淺談大型屋面虹吸式雨水排放系統(tǒng)

摘要：本文通過(guò)工程實(shí)例，闡述了當(dāng)前虹吸式屋面雨水排放系統(tǒng)的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：虹吸雨水排放系統(tǒng)；虹吸雨水斗；HDPE

虹吸原理應(yīng)用在屋面雨水排放技術(shù)中的歷史，可以追溯到二十世紀(jì)六十年代。1968年在歐洲，虹吸式屋面雨水系統(tǒng)的概念初次被提出，就在建筑界引起了轟動(dòng)，這種新穎的技術(shù)非常便捷的解決了大型屋面的雨水排放問(wèn)題。當(dāng)時(shí)采用的是一種滿管壓力流系統(tǒng)，在管道式屋面雨水排放系統(tǒng)方面取得了重大突破。隨后在瑞典建成了首個(gè)商業(yè)化的虹吸式屋面雨水排水系統(tǒng)。因?yàn)樵O(shè)計(jì)系統(tǒng)時(shí)的計(jì)算精確度較高、能充分利用雨水本身的重力勢(shì)能，整個(gè)系統(tǒng)具有節(jié)省材料、節(jié)省空間、水平管道可以長(zhǎng)距離安裝且無(wú)需坡度等優(yōu)點(diǎn)，特別適用于具有大型屋面的公共建筑、工業(yè)用房等等。

自二十世紀(jì)八、九十年代開始，虹吸式屋面雨水排水系統(tǒng)在國(guó)內(nèi)越來(lái)越多的被采用，如北京南火車站、浦東國(guó)際機(jī)場(chǎng)、蘇州國(guó)際博覽中心等一批大型項(xiàng)目相繼建成，最近幾年時(shí)間里，隨著該項(xiàng)技術(shù)日益為業(yè)界所接受，虹吸式屋面雨水排放系統(tǒng)的應(yīng)用也被迅速推廣。我們從一個(gè)具有代表性的工程，來(lái)了解當(dāng)前虹吸式屋面雨水排放系統(tǒng)的應(yīng)用現(xiàn)狀。

工程概況：溫州醫(yī)學(xué)院附屬第一醫(yī)院遷擴(kuò)建工程，位于溫州市甌海區(qū)南白象街道，用地面積500畝。醫(yī)院總建筑面積350000m2，其中地上建筑面積257000m2。屋面匯水面積及病房樓高出部分側(cè)墻面積的投影總和約為18500平方米，屋面為混凝土屋面。若采用傳統(tǒng)工藝，即重力流來(lái)排放屋面雨水，則需要在屋面設(shè)置較大坡度，匯水面積也分割的較小，需要安裝較多立管，影響建筑物的使用及立面造型，導(dǎo)致屋面天溝、普通雨水斗、連接管、水平懸吊管、排水立管、出戶埋地管等重力排水系統(tǒng)的組成部分都會(huì)對(duì)建筑的使用、觀感產(chǎn)生不利影響。落在屋面投影區(qū)域內(nèi)的雨水，經(jīng)過(guò)地表徑流，匯集到屋面天溝，流入雨水斗，經(jīng)過(guò)連接管、懸吊管、進(jìn)入排水立管，再經(jīng)出戶管，最后匯集到雨水檢查井，或經(jīng)室外埋地管排至市政雨水管道。屋面上的雨水，從與外界環(huán)境連通的雨水斗中進(jìn)入排水管道時(shí)，會(huì)與空氣一同形成氣液混合物進(jìn)入排水管道，所以雨水管道中輸送的介質(zhì)包含氣、水兩種。在持續(xù)降雨過(guò)程中，隨著時(shí)間的不斷增長(zhǎng)，匯水面積逐漸增大，地表徑流流量不斷加大，天溝雨水加深，使進(jìn)入雨水管道的空氣量發(fā)生變化，引起管道內(nèi)壓力變化。天溝內(nèi)的雨水深度和雨水斗的過(guò)水直徑，對(duì)雨水斗的排水量起到?jīng)Q定作用，天溝內(nèi)過(guò)大的雨水深度，會(huì)大大增加天溝的負(fù)荷，導(dǎo)致天溝的水深成為重力排水系統(tǒng)的瓶頸。水平懸吊管的作用是把匯集到多個(gè)雨水斗中的落水遠(yuǎn)距離的輸送到雨水立管內(nèi)，雨水流動(dòng)的動(dòng)能均來(lái)自于水面的高差、管道的坡度，當(dāng)水平懸吊管長(zhǎng)度過(guò)大時(shí)，會(huì)導(dǎo)致管內(nèi)雨水流速過(guò)緩，不利于雨水的順利排出。重力式雨水排水系統(tǒng)中，排水量偏大時(shí)，天溝內(nèi)的雨水深度不容易控制，而管道內(nèi)的雨水流速無(wú)法加快，這就造成在此種情況下，重力排水系統(tǒng)排水能力不能滿足需要。要解決這個(gè)問(wèn)題，就有必須在雨水斗的進(jìn)水位置和水平管道內(nèi)提供必要的動(dòng)力。而虹吸式雨水排放系統(tǒng)很好的彌補(bǔ)了傳統(tǒng)排水系統(tǒng)的這個(gè)不足，利用“虹吸”原理，在屋頂?shù)臄?shù)條天溝內(nèi)設(shè)置了虹吸雨水斗，在虹吸雨水斗咽部產(chǎn)生的負(fù)壓，能夠使雨水在虹吸雨水斗的蓋板下流速加快，經(jīng)水平懸吊管，并在其兩端產(chǎn)生壓力差，從而能夠使雨水在水平懸吊管內(nèi)能快速的流動(dòng)，再由相應(yīng)的數(shù)根立管排入室外，立管內(nèi)的動(dòng)力來(lái)自立管水頭高度，扣除管道阻力和過(guò)渡段阻力，立管剩余水頭形成頂部負(fù)壓，過(guò)渡段水流靠部分立管水頭推動(dòng)，充分利用了屋面雨水的總水頭高度，形成管道內(nèi)的壓力。這樣做既保證了屋面雨水及時(shí)順暢的排出，又不影響建筑物的使用和外立面的美觀，同時(shí)不必在屋頂設(shè)置較大坡度。

設(shè)計(jì)依據(jù)參數(shù)為：降雨強(qiáng)度采用浙江溫州地區(qū)20年重現(xiàn)期，降雨強(qiáng)度（q=741.79L/s*ha）（降雨歷時(shí)按5分鐘考慮）；溢流口或溢流系統(tǒng)設(shè)計(jì)為滿足浙江溫州地區(qū)50年暴雨重現(xiàn)期，降雨強(qiáng)度采用（q=842.18L/s*ha）（降雨歷時(shí)按5分鐘考慮）。根據(jù)屋面情況，將屋面虹吸雨水系統(tǒng)分為23套系統(tǒng)，共采用虹吸雨水斗114個(gè)，其中虹吸式雨水系統(tǒng)共有21套系統(tǒng)，采用虹吸雨水斗110個(gè)，溢流系統(tǒng)2套，采用虹吸雨水斗4個(gè)，所有系統(tǒng)的懸吊管流速不小于1米/秒，確保懸吊管內(nèi)無(wú)淤積，立管最大流速不大于10米/秒，系統(tǒng)出戶口流速不大于1.8米/秒，懸吊管水頭損失不大于0.08mPa。為確保系統(tǒng)安全、可靠的運(yùn)行，整個(gè)系統(tǒng)中增設(shè)獨(dú)立的溢流系統(tǒng)，同時(shí)，虹吸系統(tǒng)出戶管管徑滿足預(yù)留套管管徑大小，保證安裝能正常完成。

系統(tǒng)設(shè)計(jì)和選材情況：1、虹吸雨水斗由不銹鋼316底盤，防水夾圈和鋁合金空氣擋板組成，雨水斗帶有反渦流裝置，進(jìn)入系統(tǒng)的雨水在設(shè)計(jì)條件下呈現(xiàn)水滿流狀態(tài)。2、管路選用的是虹吸專用高密度聚乙烯HDPE管道，該種管道高溫抵抗力強(qiáng)，可耐受高達(dá)100℃的溫度；紫外線抵抗力強(qiáng)，；安裝方便快捷，采用熱焊與電焊焊接；重量輕；低導(dǎo)熱；抗沖擊。在HDPE管道內(nèi)形成附壁流、波浪流、泡沫流、滿管流等虹吸的幾種流態(tài)。3、二次懸吊裝置系統(tǒng)及支吊架系統(tǒng)。首先安裝防膨脹的緊固系統(tǒng)，通過(guò)螺紋桿把40×40鍍鋅方鋼固定在結(jié)構(gòu)梁上，成為懸吊梁。再通過(guò)管卡把HDPE管道懸吊固定在鍍鋅方鋼上。這種緊固系統(tǒng)的特點(diǎn)是HDPE管膨脹應(yīng)力由固定管卡傳遞到懸吊鍍鋅方鋼上，被鍍鋅方鋼所消解，使HDPE管道的膨脹應(yīng)力對(duì)建筑結(jié)構(gòu)不會(huì)造成影響，同時(shí)由于鍍鋅方鋼的鋼性可以限制HDPE管道的振動(dòng)，具有防晃抗震等作用，為虹吸管路系統(tǒng)提供有效補(bǔ)償。

虹吸式雨水系統(tǒng)，能解決一些傳統(tǒng)重力式雨水系統(tǒng)無(wú)法做到的設(shè)計(jì)難點(diǎn)，而且在節(jié)省管材和施工量上，有著傳統(tǒng)系統(tǒng)無(wú)法比擬的優(yōu)勢(shì)，因此其已經(jīng)獲得大范圍應(yīng)用，有著廣闊的前景。

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