高层建筑排水管道系统的排水特性研究

娄强华+徐林华+许铁强

【摘 要】排水管道系统为高层建筑的主要系统，是业主用以排出生活污水的主要途径。本文首先介绍了当前高层建筑常见的几类排水系统，基于此，从实验的角度出发，分析了不同系统的不同排水特性，并分析了管件对系统排水性能的影响。目的在于提高高层建筑排水管道系统的排水性能，改善业主的居住体验。

【关键词】高层建筑；排水系统；通水能力；排水检测

前言

城市化进展速度的加快，使得城市中高层建筑的数量逐渐增多。快速有效的将污水排放至室外，成为了建筑设计的重点。高层建筑内部排水系统由卫生器具、清通设备及排水管道等部分构成。管道主要包括干管、排水管、立管及支管等部分。实践研究发现，根据排水管道系统类型的不同，系统的排水特性同样有所差异。对高层建筑排水管道系统的排水特性加以研究，是明确不同系统特性的主要途径，是有关领域改善建筑排水系统功能的主要参考指标。

1 .高层建筑排水系统类型

当前高层建筑常见的排水系统，主要包括单立管排水系统、双立管排水系统、三立管排水系统、压力流排水系统及真空排水系统等。不同系统的特点如下：（1）单立管：该系统仅由一根立管构成，通气方式以内通气为主。管道可连接屋内与屋外两部分空间，使污水得以排水。该系统构造简单、建设方便、成本低廉，但排水能力相对较弱[1]。（2）双立管：由通气立管与排水立管两部分构成，两者相互连通。与单立管相比，将通气立管加设到排水系统当中，能够有效降低空气负压，增强系统的排水性能[2]。（3）三立管：由通气管、污水管与生活废水管3部分构成，可实现对污废水的分流排放，环境保护效果较强。（4）压力流：要求依靠增压及储水设备，增强水流的压力。利用压力将污水排水至室外。该排水系统构造简单、实用性强，应用价值较高。（5）真空：由污水真空站及真空收集阀井等部分构成，随着污水储存量的增加，系统内部气压随之提高，在负压作用下，污水即可排出至室外[3]。目前高层建筑所使用的排水系统，以单立管与双立管为主。本研究主要针对上述两种立管而进行。

2 .高层建筑排水管道系统的排水特性实验

某高层建筑共20层，包括地上19层，地下1层。地上为居民住宅，地下为停车场。

2.1 仪器与设备

实验所需设备主要包括排水设备、压力检测设备等。具体如下：（1）实验所需准备的排水设备如下：准备调节阀，压力PN10；准备执行机构，测量范围0.3～12m/s。（2）实验所需准备的压力检测设备如下：准备压力传感器，测量范围±10000Pa，精度±0.08%。传感器采集到信号后，经中央控制器将信息传输至控制室，以供监测人员查看。（3）实验所需控制系统如下：本实验采用自行设计的排水测试系统，对各系统的排水特性进行了测试。测试系统数据采集时常140s，采集周期20ms。

2.2 方法

于建筑19层安装调节阀及电磁流量计，18层安装压力传感器。检测数据参考19层的压力测试及排水特性有关数据而确定。（2）压力变化值±400Pa，可在该范围内调整。当压力变化值达到最大指标时，测定所得的流量值，即为19层的通水情况。（3）将19层立管拆除，将压力传感器安装至1～17层的每个楼层。布置完成后，使18层排水，观察18层的通水情况。（4）采用上述方法逐层测定系统的通水能力。

2.3 结果

通过对不同类型排水系统通水能力的观察，得到结果见表1：

通过对表1的观察可以发现：（1）各排水系统的通水能力，与高层建筑楼层的高度有关。两者呈负相关。随楼层高度的增加，排水系统通水能力逐渐减弱。（2）不同排水系统的通水能力不同。与单立管相比，双立管的通水能力更强。

2.4 小结

当排水系统较高时，双立管的通水能力由正压与负压共同决定。随着楼层的减低，负压对双立管通水能力的影响逐渐加大。单立管的通水能力，由负压单独决定，正压对其通水能力的影响相对较小。可见，不同类型的排水系统，通水原理及能力不同。高層建筑可视建筑面积及业主需求等，分别设计不同类型的立管，以满足业主排出生活污水的需要。

3.管件对高层建筑排水管道系统排水特性的影响

排水系统管件主要包括弯头及排水坡度等，不同管件对高层建筑排水管道系统排水特性的影响不同：

3.1 弯头对高层建筑排水管道系统排水特性的影响

3.1.1 实验设计。

（1）排水系统的选择：本实验所选排水系统类型为单立管系统。（2）参数设计：立管底部角度45°、弯头角度90°。（3）弯头按照单立管弯头的设置方式正常设置。

3.1.2 实验结果。

通过对单立管排水系统管件对系统排水特性影响实验结果的观察发现：（1）当流量为2.5时，90°弯头正压变化最大值为421，45°弯头正压变化最大值为340。（2）当流量为1.5时，90°弯头正压变化最大值为250，45°弯头正压变化最大值为183。（3）当流量为1时，90°弯头正压变化最大值为175，45°弯头正压变化最大值为170。（4）当流量为0.5时，90°弯头正压变化最大值为52，45°弯头正压变化最大值为51。

3.1.3 结果分析。

（1）弯头90°的情况下，当流量>1L/s时，最大正压变化较45°弯头相比更大。（2）弯头90°的情况下，当流量<0.5L/s时，采用两种不停连接配件所得到的正压变化情况差异无统计学意义。分析可见，弯头对高层建筑排水系统排水特性的影响较大，随着排水量的增加，弯头的影响逐渐加大。

3.2 坡度对高层建筑排水管道系统排水特性的影响

3.2.1 实验设计。

排水系统的选择：本实验所选排水系统类型为单立管系统。（2）弯头角度为45°。（3）将坡度作为实验的变量，分别将坡度控制在0.03°与0°两个标准，观察不同坡度下排水系统的通水能力。

3.2.2 实验结果。

当坡度为0时，1次实验压力值200Pa、2次实验压力值182Pa、3次压力值191Pa、4次压力值154Pa、5次压力值189Pa。（2）当坡度为0.03时，1次实验压力值200Pa、2次实验压力值201Pa、3次压力值102Pa、4次压力值196Pa、5次压力值221Pa。

3.2.3 结果分析。

通过对实验结果的观察发现：（1）排水管道规格是影响系统排水性能的主要因素，随横支管长度的延长，存水弯水封损失受立管气压的影响越小，但堵塞率较高。（2）随管径的增大，系统通水能力逐渐增加，但建设成本同样容易增加。可见，采用扩大管径的方法增强系统的通水能力可行性不高。

4.结论

综上所述，影响高层建筑管道系统排水特性的因素，主要包括系统类型与管件布置情况两种。与单立管相比，双立管的通水能力更强。管件中，弯头的角度对通水压力的影响较大。现代高层建筑设计过程中，应首选双立管作为主要排水形式，同时，严格控制弯头角度，以提高排水系统的排水性能。

参考文献：

[1]侯月超. 高层建筑给排水技术的设计与施工管理探讨[J]. 中小企业管理与科技（中旬刊），2014，（08）：156-157.

[2]张哲，张磊，席鹏鸽. 特殊气象条件下的建筑内排水系统研究（一）——风对超高层建筑排水系统内压力的影响[J]. 给水排水，2013，49（10）：94-97.

[3]白芳芳. 高、超高层建筑室内给水排水安全问题及防范措施[J]. 科技视界，2016，（12）：213+207.endprint