動。結論：充分利用了屋面雨水的總水頭高度，形成管道內的壓力流。管道內基本呈負壓狀態(tài)，對管道剛性、密封性有要求。虹吸的形成過程虹吸生成過程描述水平管充滿后能否

9、向立管充滿過渡，取決于流量QS和立管直徑的配合。實際排水過程：1、理想的虹吸排水過程只是一種臨界狀態(tài)。當雨量大于排水能力時，天溝水位會持續(xù)上升；當雨量小于最大排水能力時，首先出現(xiàn)的是氣水混合流，隨后過渡到重力流狀態(tài)。2、虹吸排水和重力排水之間的主要不同點是，虹吸排水達到設計排水能力有一個過渡過程，而達到設計排水能力后就進入明顯的飽和狀態(tài)。3、虹吸排水系統(tǒng)設計必須考慮這兩個因素。虹吸生成的滯后現(xiàn)象影響滯后量的主要因素雨水斗的排量尾管高度水平管的直徑和長度立管的直徑和高度雨量變化速度對鋼結構屋面的長天溝（相應水平管很長），必須進行天溝緩沖能力驗算尾管在虹吸形成過程中的作用利用尾管水頭，獲得了一個起

10、始流量，這個流速必須能夠使立管達到充滿程度，使有效勢頭進一步增加，從而使流速進一步上升。尾管過短，起始流量很小，立管頂端達不到充滿的程度，虹吸過程也無法形成。規(guī)程中建議尾管高度不小于1米，是一種安全建議。實際工程中由于吊頂高度或管道布置的限制，可能要求縮短尾管。在工程實例中，500mm長的尾管依然能夠正常工作。需要關注的幾個方面關于尾管關于天溝虹吸生成過程帶來的影響：當雨量急速上升時，天溝內會有相當?shù)挠晁鄯e，累積速度和雨量變化速度正相關。短時超過設計排水量的落雨量也積累在天溝內，天溝容積必須考慮這種排水滯后現(xiàn)象1、大直徑蓋板形成足夠的進口面積，保證低進口流速下獲得大排量，限制斗前水深。2、空

11、氣擋板下水流從邊緣向中心的加速，充分利用從邊緣到中心的壓力差，保證了水流在喉部能加速到預期值，實現(xiàn)大排量。3、蓋板的封閉作用： 保持喉部負壓4、蓋板結構應有助于防堵塞和防漩渦5、雨水斗的實際流量取決于系統(tǒng)結構關于虹吸雨水斗虹吸排水存在排量飽和問題，一旦達到設計排量，將不會由于天溝水深上升而使排量上升。在超過預定暴雨重現(xiàn)期雨量時，天溝能夠提供足夠的溢流能力。溢流系統(tǒng)對天溝的寬度和深度同時提出了需求。關于系統(tǒng)溢流對天溝的要求需要關注的幾個方面關注虹吸排水系統(tǒng)排出口集水井1、所有虹吸排水系統(tǒng)的計算都是到過渡段出口為止2、排出口被淹沒的影響：排出口不能封閉或被淹沒，如果排出口與市政管網連為一體，并且封

12、閉，則市政管網也被系統(tǒng)自動視為一個整體，不利于排水。通常的做法是排出口不完全封閉3、集水井蓋被封閉的影響4、加強集水井筒壁，要求集水井井壁為混凝土結構，或鑲嵌加強鋼板。因為形成虹吸的出水口水流速度快，沖擊力大誤區(qū)人們往往會強調虹吸雨水斗可以限制天溝水深的優(yōu)點，而誤認為虹吸排水系統(tǒng)不需要足夠寬和足夠深的天溝。這一認識上的誤區(qū)可能會帶來錯誤的天溝設計。天溝的緩沖作用虹吸系統(tǒng)的強大排水能力是在虹吸狀態(tài)形成之后才產生。從重力排水發(fā)展到虹吸排水有一個過渡過程。其間排水能力不足造成的雨水累積需要用天溝的容積實現(xiàn)緩沖關于虹吸屋面排水中天溝設計的重要性需要關注的幾個方面虹吸系統(tǒng)的優(yōu)勢四、虹吸系統(tǒng)的優(yōu)勢現(xiàn)代大屋

13、面建筑對屋面雨水排放系統(tǒng)提出新的要求1、要求使用更少、更細的管道；（細管道便于隱蔽安裝，使建筑美觀。）2、立管位置不受限制；（為了建筑美觀，某些地方不允許配置立管，或者就近配置立管將需要開挖長的地溝。開挖地溝在某些建筑中受到限制（如現(xiàn)代廠房），同時也加大工作量。）3、要求能根據(jù)匯流特點在屋面上靈活配置雨水斗；（合理配置雨水斗能夠使大屋面上的雨水順利排放，但應不影響立管位置。虹吸排水順利解決了這一問題，它允許配置長的水平管,使雨水斗幾乎可以放到屋面的任何位置。）4、限制斗前水深，降低天溝負荷。（虹吸專用雨水斗在大流量時只需很低的天溝水深。）傳統(tǒng)重力屋面雨水排放系統(tǒng)存在的根本問題1 、 水在管道中

14、是靠重力(坡度)流動，水流速度低，管道直徑大；（非滿管流，只能靠管道坡度產生流動，流速不可能高，平均流速低。）2、水平管不可過長，限制了立管位置；（有坡度的水平管不便于布管，尤其長管道。立管必須靠近雨水斗就近安裝）3、雨水斗和立管不能靈活布置，難以實現(xiàn)同一水平管配置多個雨水斗；4、普通雨水斗排水能力差，無法限制天溝水深。（普通重力雨水斗是以溢流堰方式進水，進口流速取決于斗前水深，所以大流量時要么加大雨水斗規(guī)格，要么增大天溝水深。增大天溝水深會明顯加大天溝負荷。5、水平管要求坡度給管道鋪設帶來困難6、大量的立管可能需要開挖排水溝，某些建筑內排水溝被禁止；根本癥結：無法解決水平管無坡度鋪設。虹吸排

15、水要解決的根本問題是什么？利用大氣壓力將遠離立管的雨水斗匯水經水平鋪設橫管輸送到立管頂端解決了這個根本性問題，就會看到虹吸排水的許多優(yōu)點。1、 比重力系統(tǒng)管徑小1/2至2/32、橫管不需要坡度4、可減少與減小屋面預留洞要求3、屋面雨水斗布點靈活6、水流速度快具有自潔管道功能虹吸系統(tǒng)的優(yōu)勢5、管道材料可靈活選配重力系統(tǒng)虹吸系統(tǒng)虹吸系統(tǒng)的優(yōu)勢1、 比傳統(tǒng)系統(tǒng)管徑小1/2至2/3重力流空氣水水 ( 滿)滿管流虹吸系統(tǒng)的優(yōu)勢1、小巧為美置于柱內置于外墻建筑包面內置于混凝土板虹吸系統(tǒng)的優(yōu)勢2、 懸吊橫管不需要坡度無坡度虹吸系統(tǒng)的優(yōu)勢2、 埋地橫管不需要坡度無坡度65900m275 l/s虹吸系統(tǒng)1602

16、00900m275 l/s重力系統(tǒng)虹吸系統(tǒng)的優(yōu)勢3、 屋面雨水斗布點靈活160900 m275 l/s虹吸系統(tǒng)200900m275 l/s重力系統(tǒng)虹吸系統(tǒng)的優(yōu)勢4、 減少與減小屋面預留洞要求虹吸系統(tǒng)的優(yōu)勢5、 管道走向靈活可根據(jù)各種設計要求設置虹吸系統(tǒng)的優(yōu)勢5、 管道走向靈活可根據(jù)各種設計要求設置虹吸系統(tǒng)的優(yōu)勢6、 管道材料可靈活選配HDPE管虹吸系統(tǒng)的優(yōu)勢6、管道材料可靈活選配鑄鐵管虹吸系統(tǒng)的優(yōu)勢6、 管道材料可靈活選配不銹鋼管虹吸系統(tǒng)的優(yōu)勢6、管道材料可靈活選配不同材料混合運用不銹鋼管虹吸系統(tǒng)的優(yōu)勢7、水流速度快具有自潔管道功能五、虹吸系統(tǒng)在各種建筑中的應用虹吸排水的適用領域大型廠房：屋面

17、檐高在7米以上，并存在內天溝，天溝長度在30米以上，廠房內部不允許有落水管。這種結構的廠房采用重力排水難以將內天溝的匯水從天溝兩端排出，廠房內部又不允許挖排水溝或者敷設埋地排水管。即使允許埋地管，埋地管需要的坡度也會給敷設帶來很大麻煩。大型公共建筑：如圖書館，體育場館，機場候機樓，火車站站房和站臺無柱雨棚，大型商場，裙樓，以及排水管可能影響建筑美觀的場合。在這些建筑上，一般都有數(shù)千平米以上的大型屋面，虹吸屋面雨水排放系統(tǒng)的優(yōu)勢可以得到充分的發(fā)揮。雨水回收工程上的應用：雨水回收要求出水口統(tǒng)一一點出水，虹吸排水正好可以滿足這個要求匯水點的總水頭低于3米而且天溝較長的建筑，水平管內無法形成足夠的動力

18、，起不到明顯的虹吸作用。住宅建筑的頂層沒有布置尾管的足夠空間，而且水平管內的流水噪聲影響用戶休息，加之住宅屋面面積不大，采用虹吸屋面排水需要慎重考慮。不適宜采用虹吸排水技術的場合住宅工程重力系統(tǒng)包于柱子內柱子加粗虹吸系統(tǒng)虹吸系統(tǒng)的應用大屋面工程（廠房機庫類）虹吸系統(tǒng)的應用大屋面工程（廠房機庫類）重力系統(tǒng)虹吸系統(tǒng)的應用在室內不可有雨水立管和橫管用大容量雨水斗，置于設備欄虹吸系統(tǒng)的應用高科技廠房工程（對防雨水敏感性高的建筑）澆鑄于混凝土內室內不可有雨水立管和橫管置于包面層置于屋面置于吊頂虹吸系統(tǒng)的應用高科技廠房工程（對防雨水敏感性高的建筑）雨水回收工程地面集水箱集水箱虹吸系統(tǒng)的應用高層項目重力系統(tǒng)

19、管道位于建筑四周虹吸系統(tǒng)管道位于設備管道區(qū)虹吸系統(tǒng)的應用綠化屋面排水Landscape drainageLandscape Sump虹吸系統(tǒng)的應用Landscape SumpSiphonic Drainageto city drain綠化屋面排水虹吸系統(tǒng)的應用虹吸系統(tǒng)的應用虹吸系統(tǒng)技術：1)2)3)4)為建筑師、工程師提供了屋面排水設計的靈活性與空間。革命性的改變了屋面排水設計理念，從單一的解決某個排水問題轉變?yōu)檎w屋面排水的綜合設計方案。能將水力學、結構原理以及建筑的審美要求溶入整體設計方。更加改進了建筑和屋面排水系統(tǒng)的可建性。虹吸排水系統(tǒng)施工中需要注意的幾點問題1、嚴格按照圖紙施工；2、禁

20、止使用正三通接頭；3、按照規(guī)范使用錨固法蘭；4、注意成品保護；5、嚴格把握焊接質量；6、注意防止管道出口堵塞；7、施工期間采取適當?shù)呐R時排水措施。六、新型虹吸系統(tǒng)方案的研究在新型虹吸系統(tǒng)方案的應用中，因為目標是替代傳統(tǒng)的重力方案，所以業(yè)主會擔心以下問題：方案技術上是否可行？方案的經濟性如何？在以下的篇幅中，我們主要從大型廠房、物流中心等工程上，從系統(tǒng)應用的特點、技術可行性、經濟合理性等方面來討論。1、大型廠房、物流中心等大型鋼天溝屋面雨水排放系統(tǒng)傳統(tǒng)的方法為：重力排水（見下一頁圖一），單跨廠房在外側天溝采用重力自然落水，沿外側墻下立管，一般情況一個重力斗接一根立管，出戶管接雨水井（雨水井按照標

21、準來制作），由雨水井再進入市政管道。傳統(tǒng)的做法有其優(yōu)點：設計簡單、施工簡單、PVC-U管連接簡單缺點：PVC-U產品的特性，使用時間短，同時，在管材的絕對值數(shù)量上，使用多。因為管道井多，土建開挖費用大大增加。立管數(shù)量多，影響了建筑物美觀。重力方案與虹吸相同管徑的前提下，排水速度慢。對于兩跨或者多跨的廠房等大型建筑，內天溝采用重力方案，內天溝容易翻水，廠房內部下立管太多，影響現(xiàn)代化廠房內部的布局。廠房內為了走水，需要挖下水道，如果雨量過大，容易室內翻水等等。2、大型廠房、物流中心等大型鋼天溝屋面雨水排放采用橫管懸吊式虹吸雨水排放系統(tǒng)：懸吊式虹吸雨水排放系統(tǒng)（見下頁圖二），無論是單跨還是多跨廠房，內外天溝都使用懸吊式虹吸系統(tǒng)，采用多斗串聯(lián)，最多20個雨水斗串聯(lián)在一根立管上下地，走管比較隨意，可以按照建筑要求走管。出戶管接雨水井，然后進入市政管道。優(yōu)點：排水速度更快，走管更方便缺點：價格比重力方案昂貴從以上傳統(tǒng)重力方案和懸吊虹吸方案的應用我們可以看出：如何找到一種既能擁有懸吊虹吸系統(tǒng)優(yōu)點，同時，在價格上又能縮小甚至靠近傳統(tǒng)的重力排水方案才是我們在這個專業(yè)市場競爭的關鍵所在。