虹吸雨水系统的原理、应用和施工

虹吸雨水系统的原理、应用和施工北京绿城银石置业有限公司2010年6月第一部分：屋面雨水排水系统排水方式第二部分：虹吸雨水排水系统第一部分：屋面雨水排水系统排水方式第一部分：屋面雨水排水系统排水方式※檐沟外排水：一般用于居住建筑，屋面面积比较小的公共建筑和单跨工业建筑，屋面雨水汇集到屋顶的檐沟里，然后流入雨落管，沿雨落管排泄到地下管沟或排到地面。雨水立管多采用塑料管或镀锌铁皮管，断面为圆形或矩形。圆形塑料管管径为100～200mm，圆形镀锌铁皮管管径为75～100mm，矩形断面镀锌铁皮管的矩形尺寸一般为80mm×l00mm或80mm×l20mm。一般民用建筑水落管的间距为8～16m，一根水落管服务面积不大于250m2。第一部分：屋面雨水排水系统排水方式※天沟外排水：一般用于排除大型屋面的雨、雪水。特别是多跨度的厂房屋面，多采用天沟外排水。所谓天沟，是指屋面上在构造上形成的排水沟，接受屋面的雨雪水。雨雪水沿天沟流向建筑物的两端，经墙外的立管排到地面或排到雨水管道。雨水立管选用及布置原则同檐沟外排水。第一部分：屋面雨水排水系统排水方式Ⅰ单斗雨水排水系统系统：悬吊管上只连接单个雨水斗的系统。Ⅱ多斗雨水排水系统系统：悬吊管上连接多个雨水斗（一般不得多于4个）的系统。在条件允许的情况下，应尽量采用单斗排水，以充分发挥管道系统的排水能力，单斗系统的排水能力大于多斗系统。多斗系统的排水量大约为单斗的80%。第一部分：屋面雨水排水系统排水方式雨水内排水系统的组成：雨水内排水系统由天沟、雨水斗、连接管、悬吊管、立管、排出管等部分组成。1.雨水斗雨水斗是整个雨水管道系统的进水口，主要作用是最大限度的排泄雨、雪水；对进水具有整流、导流作用，使水流平稳，以减少系统的掺气；同时具有拦截粗大杂质的作用。目前国内常用的雨水斗为65型、79型、87型雨水斗、平蓖雨水斗、虹吸式雨水斗等。第一部分：屋面雨水排水系统排水方式第一部分：屋面雨水排水系统排水方式2.连接管连接雨水斗与悬吊管的短管。3.悬吊管悬吊管与连接管和雨水立管连接。4.立管接纳雨水斗或悬吊管的雨水，与排出管连接。5.排出管将立管的水输送到地下管道中，雨水排出管设计时，要留有一定的余地。第一部分：屋面雨水排水系统排水方式6.埋地横管密闭系统一般采用悬吊管架空排至室外，不设埋地横管；敞开系统，室内设有检查井，检查井之间的管为埋地敷设。7.附属构筑物：检查井、排气井等雨水常常把屋顶的一些杂物冲进管道，为便于清通，室内雨水埋地管之间要设置检查井。设计时应注意，为防止检查井冒水，检查井深度不得小于0.7m。检查井内接管应采用管顶平接，而且平面上水流转角不得小于135º。具体方式见下页示意图所示：第一部分：屋面雨水排水系统排水方式雨水内排水系统示意图第一部分：屋面雨水排水系统排水方式第二部分：虹吸雨水排水系统一、虹吸雨水系统的发展史二、虹吸雨水排水系统工作原理三、虹吸排水系统与重力流排水系统的比较四、虹吸雨水系统产品选用要点五、虹吸雨水排水系统的应用六、虹吸雨水排水系统在北京霄云路项目的应用附件：虹吸雨水产品厂家一、虹吸雨水系统的发展史：虹吸雨水排放系统最早应用于欧洲，从20世纪60年代起步，发展到现在已经有近50年的历史了，而我国直到90年代初才从德国引进。经过十几年大量的试验和深入的研究，我国已经成功的研制出压力流（虹吸）屋面雨水排放系统。虹吸式雨水排放系统适用于工业厂房、库房、公共建筑的大型屋面雨水的排放。目前，很多高层住宅项目也广泛的采用该系统。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。第二部分：虹吸雨水排水系统第二部分：虹吸雨水排水系统二、虹吸雨水排水系统工作原理：1、屋面雨水排水的三种流态：在雨水降水过程中，当降雨达到一定程度后，降雨量由小到大，再由大到小，天沟中的雨水从少到多，雨水排水系统经历着完全重力流、两项流和完全满流的压力流，达到完全满流后，随着雨水的减少又会进行两项流和完全重力流。特大暴雨时，系统可能一直处于完全满流的压力流状态。而当小雨时，系统可能仅为完全重力流状态。因此，雨水排水系统是一个非定常流状态。第二部分：虹吸雨水排水系统2、虹吸雨水排水系统工作原理：（1）虹吸原理：虹吸现象是我们在日常生活经常遇到的，它主要是以密闭系统中由于流体在重力作用下迅速下降所产生的局部负压为击发动力所形成的流体持续流动的现象。负压区如图所示，图中的软管就是一个简单的虹吸系统，当软管中充满水时由于重力的作用管中水位迅速下降，在箭头所示区域产生负压，此时由于软管上端的水面直接和大气相通产生压差，水就会在压力作用下源源不断的从桶中抽出。第二部分：虹吸雨水排水系统第二部分：虹吸雨水排水系统（2）虹吸雨水系统原理：虹吸雨水排放是以雨水在高处所具有的势能为排放动力，依靠独特的雨水斗设计，[当斗前水深达到一定的高度时（32mm-55mm）就可完全实现气水分离]，并调节各段管径实现虹吸式雨水的排放。其形成过程经历三种流态，重力流、两相流、满管压力流。在降雨初期，雨水刚刚汇集，雨水斗前水深不大，斗内不能有效阻止空气进入，此时其流态为非满管流，气水逆向流动，此阶段为重力流；随暴雨的发展，雨水越聚越多，斗前水深加大，空气进入的越来越少，管道内形成断断续续的满管流和掺有气泡的满管流——两相流；当斗前水深达到一定高度，不再有空气掺入时，便形成满管压力流态。第二部分：虹吸雨水排水系统理论上来讲虹吸现象是完全的满管流，但由于降雨情况的随机性，降雨强度往往符合正态分布（见下图）第二部分：虹吸雨水排水系统即在一次完整的降雨过程中，降雨最大强度往往只持续几分钟。只有在此瞬间才能达到完全的满管流状态。因此尽管虹吸式屋面雨水排水系统按虹吸满管流流态设计，但系统并不是始终在虹吸满管流流态下工作。它以重力流方式开始，系统处于波浪流和脉冲流流态。随着雨量的增大，斗前水深逐步增大，系统流态逐步过渡到活塞流和泡沫流并间隙性的出现虹吸满管流流态，虹吸的形成使系统排水能力突然增大，斗前水深又会回落，系统重新回到重力流方式。这种变换会持续一段时间直到降雨量进一步增大，使斗前水深趋向稳定，系统渗气量近一步减少，进入稳定的虹吸满管流流态。（见下图）第二部分：虹吸雨水排水系统波浪流脉冲流活塞流泡沫流虹吸满管压力流第二部分：虹吸雨水排水系统3、虹吸排水系统的组成：虹吸式屋面雨水排水系统由虹吸式雨水斗及系统管道（立管、无坡度悬吊管和雨水出户管）组成。（1）虹吸式雨水斗：如上图所示，标准型的虹吸式雨水斗，由虹吸雨水斗斗体，反气旋板，雨水斗格栅盖组成。另外根据需要可提供通用型的隔热绝缘底座，固定件，法兰片，焊接片等配件。第二部分：虹吸雨水排水系统虹吸式雨水斗材质通常为HDPE、铸铁或不锈钢。其各部分有不同的结构功能。雨水斗置于屋面层中，上部盖有进水格栅。降雨过程中，雨水通过格栅盖侧面进入雨水斗，当屋面汇水达到一定高度时，雨水斗内的反涡流装置将阻挡空气从外界进入同时消除涡流状态，使雨水平稳地淹没泄流进入排水管。虹吸式雨水斗最大限度减小了天沟的积水深度，使屋面承受的雨水荷载降至最小，同时提高了雨水斗的额定流量。雨水斗是整个虹吸系统的关键部分。对于整个虹吸式屋面雨水排放系统而言，最主要的就是要避免空气通过雨水斗进入整个系统。如果空气直接进入雨水斗，会在管道内形成气团，这样会大大降低系统排水效率，最终和传统重力式排水系统一样。第二部分：虹吸雨水排水系统因此，虹吸式屋面雨水排放系统所采用的雨水斗必须具有优化设计的反涡流功能的盖罩，防止空气通过雨水斗入口处的水流带入整个系统，并有助于当斗前水位升高到一定程度时，形成水封完全阻隔空气进入。雨水斗的设计安装也有一定严格的要求:①雨水斗离墙至少1米。②雨水斗之间距离一般不能大于20米。③平屋顶上如果是沙砾层，雨水斗格栅顶盖周围的沙砾厚度不能大于60mm，最小粒径必须为15mm。④如果雨水斗是安装在檐沟内，且采用焊接件的话，檐沟的宽度至少是350mm。⑤如果雨水管是安装在混凝土屋顶面层内，那么屋顶至少有160mm厚。第二部分：虹吸雨水排水系统（2）系统管道：管道作为虹吸式屋面雨水排放系统最主要的部分，必须确保系统安全可靠，高效持续的运行。虹吸式系统作为一个特殊的排水系统，其管道必须保证完全的密封性和完备的防火措施，并且做到尽可能降低噪声，吸收震动，抗击冲击外力，最大程度满足抗温度变化引起的形变。管道的完全抗渗漏并不意味着系统密封性得到满足。一般情况下，对于抗渗漏的要求是允许发生小范围的渗漏，只要有补救措施即可。但是虹吸系统一旦发生渗漏，并不易发现。当突然出现暴雨的降雨强度，则可能立即造成整个系统崩溃。进而因为屋面雨水无法及时排放，超过屋面可负荷的荷载强度，引起屋面坍塌。当然，微小的不密封并不一定会造成渗漏，但是足以造成漏气，一旦排水管道内出现气团，虹吸式排水的效率马上大大降低，严重的甚至会破坏虹吸作用。第二部分：虹吸雨水排水系统由于虹吸系统是利用负压排水的，因此管道的管壁必须具备相当的承压能力。但是也不是完全的刚性体。因为虹吸系统的负压一般不大于-0.08Mpa。过大的负压会导致管内水流流速过快，发生气蚀现象，对于金属管道或者是金属质地的连接处产生极大的伤害（-0.09Mpa已经接近气蚀的临界值）。同时负压过高也会给系统带来极大的震动，减少系统的使用寿命。管道和配件都必须具备阻燃的条件，当建筑物一处发生火灾时系统能够防止火灾被迅速传递到建筑物的其他部分。所以，材料本身的阻燃性并不是最重要的，整个管道系统的防火扩散性才是将灾害损失降至最低的关键。第二部分：虹吸雨水排水系统（3）虹吸式屋面雨水排放系统的辅助固定系统：在虹吸式屋面雨水排放过程中，存在汽水混合流的排水过程，在这一过程中，系统内的气泡会在压力的作用下破裂，使整个管道说系统产生剧烈振动，因此，为保证系统的正常运行，管道振动的危害是一个不容忽视的问题，如果振动不加以防范，可能会影响减少建筑结构的使用寿命，也可能会导致整个系统的破坏，安装固定系统的主要功能之一是吸收这些振动，从而避免振动对建筑结构产生影响；另外，固定系统，使管道与建筑的结构脱离开来，把大管段涨缩分成若干小管段涨缩，通过固定系统吸收，从而可以取消伸缩节，保证虹吸不因管道的缝隙而破坏。第二部分：虹吸雨水排水系统故此，虹吸式屋面雨水排放系统有一个非常重要的要求，就是对管道系统进行固定，虹吸式雨水管道系统的固定装置包括与管道平行的方形钢导轨，管道与方形钢导轨间的连接管卡(根据不同的管径，每隔0.8至1.6米布置管卡)，用于固定钢导轨的吊架及镀锌角钢。安装固定系统还包括管卡配件，这些配件可以固定管道的轴向，利用锚固管卡安装在管道的固定点。第二部分：虹吸雨水排水系统第二部分：虹吸雨水排水系统（4）计算软件：☆☆☆理想状态如果屋面有足够的汇水深度，就可以完全隔离空气，达到满流状态，但屋面的承重会很高。实际状态利用雨水斗加大汇水深度，但气旋会将空气带入管道内。解决方案采用反气旋虹吸强制挡板，当斗前汇水深度达到一定的高度，就会产生虹吸，并且这一深度是固定的，可控的。利用雨水斗加大汇水深度但气旋会将空气带入管道内反气旋虹吸强制挡板第二部分：虹吸雨水排水系统不同的厂家计算软件不同？？？三、虹吸排水系统与重力流排水系统的比较：（1）水流状态：重力流排水系统在排水过程中水是以汽水混合的状态依靠重力作用顺着立管而下；而虹吸排水系统在排水过程中逐渐形成满管压力流态，这样大大提高了排水能力，同时也适当减小了雨水管管径。重力流排水虹吸排水第二部分：虹吸雨水排水系统（2）悬吊管（横干管）要求：重力流屋面雨水排水管系的悬吊管按非满流设计，需要较大的悬吊管管径和坡降；而虹吸排水系统雨水悬吊管可做到无坡度敷设，安装效果美观节省空间。第二部分：虹吸雨水排水系统（3）雨水立管比较：重力流排水系统为保证各个雨水斗的雨水能够正常排放，因而限定一根雨水悬吊管的雨水斗的数量不得超过4个，这也导致了雨水悬吊管和雨水立管数量的增加；而虹吸排水系统