虹吸式屋面雨水系统设计研究

梅璟 刘敏

摘  要：文章对虹吸式屋面雨水排水系统的优化设计方法进行阐述，并以某建筑为例进行分析，充分地了解到了支流汇入悬吊管对屋面雨水系统所产生的水力影响，采用何种计算方法来模拟系统中的水力状况，将精确计算方法及常規计算方法进行对比，精确计算方法得出的结果更加合理，为虹吸式屋面雨水系统设计提供了新的思路。

关键词：虹吸式屋面雨水系统;流量取值;雨水斗;管径;水力校核

中图分类号：TU823        文献标志码：A 文章编号：2095-2945（2019）28-0086-02

Abstract： This paper expounds the optimal design method of the siphon roof rain water drainage system， and takes a building as an example to fully understand the hydraulic influence of the tributary into the suspension pipe on the roof rain water system. What kind of calculation method is used to simulate the hydraulic condition in the system， and the accurate calculation method is compared with the conventional calculation method， and the results obtained by the accurate calculation method are more reasonable， which provides a new idea for the design of siphon roof rain water system.

Keywords： siphon roof rain water system; flow value; rain water bucket; pipe diameter; hydraulic check

前言

虹吸式屋面雨水系统在实际的应用过程中，主要是运用虹吸式雨水斗，气水分离需在斗前水位达到一定深度后实现。系统借助雨水的势能，在排水管道中形成负压，当雨水管道处于压满流状态时，受负压抽吸作用影响，屋面的雨水会保持高流速状态，将屋面上的雨水快速的排除掉。虹吸式屋面雨水系统具有排水能力强，排水速度快，安装方便，建筑成本更低等优势，在大型屋面施工中被广泛的应用，有效的解决了屋面存水问题。

1 虹吸式屋面雨水排水系统设计

1.1 雨水设计流量取值方法

雨水设计流量的取值会直接影响雨水管管径及雨水斗的数量，为雨水系统的优化设计奠定了坚实的基础，是系统合理设计的前提。雨水系统不仅要求屋面雨水能够快速、及时地排出去，在满足排放要求的前提下，尽可能节约工程成本，降低运行成本[1]。雨水设计流量是指在单位时间内，对暴雨强度作用下屋面汇水面积上的降雨量进行优化设计。为了提升暴雨强度设计效果，应严格按照相邻地区及当地的暴雨强度公式来进行设计，设计重现期主要是指对雨量相关资料进行有效的统计和分析，对暴雨强度出现的时间间隔进行计算，其取值是影响雨水设计流量大小的主要因素，若重现期较长，则说明设计流量越大，设计工作的安全性便越高。但是也会极大的增加投入量，促使工程造价大大提升。因此，重现期在设计过程中，应以气候特征为设计依据，明确屋面构造及建筑物的重要程度等因素，通常一般建筑物的雨水设计流量取值为2-5年，重要的公共建筑的取值为10年以上[2]。

1.2 雨水斗设计

雨水斗被广泛应用于屋面雨水排水状态的控制中，能够有效防止空气通过雨水斗而进入到排水系统中去，为虹吸式雨水排水系统的建立提供了前提。因此，在雨水斗的选择上，针对反涡流功能盖罩的压力流，有必要选择经过优化设计的专用雨水漏斗。布置位置应根据管道的敷设情况、建筑结构及屋面的汇水情况来决定。虹吸式排水系统作为一种多斗压力流雨水排水系统，悬挂管上的多斗受负压作用，相互之间的影响很小[3]。为了能够展现出雨水斗的稳定性，需要在同一水平面上布置同一系统的雨水斗。雨水斗数量的确定，根据具体选型来确定不同类型雨水斗的雨水流量及最大泄流量。为了提升悬吊管设计效果及设计质量，应严格按照满管压力流状态进行优化设计，在降雨的初期，由于雨水量过少，主要是以重力流为主，水力坡度能够实现排水，主要是依靠雨水斗出口处至悬吊管中心线中的高差来形成水力坡度。为了提升排水的通畅性，防止屋面上存蓄大量的水，而出现积水溢流情况，需要将雨水斗出口与悬吊管中心线之间的高差控制在>1m。屋面排水系统出现瘫痪，受排水立管出现故障所致，应保证在屋面汇水范围内的雨水排水立管数量多于2根[4]。

1.3 管径确定方法

影响压力流雨水管道系统正常使用的主要因素是系统中的压力及流速，为了降低管道的运行成本，提升管道的自清能力，需要将悬吊管的流速控制在≮1m/s。悬吊管管径的计算应根据悬吊管的最小设计流速、设计流量及≯RXO中的规定要求进行计算。RXO=，其中，Pmax主要是指系统最大允许负压值，一般≯80kPa。LXO主要是指悬吊管的等效长度[5]。

压力流的形成与立管流速有直接关系，需要将流速控制在≮2.2m/s，确保能够具备一定的冲刷力。一般，在立管上会产生系统的最大流速，为了降低噪声，需要将管内的流速控制在≯10m/s。对于排出管，需要将管径放大，防止水流对检查井造成较大的冲击，需要将流速控制在≯1.8m/s。立管、出户管管径的确定，应通过查水力计算表，对出户管及立管的流量流速、不大于RO的规定进行控制。R0=。其中，9.81H0主要是指可利用的最大压力值。LO主要是指最不利计算管路的等效长度[6]。

1.4 水力校核方法

为了保证系统的正常运行，应做好满管压力流的设计及水利校核工作。在对各管段的局部损失及沿程损失进行计算时，主要是根据各管段的管长及管径来进行计算，确保系统的最大负压值能够符合相关的设计要求，防止气蚀破坏管道。在同一节点的不同支路中，在对水头的损失差进行计算时，需要将损失度控制在一定范围内，以确保各支路排水的顺畅性，彼此之间无法互相干扰。当计算结果未能满足相关规定要求时，应做好系统中管径的调整工作，并对系统进行优化布置，并重复以上的步骤，直到满足校核要求为止[7]。

2 实例分析

某建筑，长为110m，宽为70m，面积为F=7700m2，悬吊管的标高为12.8m。若雨水斗的屋面标高是13.5m时，排出管的标高则为-1.32m。屋脊与宽平行，设计重现期为P=5a，5min暴雨强度为428L/（s·hm2），管材为内壁涂塑离心排水铸铁管，应对压力流屋面雨水排水系统进行合理的设计。

2.1 计算过程

虹吸式雨水系统计算方法为：（1）屋面设计雨水量为Q=ΨFq5/10000=231.66L/s。（2）对雨水斗的口径进行合理的选择，明确雨水斗的口径数量及布置方式，将压力流雨水斗的口径设置为75mm，但将排水量设置为Q=12L/s，共取20个，分布在2侧，每侧10个，每个系统中各5个，将雨水斗的间距控制在6m，将设计重现期的时间控制在大于5年以上。（3）系统中可利用的最大压力值为E=10H=10×（13.2+1.3）=145kPa。（4）管路等效长度L0=1.4L=1.4×52.3=73.22。（5）管路等效长度阻力损失R0=E/L0=145/73.22=1.98kPa/m。（6）悬吊管单位管长压力损失，在立管与悬吊管的连接处会发生最大负压，为了提升安全性，负压值取-70kPa。悬吊管的等效长度为LX0=1.5LX=1.5×28.0=42m。悬吊管的管长压力损失RX=70/39.5=1.772kPa/m。（7）管径及水力的计算，从最小流速出发，在虹吸式雨水管道水力计算表中来确定管径值。

2.2 计算结果分析

在计算期间，常规计算法，一般在节点8处会出现最大负压，负压值为-40.05kPa，在节点10处会出现最大正压，正压值为43.55kPa，支管汇入点为节点4、节点5、节点6和节点7，压力差分别为-2.06、0.51、-3.53、-11.82kPa，排出管口处的余压为43.58kPa。精确计算法，一般在节点8处会出现最大负压42.32kPa，在节点9处会出现最大正压，正压值为53.86kPa，支管汇入点为节点4、节点5、节点6和节点7，压力差分别为-1.78、1.51、-2.99、-9.81kPa，排出管口余压为48.82kPa。

以上两种计算结果显示，两种计算方法下，管内压力的变化趋势无明显的差异，节点8处均发生了最大负压值，与事实相符合。在节点1-3处压强具有一致性，是由于此处的节点无支流汇入。两种计算方法下，最大正压值中存在显著的差异，节点9处为埋地干管与雨水立管的连接处，此处会产生最大正压值，与实际的情况相符合。通过对此处的值进行精确的计算，可知最大的正压值，相对于常规计算法数值更高，说明使用常规计算方法所计算出来的最大正压值要明显低于实际情况[8]。在对虹吸式雨水系统中的水力进行计算时，若是采用传统的计算方法将会产生一定的局限性，在计算期间应使用一根计算管路进行连接，主要用于连接最远端的雨水斗至埋地干管的管路位置处，来了解各节点处的压强。但是该种方法在多斗雨水排水系统中的水利计算中，由于未能充分的考虑到雨水斗的支管汇入悬吊管的节点压强及能量变化情况的影响。因此，在虹吸式雨水排水系统水力计算中应优先使用精确计算方法。

3 结论

在对虹吸式雨水排水系统的水利状况进行计算时，应采用一种更为精确的计算方法，以恒定总量的能量功能为依据，并充分的考虑到支流在汇入到悬吊管中，对水力所产生的影响，以提升计算结果的准确性。因此可知，在虹吸式雨水排水系统水力计算中，应使用精确计算方法，合理选择方案，以确保系统能够实现正常运行。

参考文献：

[1]杜金娣，吴永强，涂正纯，等.武汉天河机场T3航站楼屋面虹吸雨水系统设计及思考[J].给水排水，2018，54（12）：65-72.

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[3]杨静琨.江门体育馆屋面虹吸雨水系统设计[J].中国给水排水，2018，34（10）：37-42.

[4]刘克占.虹吸式雨水系统在大连恒隆广场的工程应用[J].给水排水，2017，53（12）：79-82.

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[7]陈超.多专业配合，做好超大屋面虹吸式雨水系统——以厦门海沧生态花园工程虹吸雨水系统设计为例[J].福建建材，2014（10）：26-28.

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