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浅议屋面雨水排水系统
RSS 打印 复制链接 发布时间:2017-01-11 08:55:55

 导读:在大型屋面雨水排水设计中,传统的重力式雨水系统越来越不能满足需求,取而代之的虹吸式雨水系统。虹吸雨水系统的组成与传统的重力式雨水系统类似,包括虹吸雨水斗、悬吊管、立管和排出管等。因此,虹吸雨水系统除外檐沟外,均须设置安全溢水口,以排出超过重现期的雨水。

  关键词:虹吸式雨水系统,重力式雨水系统虹吸雨水斗,安全溢水口,悬吊管
 
  随着社会经济的发展,大型厂房及大型公共建筑日益增多。这些建筑屋面面积超大,屋面雨水如何安全、顺畅的排放,已经成为给排水设计师面前的一道难题。加之在建筑设计中,建筑师更多地考虑建筑物外表的美观,投资方要求尽量降低管线安装占用的层高、减少管井面积,如何解决这道难题就显得更加迫切。在大型屋面雨水排水设计中,传统的重力式雨水系统越来越不能满足需求,取而代之的虹吸式雨水系统。
  虹吸式雨水系统是当今国际上较为先进的屋面雨水排放系统。该系统诞生至今已有50多年的历史,它被广泛应用于大型厂房、展览馆、机场、运动场、高层裙房等跨度大、结构复杂的屋面排水。虹吸雨水系统的组成与传统的重力式雨水系统类似,包括虹吸雨水斗、悬吊管、立管和排出管等。
  虹吸式雨水系统的工作原理是,利用能够隔绝空气的虹吸式雨水斗和经过精密的水力平衡计算的管道系统,依靠建筑物的势能,雨水在密闭的管道系统内形成满管流,在立管处跌落产生虹吸作用,将屋面的雨水迅速排放的新型雨水排放系统。该系统的优点如下: 
  第一,雨水斗、雨水管数量少、口径小。虹吸雨水斗构造特殊,其水力条件好,排水量是同等口径的重力流雨水斗的3~4倍。虹吸式雨水系统管道内的水流是满管流,重力式雨水系统管道内的水流是水气二相流,前者流速是后者的3~4倍。在同等条件下,虹吸式雨水系统雨水斗和立管数量大约是重力式雨水系统的三分之一,且管径更小。相对应的雨水出户管水量和室外雨水检查井数量也较少。
  第二,虹吸式雨水系统悬吊管安装不需要坡度,只要水平安装不出现倒坡即可。这是因为在虹吸式雨水系统中,一旦形成虹吸,雨水斗、悬吊管和立管上部形成负压区。悬吊管即使没有坡度,水流在负压的抽吸作用下,仍能高速流动。重力式雨水系统悬吊管内,水的流动是靠重力作用(坡度)推动的。
  基于以上的优点,虹吸雨水系统能承担更大面积的屋面排水,而且节省管材和方便施工,满足现代大型屋面排水的需求。在建筑平面布局上,管井数量少,占用建筑面积小,等于增加了建筑物的使用面积。顶层悬吊管水平敷设,节省了悬吊管坡度占用的层高,从而节省基建投资。虹吸雨水系统应该在大型屋面排水设计中大力推广。
  虹吸雨水系统的核心技术是虹吸雨水斗和管道系统水力计算。虹吸雨水斗是专业厂家生产的定型产品,管道系统水力计算是由专业计算软件完成的,厂家出于技术保密,不愿意将虹吸雨水斗的水力特性参数和计算软件提供给其他人。所以,虹吸雨水系统只能由各生产厂商自己设计,给排水工程师只能做好前期的预埋预留工作,同时提出以下设计要求。虹吸雨水系统设计应遵守以下原则:
  ■虹吸式屋面雨水排放系统中不应接入其他非虹吸式屋面雨水排放系统的管道。
  ■悬吊管宜无坡度敷设,不得倒坡。
  ■每根立管宜单独排放。
  ■不同屋面结构形式的雨水宜采用独立的系统单独排出。
  ■雨水排出管的消能可在立管后扩大管径或在排出口末端做消能井。
  ■管道不宜敷设在建筑物承重结构内。因条件限制管道必须敷设在建筑物承重结构内时,应确保不会对建筑物承重结构产生任何影响。
  任何事物都有两面性,有利就有弊。虹吸雨水系统也是一样的,其排水能力没有安全余量,系统本身不能负担超过设计值的雨水量。虹吸雨水斗和管道的设计排水量取值基本已经达到了实际的最大值,当屋面雨水量超过设计排水量时,屋面容易积水。因此,虹吸雨水系统除外檐沟外,均须设置安全溢水口,以排出超过重现期的雨水。安全溢水口是在屋面女儿墙上开的一个矩形洞,超量的雨水通过洞口顺建筑外墙排放。论文大全。现代建筑外墙一般都干挂石材或外挂玻璃幕墙,建筑主体外墙与外挂装饰材料之间留有缝隙,溢水口穿过此缝隙,防水不好做。此外,雨水通过溢水口沿建筑外立面流下,会在外立面上留下冲刷的痕迹,破坏建筑外观。
  重力式雨水系统则有很大的安全余量,能够排除超过设计流量的雨水量。在设计流量下,重力式雨水系统管道中水流流态为水-气二相流。屋面雨水量增大,超过设计流量时,雨水在屋面聚集。雨水斗前水深逐渐增加,达到一定深度后,雨水斗不再进气,管道内形成满管流,流态由重力流变成压力流,系统排水量大增。所以,从排水安全角度来说,传统的重力式雨水系统要优于虹吸雨水系统。
  虹吸雨水系统对管材的抗环变形性能要求较高。虹吸形成后,排水立管上部及悬吊管内形成负压区,排水立管下部及排出管内为正压区,管道既承受内压,也承受外压。所以对管材的抗环变形性能要求较高。
  在欧美、日本等一些,虹吸雨水系统使用历史久、使用较广泛的国家,给排水工程师们已经进行了反思。他们认为虹吸雨水系统不能无条件的大范围推广。屋面排水应首推重力流(或半压力流)雨水系统,只有在屋面面积很大,重力流系统无法满足需求时,方可采用虹吸雨水系统。高层建筑屋面面积小,采用重力流排水,排水立管数量多,可能成倍增加排水重现期,增加雨水管系的宣泄能力,建议采用重力流排水系统。
  在设计屋面雨水系统时,应充分了解建筑功能,分析系统所处的环境,合理选用管材,确保排水安全。结合本人设计的多项工程实例,总结出以下几点经验。
  第一,与建筑专业充分沟通,合理布置屋面天沟。天沟及雨水立管尽量沿建筑外墙布置,缩短悬吊管和排出管长度,减少水平管安装对室内层高的影响。通过多方案比较,尽可能采用重力流雨水系统。
  第二,防结露保温。论文大全。在北方地区,冬季降雪后,屋面堆积大量积雪。天气晴朗时,在阳光照射下积雪缓慢融化,雪水进入雨水管道系统。雪水温度并不高,刚刚在冰点以上而已,雨水管道会被雪水冷却。北方冬季室内采暖,室内温度往往在18℃以上。当室内雨水管道的温度降低至露点温度时,空气中的水蒸气会在管道表面形成凝结水。悬吊管上的凝结水会滴在吊顶上,打湿吊顶形成色斑,影响室内环境。所以,在北方降雪地区,冬季室内采暖的建筑物内,室内安装的雨水管道要做防结露保温。另外,在游泳馆和洗浴中心等室内空气湿度大的场所,露点温度比较高,很容易发生结露现象,应对室内管道(包括给排水、消防等所有管道)做防结露保温。
  第三,管材宜采用金属管。生产厂家设计虹吸雨水系统,一般采用高密度塑料管,并且不设伸缩节。塑料管的线膨胀系数比较大,当直线管段长度长,环境温度急剧变化时,管道伸缩量大,且在短时间内发生,将会拉坏支架、损坏管道。比如,在夏季炎热的天气下,一场暴雨过后,管道温度从三十多摄氏度(气温)降低到不到二十摄氏度(雨水温度),温差达到二十摄氏度。论文大全。金属管道线膨胀系数小,伸缩量小,抗外力击打能力强,所以安装在室内的雨水管道宜采用金属管道。设计师根据建筑档次的高低,可选择焊接钢管、镀锌钢管和不锈钢管等金属管材。对于生产厂家设计虹吸雨水系统,设计师应对其提出明确的设计要求。
  结语:大型屋面,通过分析比较确定重力流雨水系统无法满足排水要求的情况下,可采用虹吸雨水系统;小型屋面建议采用重力流雨水系统。室内安装的雨水管道,在有可能结露的条件下,应做防结露保温。管道直线管段长,温度变化幅度大的情况下,雨水管道应选用金属管材。
 
  参考文献
  【1】《建筑给水排水设计手册》第二版
  【2】《建筑给水排水设计规范》(GB 50015-2003)
  【3】《虹吸式屋面雨水排水系统技术规程》(CECS 183:2005)
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