虹吸式屋面雨水排水系統(tǒng)

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簡介虹吸式屋面雨水排水系統(tǒng)

隨著目前中國經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，特別是汽車工業(yè)的發(fā)展， 各地都在大力進(jìn)行汽車制造廠的建設(shè)，車間的規(guī)模越來越大，這就給屋面雨水的排放帶來了新 的問題。
　　降雨過程中屋面承接的雨水沿屋面坡向匯集到天溝，傳統(tǒng) 的雨水排放是將天溝中匯集的雨水通過雨水斗、雨水立管、排出管排至雨水窨井，或是通過雨 水斗、懸吊管、雨水立管、排出管排至雨水窨井。一般屋面排水系統(tǒng)常按其排水管的設(shè)置位 置和排水去向分為外排水系統(tǒng)和內(nèi)排水系統(tǒng)，從水力學(xué)的觀點(diǎn)來分可分為重力流屋面排水和 壓力流屋面排水系統(tǒng)兩類,后者在于強(qiáng)調(diào)在設(shè)計(jì)降雨強(qiáng)度下屋面排水系統(tǒng)內(nèi)的有壓狀況。不同 的屋面雨水排水系統(tǒng)根據(jù)其所具有的水流狀態(tài)的分析，采用不同的設(shè)計(jì)計(jì)算方式。傳統(tǒng)的屋 面雨水排水系統(tǒng)按重力流設(shè)計(jì)，屋面重力式排水系統(tǒng)采用重力式的雨水斗，雨水斗排水狀況 是自由堰流，流入雨水斗的雨水滲入空氣，形成水、氣混合流，雨水斗的設(shè)計(jì)流量偏小，根 據(jù)規(guī)范第4.9.20規(guī)定，重力流屋面雨水排水管系的懸吊管應(yīng)按非滿流設(shè)計(jì)，其充滿度不宜大 于0.8，管內(nèi)流速不宜小于0.75m/s。且坡度不宜小于0.5％，需要較大的懸吊管管徑和坡降 。同時(shí)為了在同一根雨水管上的各個(gè)雨水斗的雨水能夠正常排放，因而限定一根雨水懸吊 管的雨水斗的數(shù)量不得超過4個(gè)，這也導(dǎo)致了雨水懸吊管和雨水立管數(shù)量的增加，同時(shí)增加了 屋面荷載，也增加了工程的造價(jià)。重力流屋面排水系統(tǒng)受其水力特性的限制，造成排水立管 多，管徑偏大，排水能力偏小
，對于大面積工業(yè)廠房及公共建筑屋面排水系統(tǒng)則更顯突出。 為此，應(yīng)大力推廣一種稱之為虹吸式屋面雨水排水系統(tǒng)，該系統(tǒng)能很大地提高屋面雨水排水 的能力；懸吊管接入雨水斗的數(shù)量不受限制，節(jié)省了不少的雨水立管；懸吊管不需做坡度， 安裝方便、美觀；系統(tǒng)按虹吸式壓力流計(jì)算可以減小選用管道的管徑；工程實(shí)踐證明可大量 減少工程造價(jià)。虹吸式屋面雨水排水系統(tǒng)與重力式屋面雨水排水系統(tǒng)相比有明顯的技術(shù)優(yōu)勢 。以下就來重點(diǎn)介紹一下虹吸式屋面雨水排水系統(tǒng)的原理和設(shè)計(jì)過程。
　　一、虹吸式屋面雨水排水系統(tǒng)的工作原理
　　虹吸式屋面雨水排水系統(tǒng)和重力式屋面雨水排水系統(tǒng)均由雨水斗、雨水懸吊管、雨水立管、雨水埋地管組成，但因?yàn)橄到y(tǒng)的工作原理完全不同，在二種不同水力條件下工作，因此系統(tǒng)中各部件的功能要求是不一樣的，系統(tǒng)也有其相應(yīng)的一套計(jì)算方法。虹吸式屋面雨水排水系統(tǒng)的最大改進(jìn)和技術(shù)進(jìn)步是開發(fā)了一種具有良好整流功能的雨水斗。雨水斗在其額定設(shè)計(jì)流量時(shí)處于淹沒泄流排水狀態(tài)，不滲氣；設(shè)計(jì)排水量大；雨水斗淹沒泄流的斗前水深小。采用了虹吸式雨水斗的屋面雨水排水系統(tǒng)，在降雨過程中相當(dāng)于從屋面上的一個(gè)穩(wěn)定水面的水池中泄水，經(jīng)屋面內(nèi)排水管系，從排出管排出，管道全充滿的壓力流狀態(tài)，屋面雨水的排水過程是一個(gè)虹吸排水過程。所以，把具有虹吸排水能力的屋面雨水內(nèi)排水系統(tǒng)稱之為虹吸式屋面雨水內(nèi)排水系統(tǒng)。虹吸式屋面排水系統(tǒng)的管道在設(shè)計(jì)降雨強(qiáng)度下呈負(fù)壓，管材的選用應(yīng)考慮承受負(fù)壓的能力但在比較小的降雨強(qiáng)度或降雨過程的末期 ，降雨量減Px=Δhx·ρ·g－Vx2·ρ/2－Σ（L·R＋Z）
R=λ·L/Dj·v2/2g
ΔP=hver·ρ·g－Σ（L·R＋Z）
小，雨水斗淹沒泄流的斗前水位降低到其一定的值，雨水斗開始有空氣滲入，排水管道內(nèi)的真空被破壞，排水系統(tǒng)會(huì)從虹吸壓力流的工況轉(zhuǎn)向重力流。
　　虹吸式屋面雨水排水系統(tǒng)管道內(nèi)設(shè)計(jì)狀態(tài)下的壓力分布與一般的重力式屋面雨水排水系統(tǒng)有明顯的區(qū)別。虹吸式屋面雨水排水系統(tǒng)自雨水斗連接管以下，管道內(nèi)呈負(fù)壓，在懸吊管與立管的交叉點(diǎn)處負(fù)壓最大，其后立管上的負(fù)壓減小，至臨界點(diǎn)負(fù)壓消失，管道內(nèi)的壓力為零，水流狀態(tài)轉(zhuǎn)為重力流。從上面的分析可以得出，雨水斗的進(jìn)水水面至臨界總高度是有效作用高度，在設(shè)計(jì)計(jì)算中應(yīng)充分利用；另一方面對雨水斗至懸吊管的末端的總水頭損失應(yīng)有所限制，以控制懸吊管末端的最大負(fù)壓值。
　　二、虹吸式雨水斗的技術(shù)特性
　　1.虹吸式雨水斗的基本結(jié)構(gòu)
　　虹吸式雨水斗有DN50～DN150等多種規(guī)格，能夠滿足工程的實(shí)際要求，其材質(zhì)有鑄鐵、鋁合金鋼、不銹鋼、高密度聚乙烯（HDPE）、聚丙烯（PP），下沉的雨水斗置于屋面層中，上部設(shè)有進(jìn)水格柵。在降雨過程中，通過格柵蓋進(jìn)入雨水斗的屋面雨水落入深斗內(nèi)，斗內(nèi)帶孔隙的整流罩，使處于渦流狀態(tài)的雨水平穩(wěn)地以淹沒泄流流出進(jìn)入排水管。下沉式的雨水斗最大限度的減小了天溝的進(jìn)水深度，使屋面承受的雨水荷載降至最小，同時(shí)又使雨水斗的出口獲得較大的淹沒水深，消除了在設(shè)計(jì)流量下工作時(shí)的滲氣現(xiàn)象, 提高了雨水斗的額定流量。虹吸式雨水斗應(yīng)帶有格柵，格柵間隙形狀可以是孔狀或細(xì)槽狀，間隙口直徑應(yīng)不小于6mm，且不大于15mm。
　　2.虹吸式雨水斗的額定流量的確定
　　任何型式的雨水斗的泄流量都隨斗前水位的增加而加大。對于虹吸式雨水斗，要求在正常的工作條件下，雨水斗不滲入空氣。這樣就有一個(gè)臨界水位，當(dāng)雨水斗前的水位小于該水位時(shí)雨水斗開始有空氣滲入，虹吸式屋面雨水排水系統(tǒng)的壓力流狀態(tài)被破壞。所以，虹吸式雨水斗的額定流量是以不滲入空氣為確定原則，提出相應(yīng)的斗前水深，以DN50雨水斗為例，當(dāng)泄流量為6L/s時(shí)，斗前水深降至45mm，水流出現(xiàn)乳化現(xiàn)象，數(shù)量降至40mm，滲氣量為0.2L/s。虹吸是雨水斗的斗前水深不宜大于55mm。兩個(gè)雨水斗之間的間距不應(yīng)超過20m。
　　3.水力計(jì)算
　　虹吸式屋面雨水排水系統(tǒng)的水力計(jì)算應(yīng)包括對系統(tǒng)中每一管路的水力學(xué)工況作精確的計(jì)算。計(jì)算結(jié)果應(yīng)包括每一計(jì)算管段的管徑、計(jì)算長度、流量、流速、壓力。
　　虹吸式屋面雨水排水系統(tǒng)的水力計(jì)算應(yīng)符合以下規(guī)定：
　　（1）虹吸式屋面雨水排水管系雨水斗至過渡段總水頭損失與過渡段流速水頭之和不得大于雨水斗至過渡段的幾何高差。
　?。?）雨水斗頂面至懸吊管管中的高差不宜小于1m。
　?。?）雨水斗頂面至過渡段的高差在立管管徑小于等于DN75時(shí)宜大于3m，在立管管徑大于等于DN90時(shí)宜大于5m。
　?。?）懸吊管設(shè)計(jì)流速不宜小于0.75m/s，立管設(shè)計(jì)流速不宜小于2.2m/s，不宜大于10m/s。
　　（5）虹吸式屋面雨水排水管系過渡段下游的流速不宜大于 2.5m/s，當(dāng)流速大于2.5m/s時(shí)應(yīng)
采取消能措施。
　　3.1各雨水斗至過渡段的水頭損失允許誤差應(yīng)小于5kPa。水頭 損失允許誤差按下列公式計(jì)
算：
　　式中ΔP——水頭損失允許誤差，kPa；
hver——雨水斗至出戶管過渡段的幾何高差，m；
ρ——水的密度，4℃時(shí)，ρ=1000kg/m3；
g——重力加速度，9.81m/s2;
　　Σ（L·R＋Z）雨水斗至計(jì)算點(diǎn)的總水頭損失，kPa；其中L· R為沿程水頭損失，Z為局部水頭損失。
　　3.2系統(tǒng)內(nèi)的最大負(fù)壓計(jì)算值應(yīng)根據(jù)安裝地的海拔高度、管 道材質(zhì)、管材和管件的最大、最小工作壓力等確定，但不應(yīng)低于90kPa。懸吊管內(nèi)的壓力按下 列公式計(jì)算：　　
式中Px——懸吊管內(nèi)壓力，kPa；
Δhx——雨水斗頂面至懸吊管管中的幾何高差，m；
Vx——計(jì)算點(diǎn)的流速，m/s；
ρ——水的密度，4℃時(shí)，ρ=1000kg/m3；
　　g——重力加速度，9.81m/s2。
　　Σ（L·R＋Z）雨水斗至計(jì)算點(diǎn)的總水頭損失，kPa。
　　3.3管道的沿程阻力系數(shù)應(yīng)按下列公式計(jì)算
　　式中R——水力坡降；
λ——摩阻系數(shù)；
Dj——管道的計(jì)算直徑，m；
V——流速，m/s；
　　g——重力加速度，9.81m/s2。
　　3.4過渡段下游管道應(yīng)按重力流雨水排水系統(tǒng)設(shè)計(jì)。
　　另外還需要的資料為當(dāng)?shù)氐谋┯陱?qiáng)度公式和該建筑物的屋 面匯水面積。
　　4.虹吸式屋面雨水排水系統(tǒng)的安裝與敷設(shè)
　?。?）虹吸式屋面雨水排水系統(tǒng)適用于大屋面的工業(yè)廠房和 公共建筑的雨水排出。按虹吸壓力流進(jìn)行水力計(jì)算。
　　（2）平屋面排水宜采用DN50或DN60雨水斗；設(shè)有天溝、檐溝 屋面排水宜采用DN50～
DN150的雨水斗。
　?。?）虹吸式雨水斗應(yīng)布置在屋面或天溝的最低點(diǎn)，虹吸式 雨水斗的布置對雨水立管作對稱布置。
　?。?）當(dāng)虹吸式雨水排水系統(tǒng)接多個(gè)虹吸式雨水斗時(shí)，雨水 斗排水連接管應(yīng)接在懸吊管上，不得直接接在雨水立管的頂部。
　　（5）管道安裝，鋼管的安裝采用焊接連接、法蘭連接或溝 槽式連接；鑄鐵管安裝采用機(jī)械式接口或節(jié)套式連接；HDPE管的安裝采用焊接連接。
　　5.系統(tǒng)驗(yàn)收
　　雨水斗安裝位置應(yīng)符合設(shè)計(jì)要求。雨水斗邊緣與屋面之間 連接處應(yīng)嚴(yán)密不漏。
　　管道安裝應(yīng)符合現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)《建筑給水排水及采暖工程 施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范》GB50242－2002的有關(guān)規(guī)定?！　∮晁髁⒐芗八礁晒芫鶓?yīng)作通水試驗(yàn)，排水應(yīng)暢通，無 堵塞。
　　6.工程設(shè)計(jì)實(shí)例
　　以下為上海某汽車廠綜合倉庫的屋面虹吸式雨水排水系統(tǒng) 的設(shè)計(jì)。
　　該建筑為鋼結(jié)構(gòu)廠房，面積有4萬平方米，采用虹吸式屋面 雨水排水系統(tǒng)，大大減輕了屋面
的荷載，從而節(jié)省了工程的造價(jià)(水力計(jì)算略)。