虹吸式雨水排放系统施工工艺及应用

虹吸式雨水排放系统施工工艺及应用

白立君

白立君（河北千山钢业工程有限公司河北石家庄050000）

中图分类号：Ｇ70文献标识码：Ａ文章编号：ISSN1004-1621（2014）03-066-02

虹吸式排水是液态分子间引力与位差能造成的。即利用水柱压力差，使水上升再流到低处。由于管口水面承受不同的大气压力，水会由压力大的一边流向压力小的一边，直到两边的大气压力相等，容器内的水面变成相等高度，水就会停止流动。利用虹吸现象很快就可将容器内的水抽出。本文对虹吸式雨水排放系统工程特点及施工工艺略作分析，与读者讨论之。

一、虹吸式雨水排放系统的施工工艺

1、工作原理

虹吸式雨水排放系统正是利用建筑物屋面高度所形成的水头来实现虹吸排水。降雨来临时，屋面逐渐形成积水，由于采用了科学设计的防漩涡雨水斗，当屋面雨水高度达到一定高度，通过控制进入雨水斗的雨水流量和调整流态减少漩涡，从而极大地减少了雨水进入排水系统时所夹带的空气量，使得系统中排水管道呈满流状态，当雨水通过管道变径时，在此处产生负压，加速雨水的排放速度。

2、工作状态

虹吸式雨水排放系统管内压力和水的流动状态是不断变化的过程。降雨初期，雨量一般较小，悬吊管雨水流态是有自由液面的波浪流。根据雨量大小的不同，部分情况下初期无法形成虹吸作用，是以重力流为主的流态。随着降雨量的增加，管内逐渐呈现脉动流，拔拉流，进而出现满管气泡流和满管汽水混合流，直至出现水的单相流状态。降雨末期，雨水量减少，雨水斗淹没泄流的斗前水位降低到某一特定值（根据不同的雨水斗产品设计而不同），雨水斗逐渐开始有空气掺入，排水管内的虹吸作用被破坏，排水系统又从虹吸流状态转变为重力流状态。在整个降雨过程中，随着降雨量的增加或减小，悬吊管内的压力和水流状态会出现反复变化的情况。与悬吊管相似，立管内的水流状态也会从附壁流逐渐向气泡流，气水混合流过渡，最终在虹吸作用形成的时候，出现接近单相流的状态。

3、系统组成

（1）雨水斗。一般来说，雨水斗的设计是整个虹吸系统的能否按设计要求工作的关键所在之一，它的稳流性越好，产生虹吸所需的屋面汇水高度越低，总体性能就越优越。标准型的雨水斗，是由雨水斗底盘、夹圈、空气隔板、格栅外罩盖组成。另外根据需要可提供通用型的绝缘底座，固定件，法兰片，焊接片，防火保护帽，微型加热电圈等配件。雨水斗材质为HDPE、铸铁或不锈钢。其各部分有不同的结构功能。雨水斗置屋面层中，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。（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，而管道的变径可以加速雨水的排放和流量，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，正常工作运行时管道内呈负压状态，因此管道的管壁必须具备相当的承压能力，管道接口必须完全的密封防止空气进入管道内出现气团，破坏虹吸作用。同时管道要具有较高的防火性能，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。目前虹吸式雨水管道系统一般采用镀锌无缝钢管沟槽管件连接、不锈钢管或HDPE管粘接。

4、系统安装

（1）雨水斗安装雨水斗的安装位置应满足以下要求：

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。天沟雨水斗安装：在屋面防水层施工前安装不锈钢底盘放在预留孔的正上方，确保底盘与面板顶面标高保持一致，同时用混凝土封堵尾管与预留洞之间的空隙。在混凝土封堵完成后，土建方开始进行防水施工，但要保证防水层不超过规定界限。防水施工完成后，安装夹圈，防水保护层及找平层做到夹圈的边缘。在屋面工程结束，管路系统安装完毕后安装空气挡板或隔栅防护罩。

(2)管道安装镀锌无缝钢管采用卡箍连接，按照设计坐标、标高位置，现场实测尺寸进行划线切割、下料，预制管道。管道断口需用钢锉挫掉毛刺进行防腐处理，用专用滚槽机压出槽口，将两段管段对齐用专用卡箍卡紧。按管线坐标位置放线安装固定支吊架将管段水平吊装。严格按图纸施工，特别是变径位置必须在设计位置的±0.20m以内。

5、检验与试验

在系统管路安装完成后，排水管道按规范要求做灌水试验。系统灌水试验合格后，还需要做排水性能试验。虹吸式排水系统可以采用以下三种实验方法：

（1）、单位时间内水容积增减的方法（适用于混凝土屋面）。先将排水系统的立管出口密封并将对应的排水区域分开设立储水区，然后向储水区内持续加水（要求水深小于0.5米，供水量应满足按设计排水量排放一分钟）。打开排水出口5秒钟后，记录30秒内屋面水面的变化量并计算：排水能力（升／秒）：水容积变化量／30秒。

（2）、管道流量计测量的方法。在排水系统排出干管部分安装流量计，并密封出口，将对应的排水区域分开设立储水区，然后向储水区内持续加水（要求水深小于0.5米，供水量应满足按设计排水量排放一分钟）。打开排水出口5秒钟后，记录30秒内流量计显示的数值并计算平均值为其排水能力。

（3）、采用降雨时实际观测来计算雨水的排水能力的方法。降雨量依据当地气象部门监测数据。

二、虹吸式雨水排放系统的应用

如今，虹吸已经运用到现代的工程中，很多屋面排水系统都是使用虹吸式排水，虹吸技术运用在现代建筑是1968年，由OlaviEbeling与Persommerhein共同发明，在过去的四十多年里，他们所研究的虹吸排水系统一直领先与世界水平，虹吸式排水系统打破了常规的重力排水系统，虹吸式排水系统是利用屋顶专用雨水漏斗实现气水分离。开始时由于重力作用，使雨水管道内产生真空，当管中的水呈压力流状态时，形成虹吸现象，不断进行排水，最终雨水管内达到满流状态。在降雨过程中，由于连续不断的虹吸作用，整个系统得以快速排放屋顶上的雨水。虹吸式排水系统管道均按满流有压状态设计，雨水悬吊管可做到无坡度敷设，当产生虹吸作用时，水流流速很高，有较好的自清作用。如今，虹吸式排水系统已经被广泛的运用，1993年，该虹吸排水系统首次运用到新加坡一建筑工程里，自此，Persommerhein为亚洲的屋面雨水排放系统带来新的革命。

三、虹吸式排水系统在建筑工程中使用的优势

在建筑工程中使用该虹吸式排水系统的优势在于：1.雨水斗在屋面上布点灵活，更能适应现代建筑的艺术造型，很容易满足不规则屋面的雨水排放。2.单斗大排量，屋面开孔少，减少屋面漏水几率，减轻屋面防水压力。3.落水管的数量少和直径小，满足了现代建筑的美观要求以及大型标志性建筑，各种大跨度屋面及高层建筑群楼的雨水排放。4.系统安全性高，管道走向可以根据需要设置，在不影响建筑功能及使用空间的同时满足现代大型购物广场，超市，厂房，仓库及各种网架结构金属屋面的雨水排放。5.在设计流量下，系统中满管流无空气旋涡，排水高效且噪音小，更能完美配合现代影院，剧场，会展中心，图书馆，学校医院的声学要求。6.管路设计同时满足正负压要求，能保证通过高层，超高层建筑全程管路满水实验检验验收，且能避免负压失控确保系统正常运行。7.由于管路直径小，总长度少和系统安装简便所带来的管道成本和安装费用减少，管道安装无特殊要求，使虹吸雨水排水系统得到众多的业主和施工单位青睐。