淺談大型屋面虹吸式雨水排放系統

摘要：本文通過工程實例，闡述了當前虹吸式屋面雨水排放系統的應用。

關鍵詞：虹吸雨水排放系統；虹吸雨水斗；HDPE

虹吸原理應用在屋面雨水排放技術中的歷史，可以追溯到二十世紀六十年代。1968年在歐洲，虹吸式屋面雨水系統的概念初次被提出，就在建筑界引起了轟動，這種新穎的技術非常便捷的解決了大型屋面的雨水排放問題。當時采用的是一種滿管壓力流系統，在管道式屋面雨水排放系統方面取得了重大突破。隨后在瑞典建成了首個商業化的虹吸式屋面雨水排水系統。因為設計系統時的計算精確度較高、能充分利用雨水本身的重力勢能，整個系統具有節省材料、節省空間、水平管道可以長距離安裝且無需坡度等優點，特別適用于具有大型屋面的公共建筑、工業用房等等。

自二十世紀八、九十年代開始，虹吸式屋面雨水排水系統在國內越來越多的被采用，如北京南火車站、浦東國際機場、蘇州國際博覽中心等一批大型項目相繼建成，最近幾年時間里，隨著該項技術日益為業界所接受，虹吸式屋面雨水排放系統的應用也被迅速推廣。我們從一個具有代表性的工程，來了解當前虹吸式屋面雨水排放系統的應用現狀。

工程概況：溫州醫學院附屬第一醫院遷擴建工程，位于溫州市甌海區南白象街道，用地面積500畝。醫院總建筑面積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。若采用傳統工藝，即重力流來排放屋面雨水，則需要在屋面設置較大坡度，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的組成部分都會對建筑的使用、觀感產生不利影響。落在屋面投影區域內的雨水，經過地表徑流，匯集到屋面天溝，流入雨水斗，經過連接管、懸吊管、進入排水立管，再經出戶管，最后匯集到雨水檢查井，或經室外埋地管排至市政雨水管道。屋面上的雨水，從與外界環境連通的雨水斗中進入排水管道時，會與空氣一同形成氣液混合物進入排水管道，所以雨水管道中輸送的介質包含氣、水兩種。在持續降雨過程中，隨著時間的不斷增長，匯水面積逐漸增大，地表徑流流量不斷加大，天溝雨水加深，使進入雨水管道的空氣量發生變化，引起管道內壓力變化。天溝內的雨水深度和雨水斗的過水直徑，對雨水斗的排水量起到決定作用，天溝內過大的雨水深度，會大大增加天溝的負荷，導致天溝的水深成為重力排水系統的瓶頸。水平懸吊管的作用是把匯集到多個雨水斗中的落水遠距離的輸送到雨水立管內，雨水流動的動能均來自于水面的高差、管道的坡度，當水平懸吊管長度過大時，會導致管內雨水流速過緩，不利于雨水的順利排出。重力式雨水排水系統中，排水量偏大時，天溝內的雨水深度不容易控制，而管道內的雨水流速無法加快，這就造成在此種情況下，重力排水系統排水能力不能滿足需要。要解決這個問題，就有必須在雨水斗的進水位置和水平管道內提供必要的動力。而虹吸式雨水排放系統很好的彌補了傳統排水系統的這個不足，利用“虹吸”原理，在屋頂的數條天溝內設置了虹吸雨水斗，在虹吸雨水斗咽部產生的負壓，能夠使雨水在虹吸雨水斗的蓋板下流速加快，經水平懸吊管，并在其兩端產生壓力差，從而能夠使雨水在水平懸吊管內能快速的流動，再由相應的數根立管排入室外，立管內的動力來自立管水頭高度，扣除管道阻力和過渡段阻力，立管剩余水頭形成頂部負壓，過渡段水流靠部分立管水頭推動，充分利用了屋面雨水的總水頭高度，形成管道內的壓力。這樣做既保證了屋面雨水及時順暢的排出，又不影響建筑物的使用和外立面的美觀，同時不必在屋頂設置較大坡度。

設計依據參數為：降雨強度采用浙江溫州地區20年重現期，降雨強度（q=741.79L/s*ha）（降雨歷時按5分鐘考慮）；溢流口或溢流系統設計為滿足浙江溫州地區50年暴雨重現期，降雨強度采用（q=842.18L/s*ha）（降雨歷時按5分鐘考慮）。根據屋面情況，將屋面虹吸雨水系統分為23套系統，共采用虹吸雨水斗114個，其中虹吸式雨水系統共有21套系統，采用虹吸雨水斗110個，溢流系統2套，采用虹吸雨水斗4個，所有系統的懸吊管流速不小于1米/秒，確保懸吊管內無淤積，立管最大流速不大于10米/秒，系統出戶口流速不大于1.8米/秒，懸吊管水頭損失不大于0.08mPa。為確保系統安全、可靠的運行，整個系統中增設獨立的溢流系統，同時，虹吸系統出戶管管徑滿足預留套管管徑大小，保證安裝能正常完成。

系統設計和選材情況：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，進入系統的雨水在設計條件下呈現水滿流狀態。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，可耐受高達100℃的溫度；紫外線抵抗力強，；安裝方便快捷，采用熱焊與電焊焊接；重量輕；低導熱；抗沖擊。在HDPE管道內形成附壁流、波浪流、泡沫流、滿管流等虹吸的幾種流態。3、二次懸吊裝置系統及支吊架系統。首先安裝防膨脹的緊固系統，通過螺紋桿把40×40鍍鋅方鋼固定在結構梁上，成為懸吊梁。再通過管卡把HDPE管道懸吊固定在鍍鋅方鋼上。這種緊固系統的特點是HDPE管膨脹應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管道的膨脹應力對建筑結構不會造成影響，同時由于鍍鋅方鋼的鋼性可以限制HDPE管道的振動，具有防晃抗震等作用，為虹吸管路系統提供有效補償。

虹吸式雨水系統，能解決一些傳統重力式雨水系統無法做到的設計難點，而且在節省管材和施工量上，有著傳統系統無法比擬的優勢，因此其已經獲得大范圍應用，有著廣闊的前景。

參考文獻：

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