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)方案案例講解

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

2h1

h2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^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)統(tǒng)概念系統(tǒng)雨水斗??????雨水斗排水量OutletCapacityTY-5612L/STY-9024L/STY-11040L/STY-12560L/S有空氣擋板（產生生虹吸流,無旋渦渦）無空氣擋板（傳統(tǒng)統(tǒng)的重力流會產生生旋渦）?雨水斗周圍的水流流狀態(tài)虹吸屋面排水系統(tǒng)統(tǒng)概念三、虹吸原理在虹虹吸系統(tǒng)中的應用用通過以上兩個部分分的了解，我們知知道的虹吸的基本本原理是什么，虹吸系統(tǒng)與傳統(tǒng)重重力排水的簡單區(qū)區(qū)別，虹吸系統(tǒng)的的幾個主要組成部件，對虹吸有了了一個簡單的認識識。下面，我們主主要從詳細的分析中了解如何靈活活利用伯努利方程程式來形成虹吸現(xiàn)現(xiàn)象，虹吸系統(tǒng)的優(yōu)點，虹吸系統(tǒng)統(tǒng)的應用范圍以及及虹吸系統(tǒng)在施工工過程中需要注意的一些事項。PoC虹吸現(xiàn)象給給我們的啟啟示PoHh在虹吸狀態(tài)態(tài)下，池中中的水被大大氣壓力壓壓到點C后后順立管流流出。形成虹虹吸的條件件是：管道內為充充滿狀態(tài)（（不被大氣氣所貫通）；管道出口低低于液面；；C點與液面面的高差小小于大氣壓壓力形成的的水頭（阻阻力）。滿管流狀態(tài)態(tài)下的壓力力排放在立立管頂端C處形成一一定的真空空度，是虹虹吸排放的的技術核心心。而滿管管流則是形成虹吸狀狀態(tài)的必要要條件。假假定系統(tǒng)已已經處于滿滿管流狀態(tài)態(tài)，可以根根據伯努利利方程計算算C點的壓壓力。C點的壓力力取決于C-O段的的落差H1和C-O段的的壓力損失失Hf1以及出口O點的大氣氣壓力Po。按照照伯努利方方程Pc+Pvc+H1=Hf1+Po+Pvo假定C點和和O點流速速相同,Pvc=Pvo，C點壓力力Pc=Po+Hf1-H1顯然，當H1>Hf1時，Pc將低于大氣氣壓力，表表壓為負值值。A點的壓力力：A點壓壓力是影響響水平管水水流動力的的參數(shù)如果A-C段的流阻阻為為Hf3，則A點的壓力力應當比C點高出Hf3，，假定Hf3比較小小(設計上上可以保證證這一點），則Pa仍然會會低于大氣氣壓力。這這種狀態(tài)保保證了從雨雨水斗到A點水流有有足夠的動動力。從S點（天溝溝）到A點點允許有如下下的壓力降降落Hf2=H2-PA由于PA低低于大氣壓壓力Ps，，為負值，，所以尾管管及雨水斗斗部分的水水流動力不不僅來自尾尾管高度形形成的水頭頭，還有Ps的作用，，這大大加加快了雨水水斗的進水水速度?？v觀以上分分析，虹吸吸排水的動動力來源于于立管和尾尾管的高度度，尤其是是立管高度度。立管的的水頭在減減去水平管和立管的的摩阻后的的剩余部分分形成了C點和A點點的真空度度，或稱負負壓。大氣氣壓力與負負壓得聯(lián)合合作用，使使水流在尾管和水平平管內獲得得了遠大于于重力排水水狀態(tài)的動動力。這種種從雨水斗斗到立管頂頂端的有壓壓流動狀態(tài)態(tài)是虹吸排排水所有優(yōu)勢的根根本原因所所在。立管頂端的的最低壓力力立管頂端的的壓力受到到物理上和和工程上的的限制。物物理上C點壓力不可可能低于絕絕對真空，，工程上C點壓力不允允許低于常常溫下水的的飽和蒸汽汽壓。一般設計要要求Pc>-9m，，即高于常常溫下水的的飽和蒸汽汽壓力。當當立管過高高時，如果果設計不當當，Pc可能會會低于水的的飽和蒸汽汽壓力，這這時在立管管頂端會出出現(xiàn)大量水水汽，影響響虹吸過程程。過分縮小管徑徑又會造成成立管流速速過高。通通常流速不不大于10m/s。。將立管下下部一部分分加粗，使使其中的流動動狀態(tài)變成成滿管流，，從而降低低立管的有有效高度，，是一個常常用的辦法法。工程上需要要注意的是是最低壓力力區(qū)如果管管道的環(huán)剛剛度不足，，這個部位位的管道可可能，會被被大氣壓力壓癟。。虹吸狀態(tài)態(tài)下管道道內的壓壓力分布布（虹吸吸負壓是是指表壓壓，而不不是真正正的負壓壓，實際際上，如如果真正正的負壓壓——即壓力低于真空空，則水水產生氣氣化現(xiàn)象象，降低低了系統(tǒng)統(tǒng)的排水水能力））虹吸過程程中管道道內的壓壓力限制制設計規(guī)程程中要求求最低水水頭不低低于-9m。管道中中出現(xiàn)過過低的壓壓力（低低于水的的空化壓壓力，即即常溫下下的飽和和蒸汽壓力力），水水中就會會迅速產產生大量量蒸汽泡泡，從而而降低了了水的密密度，大大大影響響系統(tǒng)的的排水能能力。計算表明明，虹吸吸系統(tǒng)中中的最低低水頭一一般出現(xiàn)現(xiàn)在立管管頂端。。最低負壓壓的限制制有可能能無法充充分利用用建筑水水頭，甚甚至需要要降低立立管的有有效高度度。壓力分布布對虹吸吸過程的的作用系統(tǒng)內的的壓力分分布是保保證虹吸吸過程正正常進行行的保證證。雨水斗喉喉部的負負壓使水水流能夠夠在雨水水斗蓋板板下加速速（靠雨水水斗喉部部的負壓壓，使水水流從雨雨水斗邊邊緣向中中心產生生加速，，可達到到6m/s以上）水平管兩兩端的壓壓力差使使水流在在水平管管內能快快速流動動立管內的的動力來來自立管管水頭高高度扣除管道道阻力和和過渡段段阻力，，立管剩剩余水頭頭形成頂頂部負壓壓過渡段水水流靠部部分立管管水頭推推動。結論：充分利用用了屋面面雨水的的總水頭頭高度，，形成管管道內的的壓力流流。管道內基基本呈負負壓狀態(tài)態(tài)，對管管道剛性性、密封封性有要要求。虹吸的形形成過程程虹吸生成成過程描描述水平管充充滿后能能否向立立管充滿滿過渡，，取決于于流量QS和立管直直徑的配配合。實際排水水過程：：1、理想的的虹吸排排水過程程只是一一種臨界界狀態(tài)。。當雨量量大于排排水能力力時，天天溝水位位會持續(xù)續(xù)上升；；當雨量小于于最大排排水能力力時，首首先出現(xiàn)現(xiàn)的是氣氣水混合合流，隨隨后過渡渡到重力力流狀態(tài)態(tài)。2、虹吸排排水和重重力排水水之間的的主要不不同點是是，虹吸吸排水達達到設計計排水能能力有一一個過渡渡過程，，而達到設計計排水能能力后就就進入明明顯的飽飽和狀態(tài)態(tài)。3、虹吸排排水系統(tǒng)統(tǒng)設計必必須考慮慮這兩個個因素。。虹吸生成成的滯后后現(xiàn)象影響滯后后量的主主要因素素雨水斗的的排量尾管高度度水平管的的直徑和和長度立管的直直徑和高高度雨量變化化速度對鋼結構構屋面的的長天溝溝（相應應水平管管很長）），必須須進行天天溝緩沖沖能力驗驗算尾管在虹虹吸形成成過程中中的作用用利用尾管管水頭，，獲得了了一個起起始流量量，這個個流速必必須能夠夠使立管管達到充充滿程度度，使有有效勢頭頭進一步增增加，從從而使流流速進一一步上升升。尾管過短短，起始始流量很很小，立立管頂端端達不到到充滿的的程度，，虹吸過過程也無無法形成成。規(guī)程中建建議尾管管高度不不小于1米，是一一種安全全建議。。實際工工程中由由于吊頂頂高度或或管道布布置的限限制，可能能要求縮縮短尾管管。在工工程實例例中，500mm長的尾管管依然能能夠正常常工作。。需要關注注的幾個個方面關于尾管管關于天溝溝虹吸生成成過程帶帶來的影影響：當雨量急急速上升升時，天天溝內會會有相當當?shù)挠晁鄯e，，累積速速度和雨雨量變化化速度正正相關。。短時超過過設計排排水量的的落雨量量也積累累在天溝溝內，天天溝容積積必須考考慮這種種排水滯滯后現(xiàn)象象1、大直徑徑蓋板形形成足夠夠的進口口面積，，保證低低進口流流速下獲獲得大排排量，限限制斗前前水深。。2、空氣擋擋板下水水流從邊邊緣向中中心的加加速，充充分利用用從邊緣緣到中心心的壓力力差，保保證了水水流在喉部能加加速到預預期值，，實現(xiàn)大大排量。。3、蓋板的的封閉作作用：保持喉部部負壓4、蓋板結結構應有有助于防防堵塞和和防漩渦渦5、雨水斗斗的實際際流量取取決于系系統(tǒng)結構構關于虹吸吸雨水斗斗虹吸排水水存在排排量飽和和問題，，一旦達達到設計計排量，，將不會會由于天天溝水深深上升而而使排量量上升。。在超過預預定暴雨雨重現(xiàn)期期雨量時時，天溝溝能夠提提供足夠夠的溢流流能力。。溢流系統(tǒng)統(tǒng)對天溝溝的寬度度和深度度同時提提出了需需求。關于系統(tǒng)統(tǒng)溢流對對天溝的的要求需要關注注的幾個個方面關注虹吸吸排水系系統(tǒng)排出出口集水水井1、所有虹虹吸排水水系統(tǒng)的的計算都都是到過過渡段出出口為止止2、排出口口被淹沒沒的影響響：排出出口不能能封閉或或被淹沒沒，如果果排出口口與市政政管網連連為一體體，并且且封閉，，則市政政管網也也被系統(tǒng)自動視視為一個個整體，，不利于于排水。。通常的的做法是是排出口口不完全全封閉3、集水井井蓋被封封閉的影影響4、加強集集水井筒筒壁，要要求集水水井井壁壁為混凝凝土結構構，或鑲鑲嵌加強強鋼板。。因為形形成虹吸吸的出水水口水流流速度快快，沖擊擊力大誤區(qū)人們往往往會強調調虹吸雨雨水斗可可以限制制天溝水水深的優(yōu)優(yōu)點，而而誤認為為虹吸排排水系統(tǒng)統(tǒng)不需要要足夠寬寬和足夠夠深的天天溝。這一認識識上的誤誤區(qū)可能能會帶來來錯誤的的天溝設設計。天溝的緩緩沖作用用虹吸系統(tǒng)統(tǒng)的強大大排水能能力是在在虹吸狀狀態(tài)形成成之后才才產生。。從重力力排水發(fā)發(fā)展到虹虹吸排水水有一個個過渡過過程。其其間排水能力不不足造成成的雨水水累積需需要用天天溝的容容積實現(xiàn)現(xiàn)緩沖關于虹吸吸屋面排排水中天天溝設計計的重要要性需要關注注的幾個個方面虹吸系統(tǒng)統(tǒng)的優(yōu)勢勢四、虹吸吸系統(tǒng)的的優(yōu)勢現(xiàn)代大屋屋面建筑筑對屋面面雨水排排放系統(tǒng)統(tǒng)提出新新的要求求1、要求求使用更更少、更更細的管管道；（細管道道便于隱隱蔽安裝裝，使建建筑美觀觀。）2、立管管位置不不受限制制；（為了建建筑美觀觀，某些些地方不不允許配配置立管管，或者者就近配配置立管管將需要要開挖長長的地溝溝。開挖挖地溝在某些建筑筑中受到限制制（如現(xiàn)代廠廠房），同時時也加大工作作量。）3、要求能根根據匯流特點點在屋面上靈靈活配置雨水水斗；（合理配置雨雨水斗能夠使使大屋面上的的雨水順利排排放，但應不不影響立管位位置。虹吸排排水順利解決決了這一問題，，它允許配置置長的水平管管,使雨水斗斗幾乎可以放放到屋面的任任何位置。））4、限制斗前前水深，降低低天溝負荷。。（虹吸專用雨雨水斗在大流流量時只需很很低的天溝水水深。）傳統(tǒng)重力屋面面雨水排放系系統(tǒng)存在的根根本問題1、水在管道中是是靠重力(坡坡度)流動，，水流速度低低，管道直徑徑大；（非滿滿管流，只能能靠管道坡度度產生流動，流速不不可能高，平平均流速低。。）2、水平管不不可過長，限限制了立管位位置；（有坡坡度的水平管管不便于布管管，尤其長管管道。立管必必須靠近雨水斗就近安安裝）3、雨水斗和立立管不能靈活活布置，難以實現(xiàn)同一一水平管配置置多個雨水斗斗；4、普通雨水水斗排水能力力差，無法限限制天溝水深深。（普通重重力雨水斗是是以溢流堰方方式進水，進進口流速取決于斗前水水深，所以大大流量時要么么加大雨水斗斗規(guī)格，要么么增大天溝水水深。增大天天溝水深會明明顯加大天溝負負荷。5、水平管要求求坡度給管道道鋪設帶來困困難6、大量的立管管可能需要開開挖排水溝，，某些建筑內內排水溝被禁禁止；根本癥結：無無法解決水平平管無坡度鋪鋪設。虹吸排水要解解決的根本問問題是什么？？利用大氣壓力力將遠離立管管的雨水斗匯匯水經水平鋪鋪設橫管輸送送到立管頂端端解決了這個根根本性問題，，就會看到虹虹吸排水的許許多優(yōu)點。1、比重力系系統(tǒng)管徑小1/2至2/32、橫管不需要要坡度4、可減少與減減小屋面預留留洞要求3、屋面雨水斗斗布點靈活6、水流速度快具具有自潔管道道功能虹吸系統(tǒng)的優(yōu)優(yōu)勢5、管道材料可靈靈活選配重力系統(tǒng)虹吸系統(tǒng)虹吸系統(tǒng)的優(yōu)優(yōu)勢1、比傳統(tǒng)系系統(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)優(yōu)勢1、小巧為美美置于柱內置于外墻建筑筑包面內置于混凝土板板虹吸系統(tǒng)的優(yōu)優(yōu)勢2、懸吊橫管不需需要坡度無坡度虹吸系統(tǒng)的優(yōu)優(yōu)勢2、埋地橫管不需需要坡度無坡度?65900m275l/s虹吸系統(tǒng)?160?200900m275l/s重力系統(tǒng)虹吸系統(tǒng)的優(yōu)優(yōu)勢3、屋面雨水斗布布點靈活?160900m275l/s虹吸系統(tǒng)?200900m275l/s重力系統(tǒng)虹吸系統(tǒng)的優(yōu)優(yōu)勢4、減少與減小屋屋面預留洞要要求虹吸系統(tǒng)的優(yōu)優(yōu)勢5、管道走向靈活活可根據各種種設計要求設設置虹吸系統(tǒng)的優(yōu)優(yōu)勢5、管道走向靈活活可根據各種種設計要求設設置虹吸系統(tǒng)的優(yōu)優(yōu)勢6、管道材料可靈靈活選配HDPE管虹吸系統(tǒng)的優(yōu)優(yōu)勢6、管道材料可靈靈活選配鑄鐵管虹吸系統(tǒng)的優(yōu)優(yōu)勢6、管道材料可靈靈活選配不銹鋼管虹吸系統(tǒng)的優(yōu)優(yōu)勢6、管道材料可靈靈活選配不同材料混合合運用不銹鋼管虹吸系統(tǒng)的優(yōu)優(yōu)勢7、水流速度快具具有自潔管道道功能五、虹吸系統(tǒng)統(tǒng)在各種建筑筑中的應用虹吸排水的適適用領域大型廠房：屋屋面檐高在7米以上，并并存在內天溝溝，天溝長度度在30米以以上，廠房內內部不允許有有落水管。這種結構的廠廠房采用重力力排水難以將將內天溝的匯匯水從天溝兩兩端排出，廠廠房內部又不不允許挖排水水溝或者敷設埋地排水水管。即使允允許埋地管，，埋地管需要要的坡度也會會給敷設帶來來很大麻煩。。大型公共建筑筑：如圖書館館，體育場館館，機場候機機樓，火車站站站房和站臺臺無柱雨棚，，大型商場，，裙樓，以及排水管可可能影響建筑筑美觀的場合合。在這些建筑上上，一般都有有數(shù)千平米以以上的大型屋屋面，虹吸屋屋面雨水排放放系統(tǒng)的優(yōu)勢勢可以得到充充分的發(fā)揮。雨水回收工程程上的應用：：雨水回收要要求出水口統(tǒng)統(tǒng)一一點出水水，虹吸排水水正好可以滿滿足這個要求求匯水點的總水水頭低于3米米而且天溝較較長的建筑，，水平管內無無法形成足夠夠的動力，起起不到明顯的的虹吸作用。住宅建筑的頂頂層沒有布置置尾管的足夠夠空間，而且且水平管內的的流水噪聲影影響用戶休息息，加之住宅屋面面積不不大，采用虹虹吸屋面排水水需要慎重考考慮。不適宜采用虹虹吸排水技術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)的應應用大屋面工程（（廠房＆機庫庫類）虹吸系統(tǒng)的應應用大屋面工程（（廠房＆機庫庫類）重力系統(tǒng)虹吸系統(tǒng)的應應用在室內不可有有雨水立管和和橫管用大容量雨水水斗，置于設設備欄虹吸系統(tǒng)的應應用高科技廠房工工程（對防雨雨水敏感性高高的建筑）澆鑄于混凝土土內室內不可有雨雨水立管和橫橫管置于包面層置于屋面置于吊頂虹吸系統(tǒng)的應應用高科技廠房工工程（對防雨雨水敏感性高高的建筑）雨水回收工程程地面集水箱集水箱虹吸系統(tǒng)的應應用高層項目重力系統(tǒng)管道道位于建筑四四周虹吸系統(tǒng)管道道位于設備管管道區(qū)虹吸系統(tǒng)的應應用綠化屋面排水水LandscapedrainageLandscapeSump虹吸系統(tǒng)的應應用LandscapeSumpSiphonicDrainagetocitydrain綠化屋面排水水虹吸系統(tǒng)的應應用虹吸系統(tǒng)的應應用虹吸系統(tǒng)技術術：1)2)3)4)為建筑師、工工程師提供了了屋面排水設設計的靈活性與空間間。革命性的改變變了屋面排水水設計理念，，從單一的解決某個個排水問題轉轉變?yōu)檎w屋屋面排水的綜合設計計方案。能將水力學、、結構原理以以及建筑的審審美要求溶入整體設計方方。更加改進了建建筑和屋面排排水系統(tǒng)的可可建性。虹吸排水系統(tǒng)統(tǒng)施工中需要要注意的幾點點問題1、嚴格按照圖圖紙施工；2、禁止使用正正三通接頭；；3、按照規(guī)范使使用錨固法蘭蘭；4、注意成品保保護；5、嚴格把握焊焊接質量；6、注意防止管管道出口堵塞塞；7、施工期間采采取適當?shù)呐R臨時排水措施施。六、新型虹吸吸系統(tǒng)方案的的研究在新型虹吸系系統(tǒng)方案的應應用中，因為為目標是替代代傳統(tǒng)的重力力方案，所以以業(yè)主會擔心心以下問題：：方案技術上是是否可行？方案的經濟濟性如何？在以下的篇幅幅中，我們主主要從大型廠廠房、物流中中心等工程上上，從系統(tǒng)應應用的特點、、技術可行性性、經濟合理理性等方面來討論。1、大型廠房房、物流中心心等大型鋼天天溝屋面雨水水排放系統(tǒng)傳傳統(tǒng)的方法為為：重力排水水（見下一頁頁圖一），單單跨廠房在外外側天溝采用重重力自然落水水，沿外側墻墻下立管，一一般情況一個個重力斗接一一根立管，出出戶管接雨水水井（雨水井井按照標準來制作），由由雨水井再進進入市政管道道。傳統(tǒng)的做法有有其優(yōu)點：設設計簡單、施施工簡單、PVC-U管管連接簡單缺點：PVC-U產品的的特性，使用用時間短，同同時，在管材材的絕對值數(shù)數(shù)量上，使用用多。因為管管道井多，土土建開挖費用用大大增加。立管管數(shù)量多，影影響了建筑物物美觀。重力力方案與虹吸吸相同管徑的的前提下，排排水速度慢。。對于兩跨或或者多跨的廠房等大型建建筑，內天溝溝采用重力方方案，內天溝溝容易翻水，，廠房內部下下立管太多，，影響現(xiàn)代化化廠房內部的的布局。廠房內為了走水水，需要挖下下水道，如果果雨量過大，，容易室內翻翻水等等。2、大型廠房、物物流中心等大型鋼鋼天溝屋面雨水排排放采用橫管懸吊吊式虹吸雨水排放放系統(tǒng)：懸吊式虹虹吸雨水排放系統(tǒng)統(tǒng)（見下頁圖二），無無論是單跨還是多多跨廠房，內外天天溝都使用懸吊式式虹吸系統(tǒng)，采用用多斗串聯(lián)，最多多20個雨水斗串串聯(lián)在一根立管上下地地，走管比較隨意意，可以按照建筑筑要求走管。出戶戶管接雨水井，然然后進入市政管道道。優(yōu)點：排水速度更更快，