虹吸雨水系統的應用與常見問題解決方法

楊帆　周婷　韋富騰

【摘要】隨著我國建筑業突飛猛進的發展，對建筑工程的要求也不斷增加。建筑排水設計不斷優化是適應時代發展的必然趨勢。傳統建筑排水系統在工程中仍存在一些短板，對于建筑的應用以及人們的生活造成了一定的影響。為了更好的提高排水系統運行質量，虹吸雨水系統的應用便顯得非常重要。虹吸雨水系統，可以適應某些建筑的雨水排放條件，達到更為安全、順暢、高效的排水目的。本文以湖南省益陽市某大型工業廠房的屋面雨水排水設計為例，分析虹吸雨水系統的原理，比較虹吸雨水系統較傳統重力流雨水系統的優勢，總結了虹吸雨水系統在應用中的常見問題與解決方法，希望可以為相關工作者提供幫助。

【關鍵詞】虹吸雨水系統;實踐應用;工業廠房

隨著中國人民對建筑的要求越來越高：從最初滿足建筑使用功能，到建筑不僅要實用，還要經濟可靠，更要美觀舒適。工程師們不斷創新，將各種技術應用于現代建筑之中。虹吸雨水系統作為一種建筑高效雨水排放技術，探討為什么應用，如何應用，具有顯著實際意義。

1、虹吸雨水系統的原理

虹吸現象是一種普遍的自然現象。物理原理是液態分子間存在引力與位能差能，液體會由壓力大的一邊流向壓力小的一邊。雖然水兩邊大氣壓強相同，但由于存在水位差，水壓大的一邊受重力影響往下流，水壓小的一邊則受大氣壓向上流，直到兩邊的大氣壓力加水壓相等，容器內的水面高度相同，水停止流動。從上個世紀60年代起，科學家們就開始了把虹吸的原理應用到現代建筑上的研究。虹吸雨水系統的技術原理就是虹吸現象：借助建筑物高度差異而形成不同高度的水面，通過虹吸雨水斗，實現氣水分離，使雨水管內的雨水達到溢滿的狀態[1]。當雨水管中雨水在重力下落，處于壓力流時，便會出現虹吸作用，應用虹吸現象可以加快雨水排水的速度。從目前的建筑設計來看，虹吸雨水系統已經大量應用在了現代各種大型工業廠房及公共建筑項目當中，這打破了以往傳統重力雨水排放的一些桎梏，解決了雨水排放緩慢，排水流量小，立管數量多的問題。隨著虹吸專用雨水斗的研制，進入虹吸雨水管道的雨水先氣水分離，使管道在排水過程中，始終處于一個滿流負壓狀態，進一步提升了雨水的流進速度及排水效率。

2、虹吸雨水系統較傳統重力流雨水系統在工程應用中的優勢

以湖南省益陽市某大型多層工業廠房為例。廠房占地面積為11987.58平方米。建筑為局部地下一層（設備用房），地上三層，結構形式為混凝土框架結構，屋蓋采用現澆鋼筋混凝土樓板，最大柱網尺寸10米*10米。廠房屋面長125.72米，寬95米，總面積約1.2萬平方米。屋面找坡層為LC5.0輕集料混凝土，最薄處30mm厚，屋面坡度2%，屋面沿長邊女兒墻設有2條1200mm寬的排水天溝，再沿短邊從兩端往中間，每隔23.5米設1條600mm寬的排水天溝。整個屋面共設有5條排水天溝。雨水排水設施的總排水能力按10年重現期的雨水量計，該廠房屋面5分鐘雨水量為641.6L/s.

2.1根據建筑的屋面找坡及雨水天溝的設置，雨水排水設計方案如下

①傳統重力流雨水排水系統，。設計需布置32個87型雨水斗，雨水立管靠近雨水斗布置，共設32根De160的雨水排水立管。雨水立管大部分設置在廠房中央，雨水出戶管需在一層結構板下埋地敷設十幾米甚至幾十米才能接至室外雨水檢查井。②采用虹吸雨水系統，根據屋面形式不同分為10個匯水區域，10個子系統。共采用40個雨水斗，10根De160的雨水排水立管，立管靠建筑外墻內側柱邊設置，雨水立管在一層埋地就近接入室外消能井。

2.2排水量比較

經計算，二者均滿足10年重現期的雨水量的排水要求，配以屋面排水天溝兩側的雨水溢流口，可滿足50年重現期的雨水量的排水要求。

2.3技術比較

首先，虹吸雨水斗單斗的排水量比普通雨水斗大，而屋面的開孔卻小，可有效減少屋面漏水的風險，在一定程度降低了屋面的防水設計壓力[2]。其次，虹吸雨水立管可根據實際需求布置。該廠房對外立面及內部的美觀要求較高。布置立管時，避開了廠房的潔凈區域和電氣設備用房，同時結合工藝流程操作的要求，將管道對建筑的外觀和使用功能的影響降至最低。采用虹吸雨水系統后，不僅大大減少了雨水立管數目，有效解決了廠房內部雨水管林立的現象，也解決了傳統重力流雨水系統，埋地出戶管過長難以維護的難題。最后，因為虹吸雨水系統同管徑下排水量大，管路的直徑比較小，整體長度較傳統重力流雨水系統為短。系統的橫管安裝在屋面以下也更有利于后期管道的檢修和維護。

3、虹吸雨水系統的應用中常見問題及在設計中的處理做法

3.1天溝溢水

安裝虹吸雨水系統的建筑，排水天溝在雨水溢流方面出現問題的現象相比較普遍。特別是鋼結構屋面，主因是鋼結構天溝與屋面板之間存在間隙。即使有堵頭封堵，在雨量較大時仍存在溢水的情況。對于采用輕鋼結構形式的屋面，排水天溝的材料以鋼板為主，和屋面連接起來。當鋼結構屋面跨度比較大時，一體化的結構，在雨水和雪的荷載下，可能會出現曲撓現象[3]。在工程實例中，出現撓度變異的鋼結構，有的排水天溝會出現局部塌落，形成天溝高低差。這時，虹吸雨水斗排水功能就會降低，甚至導致雨水收集功能下降。嚴重時雨水會通過天溝側壁、屋面板連接件間的縫隙反流入室內。

本工程為鋼筋混凝土屋面，排水天溝深度為300mm，做法參《平屋面建筑構造》（12J201）“卷材、涂膜防水屋面女兒墻內天溝雨水口”。鋼筋混凝土結構梁不易出現撓性變異的現象。另外在排水天溝兩端設500mmm*150mm的溢流口，溢流口底距天溝底150mm.整個屋面設10處溢流口，可防止屋面雨水集聚導致結構荷載過大及變形的情況。

3.2虹吸雨水斗漏水

虹吸雨水系統中雨水斗普遍是不銹鋼的材質。大空間輕鋼彩板的結構屋面，雨水天溝材料以鋼板做主。雨水斗和天溝的連接為焊接方式。不銹鋼、碳鋼之間可能存在腐蝕電勢的問題。兩種金屬材料借助導電連接體接觸的同時，或者是兩種材料之間存在業態導電體的情況下，焊接部位相對比較容易出現腐蝕的問題，從而導致雨水滲漏風險的發生。在溫度相對比較高的環境下，尤其是南方地區，全年的降雨量比較大，在空氣遭受氮氧化物或者是硫氧化物污染時，可能會形成酸雨，此時腐蝕的作用會加快，改變焊接部位的氧化情況[4]。另外，焊接部位的常見物理特性，如氣孔、裂縫、沒有融合或焊透等問題，都會導致焊接區域存在潛在的腐蝕源。