虹吸屋面雨水排水系统的技术要求分析

摘　要：虹吸式排水系统是近十几年在国际上迅速发展起来的，采用虹吸式排水系统是大屋面排水的有效的途径。本文从排水系统、虹吸压力流雨水排水系统技术要点及设计中应主要的问题进行分析。

关键词：虹吸排水系统; 屋面雨水; 技术要点; 问题
1.虹吸系统的原理
　　虹吸是利用重力作用，在管道内产生局部真空，而产生虹吸现象。它通过利用能隔离空气的雨水斗实现水、气分离，开始时由于重力作用雨水不断流向管内，使管道内逐渐产生真空。当管中的水流呈现压力流状态时，形成虹吸效应（密闭的管道系统内形成满流状，雨水因重力作用在立管处跌落产生虹吸)。不断进行排水。虹吸（屋面雨水)排水系统，是经过精密的水力计算，设计的能充分利用水的动能，在密闭的管道系统中产生连续不断的虹吸作用，实现快速、高效的排除屋面雨水。它是解决大屋面雨水排放的先进排水技术。
　　2.排水系统
　　2.1生活排水系统
　　建筑排水系统采用雨、污分流制。故室外排水采用雨、污分流制。
　　2.1.1地下室污水无法自流排出室外，采用潜污泵抽升排出。
　　2.1.2消防电梯机坑设容积不小于2m3 的集水井，排水泵的流量取大于10L/s.
　　2.1.3厨房及餐厅污水单独排至裙楼半地下层的污水处理间。
　　2.1.4主楼卫生间采用粪、污立管及专用通气管的三管制排水方式。并在每个客房卫生间设器具通气支管以改善排水条件，降低噪声。粪便污水经化粪池预处理后与生活污水一起排入市政污水管网。
　　2.1.5餐厅厨房含油污水必须进行预处理后，方能排入市政下水道。
　　2.2雨水系统
　　屋面雨水系统采用有组织内排水系统。裙楼屋顶采用压力流（虹吸)排水，重现期P 取5年，超出5年重现期至重现期50 年的雨水采用开溢流口的方式排放。主楼屋顶采用重力流排水，重现期取50年。室内雨水管材，重力流采用柔性抗震排水铸管，节套式柔性接口；压力流采用HDPE排水管材，热熔连接；室外雨水排水管材采用高密度聚乙烯双壁波纹管（PVC-u)排水管材。
　　3.虹吸压力流雨水排水系统技术要点
　　3.1合理布置、精确计算
　　将系统看成一个整体，以高差即位能作为动力是压力流计算区别于重力流计算的主要不同点。而合理布置、精确计算则是虹吸压力流区别于其他压力流的主要不同点。合理布置、精确计算包括以下内容：
　　(1)在屋面的每一个最低点至少设置一个雨水斗。
　　(2)将雨水斗的排水用悬吊管接至雨水立管，并以密闭系统方式排至室外。
　　(3)合理布置雨水立管，有条件时尽量将雨水立管设于悬吊管中间部位。当必须设于尽端时，靠近雨水立管的雨水斗连接管管道长度宜适当引长，以平衡阻力。
　　(4)大面积屋面（指5000㎡以上)至少设两套独立的虹吸式雨水排水系统。
　　(5)控制悬吊管长度为落差的10倍至20倍。
　　(6)将管道（包括悬吊管和雨水立管)分若干计算单元段。雨水斗所在位置、水流汇合点（三通位置)、水流改向处（弯头位置)和管道变径、变速处（异径管位置)均作为计算单元段的起止点（计算节点)。在计算单元段内水流的流量和流速值不变。
　　(7)按所选用的管材和所确定的管件，精确计算管道沿程水头损失和管件的当量长度值，重点应放在管件的局部水头损失值上。以悬吊管转向雨水立管的弯头为例，不同曲率半径、不同节段组成的弯头在相同公称直径条件下，其形成虹吸压力流的最小流量值有很大差异。
　　(8)确定管径，平衡每个节点的压力和流量值，并使误差在允许公差以内。这个阶段有反复试算的过程，应采用软件程序计算。
　　3.2设置溢流口
　　设计重现期是根据建筑物的重要性，汇水地区性质、地形特点、气象特点和因积水而造成后果的严重性而确定的一项重要设计参数，它的确定也决定于国家的整体经济水平。由于雨水的不可控制性，超重现期的雨水客观存在，因此内排水系统必须设置应急超量排水口，即溢流口。
　　溢流口设置具体要求对于虹吸式雨水排水系统为：
　　(1)按百年一遇降雨量，保证5min超量排水。
　　(2)雨水斗前和天沟内雨水超量时能顺利通过溢流口排出。
　　(3)溢流口排水不致造成危害。
　　(4)溢流口下缘高出雨水斗上缘不小于50mm.
　　(5)无法设置外露的溢流口时，应另设置超重现期雨水量的排水系统。
　　(6)按水深计算溢流排水时的屋顶承载能力。
　　3.3配置相应的雨水斗
　　不同系统应配置不同型式的雨水斗，虹吸压力流雨水排水系统应配置虹吸式雨水斗，如经过测试符合D1N19559标准的雨水斗。雨水斗应有最大流量值，还应有阻力系数值等主要设计参数。
　　3.4主要控制数据
　　除了前面涉及的控制数据外，虹吸压力流雨水排水系统还有下列数据有待控制：
　　(1)雨水斗的连接部位，管道与管件的连接部位必须严密，有良好的密封性，包括气密性和水密性。
　　(2)雨水斗间距不得大于20m.
　　(3)悬吊管长度大于10m时，应增设计算单元段。
　　(4)雨水斗排水量不得大于该雨水斗经实测后确定的额定排水量。
　　3.5存在问题：屋面雨水排水系统目前存在主要问题是：
　　(1)城市暴雨强度公式编制方法不一，有用数理统计法的、有用解折法的、还有湿度饱和差法、图解法和CRA法等，有的方法并不完全符合设计规范要求，有待统一。
　　(2)资料年代久远和资料年数过短。大部份暴雨强度公式是根据1983年前实测资料推导而得出的，还有不少沿用1973年版《给水排水设计手册》公式，乃至1964版《给水排水设计手册》，那就更为滞后、更为陈旧了。有的公式资料年代过短，只依据8年、6年乃至5年的资料统计而成，缺乏1975年暴雨和近年来的厄尔尼诺现象的反常雨量资料。公式严重滞后的现象有待有关方面重视，这种情况急待改变。在工程设计有条件时应收集当地降雨量资料重订公式，使雨水排水工程有一个坚实的基础和前提。
　　4.设计中应注意的问题
　　4.1设计标准与规模。雨水排水系统因其整个系统较周围环境要低，需要重点考虑排水安全性，故其设计参数较一般排水系统要相应提高，在《室外排水设计规范》（GB50014—2006)中对立体交叉道路的雨水管道设计参数有明确的规定，即重要干道、地区或短期积水即能引起严重 后果的地区，重现期一般选用3-5年；立体交叉道路排水的地面径流量计算，宜符合下列规定：
　　4.1.1设计重现期不小于3年，重要区域标准可适当提高，同一立体交叉工程的不同部 位可采用不同重现期。
　　4.1.2地面集水时间宜为5-10min.与城市雨水排水系统不同的是，下立交引道坡度较大，集水较快，并考虑立交的重要程度，应适当提高下立交排水的设计重现期，一般宜取其上限。
　　4.2雨水泵站集水池容积及流态。对潜水泵站而言，集水池即泵室，由于潜水泵间距较小，集水池大小决定着泵站大小和工程造价，合理确定集水池大小显得尤为重要。随着水泵技术、自控技术进步，集水池容积可减小。集水池雨水流态会对泵的运行产生影响，由于与雨水收集系统集水井直接相连，暴雨时流速较快的雨水径流集水井直接进入集水池会形成回流、湍流，从而恶化水泵进水条件，导致水泵效率下降，应采取导流等措施改进雨水流态以助于泵站的正常运行，可采取的措施有：设置导流板或导流墩、压水板或挡水板等。
　　4.3水泵的选型与控制。水泵作为下立交泵站核心直接对泵站的运行效率产生影响。对于立交泵站水泵运行一般要求易安装、易维护，运行安全可靠、结构简单故障率低。因此潜水泵作为一种泵与电机连体，并同时潜入液下工作的泵型。
　　5.结语
　　随着建筑技术的不断发展,大空间、大容量、大面积的公共建筑，工业厂房、库房需求量越来越大。对屋面雨水排放技术的要求将越严格，同时也推动新的排水技术的发展。而虹吸排水系统的应用必将是现代建筑大面积屋面排水问题的非常有效的解决方式。虹吸（屋面雨水)排水技术具有很高的推广价值和广泛的发展前景。