壓力流（虹吸式）屋面雨水排水系統設計應用

何灼文

摘 要：隨著建筑技術的不斷發展，大空間、大容量、大面積的公共建筑，工業廠房、庫房需求量越來越大。對屋面雨水排放技術的要求將越嚴格，傳統的排水方式已不能完全滿足現代建筑的需求。而壓力流（虹吸式）雨水排水系統的應用必將是現代建筑大面積屋面排水問題的非常有效的解決方式。

關鍵詞：壓力流；雨水排水系統

1 壓力流雨水排水系統原理：虹吸是利用重力作用，在管道內產生局部真空，而產生虹吸現象。它通過利用能隔離空氣的雨水斗實現水、氣分離，開始時由于重力作用雨水不斷流向管內，使管道內逐漸產生真空。當管中的水流呈現壓力流狀態時，形成虹吸效應（密閉的管道系統內形成滿流狀，雨水因重力作用在立管處跌落產生虹吸）。不斷進行排水。虹吸（屋面雨水）排水系統，是經過精密的水力計算，設計的能充分利用水的動能，在密閉的管道系統中產生連續不斷的虹吸作用，實現快速、高效的排除屋面雨水。它是解決大屋面雨水排放的先進排水技術。

2 壓力流雨水排水系統的特點： 廣泛適用于各種不同類型、用途的建筑物；管道無需坡度敷設；降低管材的管徑；現場施工量減少；更少的材料，節省安裝空間；管道具有自潔能力。從設計到施工簡單快捷。適用于各種類型、各種用途的建筑物屋面，包括平屋頂屋面也能適用，這一點解決了傳統排水方式很難解決排除的問題；其排水懸吊管可作無坡度敷設,懸吊管始終保持同一高度，可以騰出更多有效的建筑機電、設備安裝空間；相同管徑排水泄流量大，可降低排水管管徑或減少排水立管數量,節約安裝空間；管材及管件(配件)的使用量減少；所需地下埋管量較少,有效減少現場施工量和土方開挖、回填工作量；管內水流流速大于1m/s,能使管道具有很好的自清自潔能力。

3 壓力流雨水排水系統的適用條件。各種屋面排水系統的選擇，除考慮安全性、經濟性以外，主要應根據各種雨水排水系統的特點，結合不地以及該建筑的實際情況綜合分析后確定。

3.1 雨水排水系統應優先考慮外排水，但要先征得建筑師同意。

3.2 屋面集水優先考慮天溝形式，雨水斗應設置于天溝內。

3.3 虹吸式屋面雨水排水系統適用于大型屋面的庫房、工業廠房、公共建筑等。

3.4 不允許室內冒水的建筑，應采用密閉系統或外排水系統，不得采用敞開式內排水系統。

3.5 寒冷地區應盡量采用內排水系統。

3.6 單斗與多斗系統比較，一般情況下，優先采用單斗系統。但虹吸式雨水系統懸吊管上接入的雨水斗數量一般不受限制。

4 壓力流雨水排水系統的設置

4.1 雨水斗的設置。布置雨水斗時，應以伸縮縫或沉降縫作為排水分水線，否則應在該縫兩側各設置一個雨水斗。雨水斗的間距應按計算確定，還應考慮建筑物的結構特點，如柱子的布置等，一般可采用12～24m，天溝的坡度可采用0.003～0.006。雨水斗的安裝要求，主要是連接處的密封應不漏水，按不同水平面上的雨水斗分別設置單獨的立管。

4.2 連接管。連接管應牢固地固定在建筑物的承重結構上，其管徑一般與雨水斗短管的管徑相同，但不宜小于100mm。

4.3 懸吊管。懸吊管一般沿梁或屋架下弦布置，并應牢固的固定在其上。其客徑不得小于雨水斗連接管管徑，如沿屋架懸吊時，其管徑不得大于300mm。懸吊管長度超過15m時，靠近墻、柱的地主應設檢查口，且檢查口間距不得大于20m.重力流雨水系統的懸吊管管道充滿度不應大于0.8，管道坡度一般不應小于0.005，以利于流動而且便于清通。虹吸式雨水系統中的懸吊管，原則上為壓力流不需要設坡度，但由于大部分時間懸吊管內可能處于非滿流排水狀態，宜設置不小于0.003的坡度，以便管道排空。懸吊管與雨水立管連接，應采用兩個45°彎頭或90°斜三角。懸吊管不得設置在精密機械設備和遇水會產生危害的產品及原料的上空，否則應采取預防措施。

4.4 立管。立管一般沿墻、柱明裝，在民用建筑內，一般設在樓梯間、管井、走廊等處，不得設置在居住房間內。立管的管徑不得小于與其連接的懸吊管管徑。對于重力流雨水系統立管的上部為負壓，下部為正壓，所以立管是處于壓力流狀態，排水能力較大。而排水管埋設在地下，是整個雨水管道系統中容易出問題的薄弱環節，立管的下端宜采用2個45°彎頭或大曲率半徑的90°彎頭接入排出管。

4.5 排出管。考慮到降雨過程中常常有超過設計重現期的雨量、或水流摻氣占去一部分容積，所以在雨水排出設計時，要留有一定的余地。

4.6 埋地橫管。埋地管的最小管徑為200mm，最大不超過600mm，以保證水流通暢，便于清通。埋地管不得穿越設備基礎及其他地下構筑物；埋地管的埋設深度，一般可參照排水管道的規定，在民用建筑中不得小于0.15m。雨水排水系統的管道材料可采用鑄鐵管、鋼管或高密度聚乙烯管等。埋地管也可采用混凝土管、陶土管。管材屋面計算面積超過5000m2時，必須設置至少兩個獨立的屋面雨水排水系統。

5 虹吸式屋面雨水系統的設計計算

虹吸式屋面雨水排水系統按壓力流進行計算，應充分利用系統提供的可利用水頭，以滿足流速和水頭損失允許值的要求。水力計算的目的是合理確定客徑，降低造價，使系統各節點由不同支路計算的壓力差限定在一定的范圍內，以保證系統安全、可靠、正常地工作。

5.1 虹吸式雨水系統水力計算的一般規定。為了保障虹吸式雨水排水系統能夠維持正常的壓力流排水狀態，壓力流雨水排水系統應符合以下規定：

5.1.1 雨水斗的設置。虹吸式雨水斗應設置在天溝或檐溝內，天溝的寬度和深度應按雨水斗的安裝要求確定，一般溝的寬度不得小于550mm，溝的深度不得小于300mm.一個計算匯水面積內，不論其面積大小，均應設置不少于兩個雨水斗，而且雨水斗之間的距離不應大于20m。屋面匯水最低處應至少設置一個雨水斗，同一系統中的雨水斗宜在同一個平面上。

5.1.2 幾何高度。懸吊管應低于雨水斗的出口1m以上。雨水排水系統管道中的總水頭損失與流出水頭之和不得大于雨水管進、出口的幾何高差。

5.1.3 水流速度。系統中的所有管段，管道內的設計最小流速應大于1m/s，以使管道有良好的自凈能力。最大流速常發生在立管上，立管的設計流速宜小于6m/s，但不宜小于2.2m/s，以減小流動時的噪音，但最大有宜大于10m/s。立管底部接至室外窨井的排出管管內流速不宜大于1.5m/s.雨水管系統的出口應放大管徑，出口的水流速度不宜大于1.8m/s，以減少水流對排水井的沖擊，如出口速度大于1.8m/s，應采取消能措施，宜通過消能井溢流至室外排水管道。

5.1.4 水頭損失。雨水排水系統的總水頭損失和流速水頭之和應小于雨水斗天溝底面與排水管出口的幾何高差，其壓力余量宜稍大于100pa。壓力流屋面雨水排水系統懸吊管與立管交點（轉折點）處的最大負壓值，對于金屬管道不得大于80kpa；對于塑料管道應視產品的力學性能而定，但不得大于70kpa。管段計算所得壓力值應基本平衡，即系統中各節點的上游不同支路的計算水頭損失之差，在管徑小于等于DN75時，不應大于10kpa；管徑小于等于DN100時，不應大于5kpa，否則應高整管徑重新計算。

5.2 虹吸式雨水排水系統屋面匯水面積計算的一般要求：5.2.1 一般坡屋面按水平投影面積計算；5.2.2 高出匯水面的側墻，應將側墻面積的1/2折算為匯水面積。同一匯水區內高出的側墻多于一面時，按有效受水側墻面積的1/2折算入匯水面積； 5.2.3 高層建筑裙房屋面，應附加其高出部分側墻面積的1/2；5.2.4 半球形屋面或斜坡較大的屋面，其匯水面積等于屋面的水平投影面積與豎向投影面積的1/2相加之和。

根據以上方法計算得出匯水面積再來計算相應雨水設計流量。

雨水設計流量：

Q=k1Ψq.F

式中Q——雨水設計量（L/S）

k1——流量校正值，一般取1，屋面坡度大于2.5%取1.5-2

Ψ——徑流系數，屋面一般取0.9

q——設計降雨強度（L/S. m2）

F——匯水面積（m2）

設計時新采用的設計降雨歷時，設計降雨強度，設計雨水流量的計算，應符合國家標準的有關規定。設計重現期應根據建筑物的重要性程度，匯水區域性質，氣象特征等因素確定。由于系統的水力計算充分利用了雨水水頭，系統流量負荷求預留排除超設計重現期雨水的能力，因此對于一般建筑物設計重現期不宜小于2~5年，重要的公共建筑屋面，生產工藝不允許滲漏的工業廠房屋面設計重現期應根據建筑物的重要性和溢流造成的危害程度確定，不宜小于10年。