虹吸式雨水排水系統(tǒng)技術(shù)及建筑給排水設(shè)計(jì)應(yīng)用研究

發(fā)布時(shí)間：2022-01-27所屬分類：建筑師職稱論文瀏覽：1630次

摘 要： 摘 要：近年來(lái)，我國(guó)經(jīng)濟(jì)不斷發(fā)展，城市化建設(shè)持續(xù)增長(zhǎng)，出現(xiàn)了大量的公共建筑。虹吸式蓄水排水系統(tǒng)被廣泛應(yīng)用于各種大型建筑中，其排水能力主要表現(xiàn)為單斗排水能力，排水效果較舊的重力排水系統(tǒng)有了明顯提高。這種虹吸式雨水排水系統(tǒng)適用于各種大型及異形屋頂，對(duì)各建

　　摘 要：近年來(lái)，我國(guó)經(jīng)濟(jì)不斷發(fā)展，城市化建設(shè)持續(xù)增長(zhǎng)，出現(xiàn)了大量的公共建筑。虹吸式蓄水排水系統(tǒng)被廣泛應(yīng)用于各種大型建筑中，其排水能力主要表現(xiàn)為單斗排水能力，排水效果較舊的重力排水系統(tǒng)有了明顯提高。這種虹吸式雨水排水系統(tǒng)適用于各種大型及異形屋頂，對(duì)各建筑在雨季的大量排水起到了重要的作用，降低了雨季積水對(duì)建筑物屋頂?shù)膿p害。本文從工作原理和組成方式上對(duì)虹吸式排水系統(tǒng)進(jìn)行了分析和探討，總結(jié)了優(yōu)點(diǎn)和常見(jiàn)問(wèn)題，以期提高其合理性。

　　關(guān)鍵詞：虹吸原理;排水系統(tǒng);大型屋面;合理安裝

　　自 20 世紀(jì) 60 年代末，在歐洲率先提出了一種名為虹吸式的雨水排水系統(tǒng)，經(jīng)過(guò)多年的研究分析和在全球多個(gè)國(guó)家的推廣和使用，目前該方法已成為國(guó)際社會(huì)公認(rèn)的處理雨水排放最為有效的方法，并且隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，該技術(shù)日趨成熟。緊跟發(fā)達(dá)國(guó)家的腳步，我國(guó)也在 20 世紀(jì)末引進(jìn)了該系統(tǒng)。因?yàn)樵撓到y(tǒng)的原理是虹吸式排放，在管道內(nèi)制造負(fù)壓，產(chǎn)生抽吸效果，利用高流動(dòng)速度將雨水排放到室外。在一些熱帶地區(qū)，以及雨量較大、雨季過(guò)長(zhǎng)的地區(qū)被廣泛應(yīng)用。該方法排水迅速，動(dòng)力強(qiáng)勁，故而適用于結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜的大型房屋，如大型商場(chǎng)、飛機(jī)場(chǎng)、體育館、特色建筑等。雨水虹吸式排水方法不僅在效果上表現(xiàn)出色，而且在管線布置和施工上都更為簡(jiǎn)易、經(jīng)濟(jì)。

　　1 虹吸式雨水排水系統(tǒng)介紹

　　1.1 虹吸式排水系統(tǒng)原理

　　虹吸現(xiàn)象常見(jiàn)于日常生活中，是一種物理現(xiàn)象，主要利用兩個(gè)不同液面的高度差，將氣壓差和重力轉(zhuǎn)化為動(dòng)力。當(dāng)高差部分的液體在管道中自上而下流動(dòng)，使得管道中產(chǎn)生壓力，水流就會(huì)被不斷地?cái)D壓出管道。利用建筑物和管道的高度差，一旦雨量加大，雨水斗的高度就會(huì)被屋面的雨水高度所超過(guò)。雨水流量被防漩渦雨水斗控制，減少了漩渦和排水系統(tǒng)中的空氣量，從而達(dá)到排水管道始終處于滿流狀態(tài)。高度差值越大，壓力越大，水流越大，排水速度也就越快。虹吸式雨水排水系統(tǒng)在作用過(guò)程中，排水管聚集的雨水，從排水管內(nèi)的最高點(diǎn)在重力的作用下產(chǎn)生負(fù)壓。受到了大氣壓強(qiáng)的影響，真空狀態(tài)逐漸在水管內(nèi)形成，從而形成虹吸現(xiàn)象。虹吸式雨水排水系統(tǒng)借助此現(xiàn)象，在排水管道的設(shè)計(jì)上利用了高度差，在雨水量不同的情況下產(chǎn)生了不同的排水效果。在雨水不充沛的地區(qū)，或者雨量不大的情況下，自然借助重力效果進(jìn)行排水作用;如果是熱帶等雨水量大的地區(qū)，則啟動(dòng)虹吸式原理，使排水效果增強(qiáng)，雨水大量且快速地排出。虹吸式雨水排放系統(tǒng)由滿管流、波浪流、活塞流、泡沫流及脈沖流等階段組成。突破了原有的重力排水方式的單一性和局限性，使虹吸式排水方法的應(yīng)用日益廣泛。

　　1.2 虹吸式雨水排水系統(tǒng)的設(shè)置組成

　　虹吸式雨水排水系統(tǒng)由于其原理，組成部件主要分為虹吸式雨水斗、立管、固定零件、連接管、流溢口、懸吊管等，每一個(gè)組成部件在該系統(tǒng)中都是不可或缺的。虹吸系統(tǒng)中最關(guān)鍵的組成部分是虹吸式雨水斗，雨水斗的質(zhì)量是否良好，決定了雨水是否能在作用過(guò)程中成功和大氣分離從而產(chǎn)生負(fù)壓。如果虹吸式雨水斗的穩(wěn)流性達(dá)到要求，其屋面匯流高度就越低，總體產(chǎn)生的效果也就更優(yōu)越。由于雨水斗被直接暴露在自然環(huán)境中，導(dǎo)致其會(huì)受到一定的腐蝕性和風(fēng)化，這就要求其必須在質(zhì)量上過(guò)硬。雨水斗不僅對(duì)空氣和雨水進(jìn)行分離，而且要具備防渦流的作用，使虹吸效果增強(qiáng)。因此，虹吸式雨水斗的設(shè)置中需要包括防渦流裝置。立管的設(shè)計(jì)中應(yīng)設(shè)置檢查口，并且相應(yīng)地縮小立管的管內(nèi)直徑，這樣可以大大地提高虹吸效果。立管和水平管都需要由固定件來(lái)連接，固定件能增強(qiáng)各部件之間的穩(wěn)定性。為保證固定件不會(huì)受到管道振動(dòng)的影響及熱脹冷縮而造成的移動(dòng)，固定件應(yīng)配套使用，埋設(shè)位置準(zhǔn)確，不能固定在與設(shè)施中各管道緊密接觸的結(jié)構(gòu)上。連接管在雨水斗和懸吊管中起到了連接作用，在該系統(tǒng)中將多個(gè)雨水斗進(jìn)行連接，讓雨水能同步快速地排出。懸吊管作為排出雨水的重要組成部分，應(yīng)選用無(wú)坡度的橫管。溢流口在虹吸式雨水排水系統(tǒng)中作為唯一的一個(gè)應(yīng)急部件，當(dāng)雨水量增多而無(wú)法使排水系統(tǒng)正常進(jìn)行排水工作時(shí)，溢流口能快速起到排水作用。

　　1.3 虹吸式雨水排水系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)

　　通過(guò)對(duì)傳統(tǒng)重力式排水系統(tǒng)和虹吸式排水系統(tǒng)這兩種現(xiàn)行最為廣泛的排水系統(tǒng)中泄流量的比對(duì)，由實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明，在實(shí)驗(yàn)環(huán)境和條件相同的情況下，虹吸式雨水系統(tǒng)的泄流量明顯占優(yōu)勢(shì)。因?yàn)楹缥接晁潘到y(tǒng)埋地管道數(shù)量相對(duì)于傳統(tǒng)重力式排水系統(tǒng)較少，能減少氣體對(duì)水流造成的阻力，雨水泄流量變得更大，使排水系統(tǒng)快速排出雨水。由于虹吸式雨水排水系統(tǒng)的設(shè)計(jì)應(yīng)用了虹吸原理，其技術(shù)方面更為先進(jìn)。虹吸式排水系統(tǒng)管路的設(shè)計(jì)十分先進(jìn)，為虹吸式排水起到了很好的支撐作用。由于雨水斗的特殊設(shè)計(jì)能調(diào)整雨水在立管內(nèi)的流態(tài)，利用液壓和大氣壓強(qiáng)的正負(fù)壓，保證內(nèi)管道的滿流狀態(tài)，使排水管按照滿流有壓的條件設(shè)計(jì)。并且雨水懸吊管在無(wú)坡度條件下鋪設(shè)，排水管道內(nèi)水流的速度會(huì)隨著虹吸現(xiàn)象的發(fā)生而提高，使系統(tǒng)在排水的同時(shí)具備良好的自清作用。管道內(nèi)不易出現(xiàn)堵塞情況，可以減少系統(tǒng)在投入使用后的維修保養(yǎng)費(fèi)用，因此得到了廣泛認(rèn)可。虹吸式雨水排水系統(tǒng)對(duì)于管道安裝的環(huán)境要求較舊系統(tǒng)有極大程度的降低。排水管道可以選用小管徑管道，且管道長(zhǎng)度亦低于傳統(tǒng)式排水系統(tǒng)中的管道，大大降低了該系統(tǒng)的造價(jià)成本，也使得安裝工程量降低。除此之外，虹吸式雨水排水系統(tǒng)還具備多種優(yōu)勢(shì)，如其防渦旋效果，很好地起到了降低噪聲的作用，更適用于對(duì)噪聲要求嚴(yán)格的建筑設(shè)計(jì)，如圖書館、醫(yī)院、電影院等。

　　2 虹吸式雨水排水系統(tǒng)應(yīng)用中存在的不足

　　雖然虹吸式雨水排水系統(tǒng)較舊的重力式排水系統(tǒng)有明顯的優(yōu)勢(shì)，也在現(xiàn)代的各種不同類型建筑中被廣泛應(yīng)用和認(rèn)可，但該系統(tǒng)在應(yīng)用中仍然不可避免地存在一些問(wèn)題，需要有針對(duì)性地進(jìn)行解決。首先，虹吸式雨水排水系統(tǒng)在設(shè)計(jì)理論上分類歸屬于極限設(shè)計(jì)法。其在施工中是否能進(jìn)行較好的固定效果，是否能為懸吊管選擇符合要求的安放位置等，都會(huì)對(duì)該系統(tǒng)的最終結(jié)果造成應(yīng)用上的影響。在運(yùn)行中，只有當(dāng)雨水阻力小于水位時(shí)，該系統(tǒng)才可以正常運(yùn)行，否則會(huì)導(dǎo)致排水效果受到影響，產(chǎn)生積水。針對(duì)該問(wèn)題雖有一定的解決方案，但由于會(huì)增加成本且無(wú)法保證實(shí)施過(guò)程中足夠的安全性，故目前暫時(shí)無(wú)法實(shí)現(xiàn)。能否精確地測(cè)算水力在虹吸式雨水排水系統(tǒng)中最為關(guān)鍵，但該計(jì)算方式本身就存在一定的誤差，無(wú)法進(jìn)行精準(zhǔn)計(jì)算，這樣會(huì)在一定程度上造成人力、物力的浪費(fèi)。如果利用精確的科學(xué)電子化儀器進(jìn)行計(jì)算，以我國(guó)目前的軟件發(fā)展情況來(lái)看暫時(shí)無(wú)法滿足;若從國(guó)外引進(jìn)，勢(shì)必會(huì)增加成本，得不償失。雖然虹吸式雨水排水系統(tǒng)在大型建筑及異形建筑中的應(yīng)用效果良好，但應(yīng)用于相對(duì)低層的建筑則無(wú)法完全展示其優(yōu)點(diǎn)。因?yàn)楹缥接晁潘到y(tǒng)對(duì)建筑物的高度有一定的要求。另外，雨水虹吸系統(tǒng)對(duì)系統(tǒng)整體協(xié)調(diào)性的要求較高，如果其中一部分配件發(fā)生故障，則很容易引起整個(gè)系統(tǒng)的癱瘓。

　　3 虹吸式雨水排水系統(tǒng)在建筑給排水設(shè)計(jì)上的應(yīng)用

　　3.1 建筑物給水系統(tǒng)設(shè)計(jì)

　　在給水管道的鋪設(shè)設(shè)計(jì)中，要根據(jù)基本的供水流程設(shè)計(jì)施工。在具體管道的鋪設(shè)過(guò)程中應(yīng)嚴(yán)格按照國(guó)家相關(guān)設(shè)計(jì)規(guī)范執(zhí)行。一般將用水點(diǎn)的水管進(jìn)行串聯(lián)且外管須達(dá)到一定的管徑要求，以保證各個(gè)支點(diǎn)能起到正常供水的作用。建筑物的給排水系統(tǒng)雖然分為給水和排水兩個(gè)系統(tǒng)，但二者是相統(tǒng)一的。該系統(tǒng)如果設(shè)計(jì)不當(dāng)，會(huì)導(dǎo)致排水系統(tǒng)中的污水回流到給水系統(tǒng)中，給生活造成不便。在實(shí)際設(shè)計(jì)過(guò)程中，將具有良好效果的無(wú)負(fù)壓變頻供水設(shè)備廣泛應(yīng)用，盡量少建或不建高位水箱等蓄水池設(shè)備。不需要對(duì)其進(jìn)行定期養(yǎng)護(hù)、故障維修，同時(shí)節(jié)約了人力，無(wú)論從建造成本還是管理成本上，均可大幅降低給排水系統(tǒng)的成本。

　　3.2 建筑物排水系統(tǒng)設(shè)計(jì)

　　在排水管道鋪設(shè)過(guò)程中，往往容易忽略通氣管道的設(shè)計(jì)。然而在排水系統(tǒng)中，尤其是生活排水過(guò)程中，通氣設(shè)施占據(jù)非常重要的地位。其過(guò)程中容易散發(fā)有毒害的氣體，故應(yīng)將通氣管設(shè)置在伸頂。其設(shè)計(jì)鋪設(shè)過(guò)程應(yīng)注意以下內(nèi)容：通氣管高于室外屋面，且與室內(nèi)孔洞保持適當(dāng)?shù)木嚯x，防止有害氣體進(jìn)入室內(nèi)或影響空氣質(zhì)量;排氣管應(yīng)考慮防止雜物進(jìn)入導(dǎo)致堵塞;屋面裸露的排氣管需要考慮避雷等問(wèn)題，避免因自然情況造成安全隱患，保證建筑物的安全。建筑物的排水方式近年來(lái)經(jīng)歷了多次調(diào)整，其中重力式排水應(yīng)用較久，虹吸式雨水排水方法雖進(jìn)入我國(guó)的時(shí)間不長(zhǎng)，但已被廣泛應(yīng)用。建筑物的排水系統(tǒng)中，還應(yīng)對(duì)雨水進(jìn)行收集并循環(huán)使用。制定科學(xué)的方法，定額用水，還可以將設(shè)備收集排出的雨水進(jìn)行過(guò)濾再使用。

　　3.3 目前建筑物給排水應(yīng)用中存在的問(wèn)題

　　以往舊式給排水系統(tǒng)對(duì)水量造成了極大的浪費(fèi)。一些中小型的建筑單位對(duì)水資源的珍貴性沒(méi)有足夠的認(rèn)識(shí)，在施工過(guò)程中對(duì)水資源造成了大量的浪費(fèi)和污染，因此亟待提高建筑行業(yè)節(jié)能減排的意識(shí)。宜多利用先進(jìn)的技術(shù)和設(shè)計(jì)系統(tǒng)、較好材質(zhì)的管材、良好的節(jié)水設(shè)備等將建筑物的給排水工程科學(xué)化、合理化、節(jié)能化。可以通過(guò)改良建筑物給排水工程，減少水資源的污染和浪費(fèi)。多提出合理的設(shè)計(jì)理念，循環(huán)用水、利用中水，為我國(guó)可持續(xù)發(fā)展的戰(zhàn)略方針做出貢獻(xiàn)。

　　3.4 虹吸式雨水排水系統(tǒng)在建筑物給排水中的應(yīng)用

　　在建筑物排水系統(tǒng)的作用過(guò)程中，如果遇到降水量增大的情況，排水管則會(huì)滿流，導(dǎo)致支吊架承受較大壓力，從而產(chǎn)生劇烈的晃動(dòng)。由于各管段之間的負(fù)壓變化不均，使得虹吸現(xiàn)象不連貫。如果排水管數(shù)量和管徑設(shè)計(jì)得不合理，會(huì)發(fā)生雨水無(wú)法順利且快速排出的情況，從而導(dǎo)致雨水聚集，對(duì)建筑物造成破壞，以及發(fā)生滲漏等問(wèn)題。后續(xù)的維修、護(hù)理也在一定程度上存在問(wèn)題。在建筑物給排水設(shè)計(jì)過(guò)程中，還應(yīng)注意空間的使用和形象的美觀。減少對(duì)室內(nèi)空間占用的同時(shí)，保證排水系統(tǒng)穩(wěn)固順利進(jìn)行的情況下，還應(yīng)最大限度地降低該系統(tǒng)產(chǎn)生的噪聲。虹吸現(xiàn)象屬于物理現(xiàn)象，在作用過(guò)程中會(huì)有一定的聲響和動(dòng)力，但現(xiàn)代化的社會(huì)要求更為嚴(yán)格，應(yīng)盡快提出相應(yīng)的方法來(lái)對(duì)各種可能或已經(jīng)出現(xiàn)的問(wèn)題進(jìn)行解決和改良。虹吸式雨水排放系統(tǒng)在其設(shè)計(jì)之初對(duì)管道型材有一定的要求，主要型材分為：HDPE 管材、不銹鋼材質(zhì)、涂塑復(fù)合型管道。由于 HDPE 管材在經(jīng)濟(jì)方面和施工便捷度方面都表現(xiàn)得更為突出，故而在工程施工中被廣泛應(yīng)用。設(shè)計(jì)人員應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況和管道力學(xué)方面進(jìn)行考慮和計(jì)算，選擇管徑大小合理的管道，以免因水流的流量不符而導(dǎo)致管材的浪費(fèi)或管材爆裂等風(fēng)險(xiǎn)。硬聚氯乙烯因其內(nèi)部光滑，能降低阻力，使雨水排放速度加快，降低管道內(nèi)發(fā)生堵塞的情況，給建筑物給排水系統(tǒng)實(shí)施工程帶來(lái)了極大的便利。虹吸式雨水系統(tǒng)中任何一個(gè)管道的單獨(dú)排水能力都大于舊重力式排水系統(tǒng)，如果室外雨水管沒(méi)有同步更換為虹吸式雨水排水系統(tǒng)，在暴雨情況下容易發(fā)生雨水從室外井蓋溢出或使井蓋被沖開(kāi)的情況，形成一定的安全隱患。

　　4 結(jié)語(yǔ)

　　虹吸式雨水排水系統(tǒng)將虹吸式原理應(yīng)用于屋面排水系統(tǒng)中，尤其在一些大型建筑、異形建筑及特殊場(chǎng)館的應(yīng)用中取得了顯著的效果。經(jīng)實(shí)踐發(fā)現(xiàn)，該系統(tǒng)性價(jià)比高、易安裝、噪聲小，業(yè)內(nèi)對(duì)虹吸式雨水排水系統(tǒng)在排水方面的優(yōu)異性表示了廣泛認(rèn)可。不過(guò)多年以來(lái)，該系統(tǒng)從設(shè)計(jì)到投入使用的過(guò)程中，既體現(xiàn)了優(yōu)勢(shì)也發(fā)現(xiàn)了不足。在未來(lái)的工程設(shè)計(jì)中，應(yīng)結(jié)合實(shí)際情況，運(yùn)用新型材料將其進(jìn)行改良。在合理施工的基礎(chǔ)之上，全面分析，充分考慮，發(fā)揮其優(yōu)點(diǎn)，規(guī)避其不足。同時(shí)，要對(duì)其進(jìn)行綜合因素的考慮，如建筑物的高度、結(jié)構(gòu)、面積等。經(jīng)過(guò)科學(xué)的實(shí)踐和科技的發(fā)展，相信該系統(tǒng)會(huì)大幅提高排水工程效果，減少積水對(duì)建筑物造成的損害。——論文作者：肖建軍

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