虹吸排水系統(tǒng)系統(tǒng)簡介

虹吸排水系統(tǒng)是建筑物給排水系統(tǒng)的重要組成部分，它的任務是及時排除降落在建筑物屋面的雨水、雪水，避免形成屋頂積水對屋頂造成威脅，或造成雨水溢流、屋頂漏水等水患事故，以保證人們正常生活和生產活動。虹吸排水系統(tǒng)的特點是橫管不設坡度的情況下，形成滿管流，以極快的速度排清屋面的積水

虹吸排水特點:

1、只要滿足計算要求，單系統(tǒng)所帶雨水斗個數(shù)不限;

2、雨水斗流量大，氣水分流，排水速度快效果好;

3、懸吊管呈水平狀態(tài)，無需做任何坡度，施工方便;

4、立管管徑小，數(shù)量少，便于裝修;

5、埋地管少，地面開挖工作量小，有效縮短工期;

傳統(tǒng)重力排水特點:

1、單系統(tǒng)所帶雨水斗個數(shù)受限;

2、雨水斗流量小，氣水合流，排水效果差;

3、立管管徑大，數(shù)量多，交叉施工易打架;

4、埋地管多，土建工作量大，地溝易返水

用于虹吸式屋面雨水排水系統(tǒng)的雨水斗。它具有氣水分離、防渦流等功能。其斗前水深可有效控制，當斗前水位穩(wěn)定達到設計水深時，系統(tǒng)內形成虹吸滿管壓力流。

一般來說，雨水斗的設計是整個虹吸系統(tǒng)的能否按設計要求工作的關鍵所在之一，它的穩(wěn)流性越好，產生虹吸所需的屋面匯水高度越低，總體性能就越優(yōu)越。

標準型的雨水斗，它是由雨水斗底座(PE材料)，碟片(ASA)，格柵頂蓋(PE)組成。另外根據(jù)需要可提供通用型的絕緣底座，固定件，法蘭片，焊接片，防火保護帽，微型加熱電圈等配件。雨水斗額定流量分12L/s 、25L/s、40L/s、60L/s和72L/s等，最常用的為25L/s和40L/s兩種額定流量的雨水斗。

壓力流(虹吸式)雨水斗材質為HDPE、鑄鐵或不銹鋼。其各部分有不同的結構功能。雨水斗置于屋面層中，上部蓋有進水格柵。降雨過程中，雨水通過格柵蓋側面進入雨水斗，當屋面匯水達到一定高度時，雨水斗內的反渦流裝置將阻擋空氣從外界進入同時消除渦流狀態(tài)，使雨水平穩(wěn)地淹沒泄流進入排水管。虹吸式雨水斗最大限度減小了天溝的積水深度，使屋面承受的雨水荷載 降至最小，同時提高了雨水斗的額定流量。目前比較領先的產品，完全可以做到部分通用。它的最大優(yōu)點在于對于不同功能及材料的屋頂系統(tǒng)，產品具有廣泛的適用性。換句話說，一種雨水斗通過于相應的配件組合就能適合不同的屋頂，例如:混凝土屋頂，金屬屋頂，木屋頂，考慮人行走或綠化的屋頂，屋面不平呈梯形結構的屋頂?shù)取Ｓ晁肥钦麄€虹吸系統(tǒng)的關鍵部分。對于整個虹吸式屋面雨水排放系統(tǒng)而言，最主要的就是要避免空氣通過雨水斗進入整個系統(tǒng)。如果空氣直接進入雨水斗，會在管道內形成氣團，這樣會大大降低系統(tǒng)排水效率，最終和傳統(tǒng)重力式排水系統(tǒng)一樣。因此，虹吸式屋面雨水排放系統(tǒng)所采用的雨水斗必須具有優(yōu)化設計的反渦流功能的蓋罩，防止空氣通過雨水斗入口處的水流帶入整個系統(tǒng)，并有助于當斗前水位升高到一定程度時，形成水封完全阻隔空氣進入。雨水斗的設計安裝也有一定嚴格的要求:

(1)雨水斗離墻至少1米。

(2)雨水斗之間距離一般不能大于20米。

(3)平屋頂上如果是沙礫層，雨水斗格柵頂蓋周圍的沙礫厚度不能大于60mm，最小粒徑必須為15mm。

(4)如果雨水斗是安裝在檐溝內，且采用焊接件的話，檐溝的寬度至少是350mm，檐溝內的雨水斗安裝開口為70mm x 270mm至290mm x 290mm。

(5)如果雨水管是安裝在混凝土屋頂面層內，那么屋頂至少有160mm厚。

(6)斷面呈連續(xù)梯形的屋面雨水斗開口，為安裝固定件，尺寸必須是280mm x 280mm，如果開口大于300mm x300mm，屋頂則需加固。

(7)如果屋頂是混凝土的，雨水斗下連的雨水管管徑至少是35mm (用電焊管箍連接件連接)，與此對應的屋頂厚度是180mm至190mm。

(8)帶隔離層的屋頂隔離層厚度至少40mm。如果隔離層厚于180mm，雨水斗的底座必需延伸至能與管徑56mm的連接管相連的恰當長度。

管道作為虹吸式屋面雨水排放系統(tǒng)最主要的部分，必須確保系統(tǒng)安全可靠，高效持續(xù)的運行。虹吸式系統(tǒng)作為一個特殊的排水系統(tǒng)，其管道必須保證完全的密封性和完備的防火措施，并且做到盡可能降低噪聲，吸收震動，抗擊沖擊外力，最大程度滿足抗溫度變化引起的形變。管道的完全抗?jié)B漏并不意味著系統(tǒng)密封性得到滿足。一般情況下，對于抗?jié)B漏的要求是允許發(fā)生小范圍的滲漏，只要有補救措施即可。但是虹吸系統(tǒng)一旦發(fā)生滲漏，并不易發(fā)現(xiàn)。當突然出現(xiàn)暴雨的降雨強度，則可能立即造成整個系統(tǒng)崩潰。進而因為屋面雨水無法及時排放，超過屋面可負荷的荷載強度，引起屋面坍塌。當然，微小的不密封并不一定會造成滲漏，但是足以造成漏氣，一旦排水管道內出現(xiàn)氣團，虹吸式排水的效率馬上大大降低，嚴重的甚至會破壞虹吸作用。由于虹吸系統(tǒng)是利用負壓排水的，因此管道的管壁必須具備相當?shù)某袎耗芰?。但是也不是完全的剛性體。因為虹吸系統(tǒng)的負壓一般不大于-0.08Mpa。過大的負壓會導致管內水流流速過快，發(fā)生氣蝕現(xiàn)象，對于金屬管道或者是金屬質地的連接處產生極大的傷害(-0.09Mpa已經接近氣蝕的臨界值)。同時負壓過高也會給系統(tǒng)帶來極大的震動，減少系統(tǒng)的使用壽命。

HDPE管材的優(yōu)良特性

HDPE管道是在熱力條件下生產的，材料本身的張力在制造過程中已消減，所以成品以后可能產生的尺寸微變不會有任何危害，將熱脹冷縮引起的危害降至最小。從物理和化學性質上看，HDPE管道的防腐能力極強，不受各種酸、堿、鹽所引起的電化學反應的影響。HDPE管道比金屬管更耐磨損?？箻O端溫度在 – 40c ~100c。管子重量輕，施工方便，可以事先預制，安裝工效大大提高。

運輸方便	HDPE密度低、重量輕、耐久性能好、便于運輸及施工安裝
連接方式方便靈活	可采用不同的連接方法，如:對焊、電焊管箍連接、法蘭連接、螺紋連接、伸縮管接頭等。HDPE還可以和鋼管，鑄鐵管等其它管材的管道連接。只需通過專門的電加熱電焊機就可以進行操作
柔壓性好	管道在外荷載作用下，不會破裂，能抵抗沖擊壓力，減少水錘沖擊破壞，保證系統(tǒng)安全運行，維持虹作用的負壓
抗寒性	HDPE滿管水結冰的情況下，會隨著彈性伸縮，冰融化后恢復原狀，避免了低溫結冰對管子的破壞
曲繞性	HDPE具有良好的柔韌性，可蠕變。在穿越伸縮縫或受外力震動影響時，管子能隨震動偏移，不會遭到破壞
導熱系數(shù)低	HDPE導熱系數(shù)低，間歇性的熱水排放不會影響建筑內環(huán)境溫度
抗磨損性	HDPE有很好的柔韌性，具有良好的抗磨損性
抗沖擊、擠壓	HDPE管具有良好的抗沖擊性能，避免在低溫下被撞擊而破損，能夠長期在負壓力作用下安全使用。在安裝時，如有硬物作用于管材，HDPE能夠通過蠕變消除應力集中，避免開裂造成漏水
抗熱性	HDPE在80度高溫通水使用中，在不受外力干擾下，可以安全的使用，并能在較短時間內承受100度水溫
防結露	HDPE導熱系數(shù)為0.43w/mk,屬于不良導熱體，較金屬、PVC管不易結露，避免污染了建筑裝飾
牢固性	HDPE焊接牢固，焊縫強度等于或大于管材強度，暗裝安全可靠
低噪音	HDPE管是軟性材料，彈性模量低，產生的噪音小，提供了好的居家、辦公環(huán)境
抗陽光輻射	HDPE管材含有炭黑，黑色材料抵抗紫外線，起到抗老化，脆化作用
抗化學性	HDPE是惰性材料，不易與其他物質發(fā)生化學反應
防堵塞	HDPE管材內壁光滑，水利條件好，流量大，不會產生沉積現(xiàn)象
非毒性	HDPE無毒無味，衛(wèi)生安全可靠，可用于食品生產線和飲水管道。燃燒后產生二氧化碳和水，不會產生有害氣體

HDPE管作為一種新型的節(jié)能管材，從我國目前建筑行業(yè)住宅產業(yè)化，設計標準化，材料集約化，建筑生產施工工廠化，管理科學化的發(fā)展趨勢來看，是有很大的發(fā)展?jié)摿Α?/p>

HDPE管與PVC及鑄鐵管相比較

①由碳水化合物組成，對人體及動植物無害。使用周期長，焚燒后不產生有害物質(如PVC焚燒后會產生鹽酸)，生產及運輸過程中比鑄鐵管小號更少的能源。

②排水管表面光滑，排水能力是鑄鐵管的1。5倍;

HDPE 0.0015~0.015mm;新鑄鐵管 0.2~0.3;

舊鑄鐵管 0.5~1.6。

③相同管徑坡度，HDPE管排水能力遠遠高于鑄鐵管。

坡度:i=0.025，充滿度:h/d=0.5時:

鑄鐵管Dn50=0.64L/s，Dn75=1.9，Dn100=4.08;

HDPE管Dn50=1.32L/s，Dn90=3.59，Dn110=6.12。

④HDPE是非極性材料，使用過程中不結垢，排水能力不下降。

對比項目	PVC	鑄鐵管	HDPE
性質	極性、易結垢、不腐蝕、易老化	極性、易結垢、易腐蝕、易老化	非極性、不易結垢、不易腐蝕、不易老化
長期使用流通能力	下降	迅速下降	不下降

(極性:分子間作用較強，強度高，拉伸好，但是抗沖擊、抗彎性能差，吸水率高。)

⑤HDPE排水重量輕、強度高，滿足現(xiàn)代建筑要求。

HDPE	50*3.0	0.453kg/m	75*3.0	0.7kg/m
鑄鐵管	50	5.75kg/m	75	9.16kg/m

⑥熱熔連接，安全可靠。

對比項目	PVC	柔性鑄鐵	HDPE
安裝輔材連接方式	粘結劑粘接	橡膠密封圈、不銹鋼卡箍連接	不需輔材、熱熔連接
接口成本	低	高	低
接口安全性	容易產生集中導致破損。不可靠、連接容易	不能拉伸、偏轉角度小于5度、連接困難	接口強度超過管材1到3倍，彎曲半徑8dn?？砂德瘢B接容易
截斷	刀、鋸	切割機	專用剪子
搬運	容易	困難	容易
最大試壓強度	0.38mp以下	0.35mp	0.6mp

⑦HDPE管防噪音效果好，提高生活環(huán)境質量。

各種管材在某一相同測試條件下，HDPE屬于彈性材料，彈性模量低，密度小，能最大限度避免噪音，防止噪音傳播。

⑧HDPE排水管抗沖擊性能好，安全性高，可保證放心使用50年。

HDPE排水管抗沖擊性能遠好于PVC。HDPE屬于柔性材料，在GB/T標準中無抗沖擊性能檢測的要求。HDPE管斷裂伸長率大于350%，最高可用于240m建筑中。

HDPE管能夠使用在0.6Mp的壓力下，也可用于有壓排水中。

PVC管非常脆，在正負壓的反復作用下易產生疲勞破損。(在高層建筑中更為明顯)

⑨施工安全性高

施工現(xiàn)場意外撞擊、摔打，對HDPE排水管的影響較小，在低溫下搬運、施工不易破損，也不會留下隱患。

一般的PVC排水管在常溫下，尤其在低溫下，非常容易破損，在施工中必然留下隱患，給用戶和施工單位都帶來巨大的損失。

對北京、上海、重慶、廣州、哈爾濱等城市的排水管使用狀況調查顯示:約35%的業(yè)主反映排水管存在漏水問題，絕大多數(shù)是PVC管。

安裝固定系統(tǒng)的主要功能是輔助安裝與固定管道。虹吸式雨水管道系統(tǒng)的固定裝置包括與管道平行的方形鋼導軌，管道與方形鋼導軌間的連接管卡(根據(jù)不同的管徑，每隔0.8至1.6米布置管卡)，用于固定鋼導軌的吊架及鍍鋅角。安裝固定系統(tǒng)還包括管卡配件，這些配件可以固定管道的軸向，利用錨固管卡安裝在管道的固定點。氣水混合流的排水過程中，有一個非常重要的要求，是關于在系統(tǒng)各部位內負壓的限制，規(guī)定負壓不得低于-0.8公斤。其原因在于，當負壓在-0.92公斤左右時，系統(tǒng)內的氣泡會在壓力的作用下破裂，使整個管道說系統(tǒng)產生劇烈振動。 因此，為保證系統(tǒng)的正常運行，管道振動的危害是一個不容忽視的問題。如果振動不加以防范，可能會影響減少建筑結構的使用 壽命，也可能會導致整個系統(tǒng)的破壞。安裝固定系統(tǒng)的主要功能之一是吸收這些振動，從而避免振動對建筑結構產生影響。由于溫度的變化，管道必然會發(fā)生熱脹冷縮的現(xiàn)象。在系統(tǒng)內部形成拉力或壓力，對于管道連接處形成作用。

安裝固定系統(tǒng)可以防止在剛性安裝的排放系統(tǒng)中，由于熱脹冷縮受到阻隔而產生的力會對建筑結構的破壞，吸收熱脹冷縮導致的管道位移。同時，還可以避免管道因為懸掛受力而變形。

無論是系統(tǒng)震動帶來的外力，還是熱脹冷縮引起的內力，甚至是懸掛管道承受的重力，都由連接件傳至方形導軌，避免引起系統(tǒng)的變化，減少對于建筑結構的影響。

固定系統(tǒng)除了可以起到固定管道，轉移管道受力的作用，還有助于增加屋面到水平管的間距，而不影響管道的水平受力。

總而言之，固定系統(tǒng)雖然是虹吸式雨水排放系統(tǒng)的輔助部分，卻起到至關重要的保護的作用。

在整個降雨過程中，隨著降雨量的增加或減小，懸吊管內的壓力和水流狀態(tài)會出現(xiàn)反復變化的情況。

與懸吊管相似，立管內的水流狀態(tài)也會從附壁流逐漸向氣泡流，氣水浮化流過渡，最終在虹吸作用形成的時候，出現(xiàn)接近單向流的狀態(tài)。

通過對管道的管徑、高差的控制，可以實現(xiàn)對管道內雨水的流態(tài)的控制，使系統(tǒng)大部分時間工作在虹吸壓力滿管流的流態(tài)。使管道內滿管流形成一定的負壓，斗前水面受到管道內外壓差的作用，增大了管道的流量，大大增強了雨水系統(tǒng)的排水能力。這便是虹吸式雨水排放系統(tǒng)的工作原理。與傳統(tǒng)雨水系統(tǒng)相比，虹吸雨水系統(tǒng)管徑小，排水量大，立管少，對建筑立面和空間影響小。

一些虹吸茶壺，虹吸馬桶，所采用的就是虹吸管原理了。

如今，虹吸已經運用到現(xiàn)代的工程中，很多屋面排水系統(tǒng)都是使用虹吸排水，虹吸技術運用在現(xiàn)代建筑是1968年，由 olavi ebeling與persommerhein共同發(fā)明，在過去的四十多年里，他們所研究的虹吸排水系統(tǒng)一直領先與世界水平，虹吸排水系統(tǒng)打破了常規(guī)的重力排水系統(tǒng)，虹吸排水系統(tǒng)是利用屋頂專用雨水漏斗實現(xiàn)氣水分離。開始時由于重力作用，使雨水管道內產生真空，當管中的水呈壓力流狀態(tài)時，形成虹吸現(xiàn)象，不斷進行排水，最終雨水管內達到滿流狀態(tài)。在降雨過程中，由于連續(xù)不斷的虹吸作用，整個系統(tǒng)得以快速排放屋頂上的雨水。虹吸排水系統(tǒng)管道均按滿流有壓狀態(tài)設計，雨水懸吊管可做到無坡度敷設，當產生虹吸作用時，水流流速很高，有較好的自清作用。如今，虹吸排水系統(tǒng)已經被廣泛的運用，1993年，該虹吸排水系統(tǒng)首次運用到新加坡一建筑工程里，自此，persommerhein為亞洲的屋面雨水排放系統(tǒng)帶來新的革命

在建筑工程中使用該虹吸排水系統(tǒng)的優(yōu)勢在于:

雨水斗在屋面上布點靈活，更能適應現(xiàn)代建筑的藝術造型，很容易滿足不規(guī)則屋面的雨水排放。單斗大排量，屋面開孔少，減少屋面漏水幾率，減輕屋面防水壓力。由于虹吸排水加快了排水速度，使得落水管的數(shù)量少和直徑小，滿足了現(xiàn)代建筑的美觀要求以及大型標志性建筑，各種大跨度屋面及高層建筑群樓的雨水排放。系統(tǒng)安全性高，管道走向可以根據(jù)需要設置，在不影響建筑功能及使用空間的同時滿足現(xiàn)代大型購物廣場，超市，廠房，倉庫及各種網架結構金屬屋面的雨水排放。在設計流量下，系統(tǒng)中滿管流無空氣旋渦，排水高效且噪音小，更能完美配合現(xiàn)代影院，劇場，會展中心，圖書館，學校醫(yī)院的聲學要求。管路設計同時滿足正負壓要求，能保證通過高層，超高層建筑全程管路滿水實驗檢驗驗收，且能避免負壓失控確保系統(tǒng)正常運行。由于管路直徑小，總長度少和系統(tǒng)安裝簡便所帶來的管道成本和安裝費用減少，管道安裝無特殊要求，使虹吸雨水排水系統(tǒng)得到眾多的業(yè)主和施工單位青睞如今，在國內虹吸排水系統(tǒng)已經被廣泛的運用，由于虹吸排水系統(tǒng)能快速把屋面雨水排放，安裝簡便，適應現(xiàn)代建筑造型等優(yōu)點，在國內的工程中有國家體育場(鳥巢)，首都機場T3航站，中央電視臺新址...還有上海科技館，廣州白云機場航站樓.....等大面積屋面排水已經采用虹吸排水系統(tǒng)，在未來，將有更多的建筑物采用虹吸排水系統(tǒng) 更簡單的說，虹吸雨水排水系統(tǒng)的技術原理是利用建筑物的高度所形成的水頭，依靠特殊的雨水斗設計，實現(xiàn)氣水分離，從而使雨水管最終達到滿流狀態(tài)，當管中的水量是壓力流狀態(tài)時，虹吸作用就產生了，在整個降水過程中，由于連續(xù)不斷的虹吸作用，整個系統(tǒng)得以令人驚奇的速度排除雨水，快速使屋面的雨水排走到地面。

虹吸雨水于20世紀60年代使用于歐洲，90年代初才引入我國，經過十幾年很多的實驗和深化的研討，我國現(xiàn)已成功的研制出壓力流(虹吸)屋面雨水排放體系。

虹吸式雨水排放體系適用于工業(yè)廠房、倉庫、公共修建的大型屋面雨水的排放。其關鍵技術為不摻氣的新式雨水斗，該種雨水斗選用特別的布局，使雨水在進入雨水排放體系前得到整流，最大極限地將空氣阻隔在雨水排放體系之外，為體系內構成滿管流提供條件。

經過對管道的管徑、高差的操控，能夠完成對管道內雨水的流態(tài)的操控，使體系大多數(shù)時刻作業(yè)在虹吸壓力滿管流的流態(tài)。使管道內滿管流構成必定的負壓，斗前水面遭到管道表里壓差的效果，增大了管道的流量，大大增強了雨水體系的排水才能。這便是虹吸式雨水排放體系的作業(yè)原理。與傳統(tǒng)雨水體系比較，虹吸雨水體系管徑小，排水量大，立管少，對修建立面和空間影響小。

虹吸式雨水排放體系使用中應注重以下的幾個問題。首要，斗前水深的操控。斗前水深太小，不能有效地構成虹吸滿管流，體系不能在虹吸狀況下運轉，排水才能便不能到達描繪需求的狀況。斗前水深太大，給屋面添加荷載，為布局安全帶來風險，能夠需求進步布局的強度，而形成工程造價的進步。虹吸雨水斗特別對輕鋼布局的屋面，其承載力需布局工程師校核并相應進步，并且對此種屋面，其天溝與與屋面不能徹底密閉，斗前水深過高，能夠使雨水經過其間縫隙滲漏至室內。在描繪中有必要予以注重，合理操控天溝深度、斗前水深及屋面、天溝的承載力，并設置必要的溢水體系，避免積水過高，形成風險。