虹吸排水教程

大纲一、前言建筑雨水排水系统建筑雨水排水系统是建筑物给排水系统的重要组成部分，它的任务是及时排除降落在建筑物屋面的雨水、雪水，避免形成屋顶积水对屋顶造成威胁，或造成雨水溢流、屋顶漏水等水患事故，以保证人们正常生活和生产活动。

建筑雨水排水系统的分类根据不同的分类标准，雨水系统有不同的类别：1）屋面雨水系统按照管道的设置位置不同可分为：外排水系统和内排水系统。

外排水是指屋面不设雨水斗，建筑物内部没有雨水管道的雨水排放方式。

2）按照屋面有无天沟可以分为檐沟外排水和天沟外排水3）根据系统是否与大气相通分为密闭系统和敞开系统4）按雨水管中水流的设计流态可分为重力半有压流雨水系统、重力无压流雨水系统和压力流雨水系统（虹吸式雨水系统）5）根据立管连接雨水斗的个数分为单斗、多斗雨水排水系统二、术语2.0.1 虹吸式屋面雨水排水系统siphonic drainage systems ofroof按虹吸满管压力流原理设计、管道内雨水的流速、压力等可有效控制和平衡的屋面雨水排水系统。

一般由虹吸式雨水斗、管材(连接管、悬吊管、立管、排出管)、管件、固定件组成。

2.0.2 虹吸满管压力流full-bore flow水充满管道(可有适量掺气)、水流运动可用不可压缩流体的伯努利(Bernoulli)方程描述、管道中有明显负压的一种流态。

2.0.3 虹吸式雨水斗siphonic roof outlet用于虹吸式屋面雨水排水系统的雨水斗。

它具有气水分离、防涡流等功能。

其斗前水深可有效控制，当斗前水位稳定达到设计水深时，系统内形成虹吸满管压力流。

2.0.4 连接管spigot pipe虹吸式雨水斗至悬吊管间的连接短管(又称尾管)。

通过改变连接管的管径、长度，可调节雨水斗的进水量和系统的阻力。

2,0.5 悬吊管hanged pipe悬吊在屋架、楼板和梁下或架空在柱上的雨水横管。

2.0.6 溢流口overflow当降雨量超过系统设计排水能力时，用来溢水的孔口或装置。

2.0.7 溢流系统overflow systems排除超过设计重现期雨量的雨水系统。

溢流系统可以是重力系统或虹吸系统。

溢流系统不得与其他系统合用2.0.8 固定件fastening system用于固定水平管和立管的装置。

固定件具有吸收管道振动、限制管道因热胀冷缩导致的位移、避免管道因悬挂受力而变形，以及不影响管道水平受力等作用2.0.9 过渡段transition section水流流态由虹吸满管压力流向重力流过渡的管段。

过渡段设置在系统的排出管上，为虹吸式屋面雨水排水系统水力计算的终点。

在过渡段通常将系统的管径放大。

二、虹吸排水的发展史虹吸排水起源于欧洲国家，从20世纪60年代起步，发展到现在已经有已有四十多年的发展历程。

一九六八年（Olavi- Ebeling博士）在欧洲首次提出了利用虹吸原理排水的新概念。

一九七二年欧洲建成了第一个商业化的虹吸式屋面雨水排放系统。

从而实现了屋面雨水排放技术方面的重大突破。

而我国直到90年代初才从德国引进。

经过十几年大量的试验和深入的研究，我国已经成功的研制出完善的压力流（虹吸）屋面雨水排放系统。

三、虹吸排水的应用领域自从上个世纪九十年代初期国内建筑业便开始采用虹吸（屋面雨水）排水系统。

特别是在一批大型项目，如厂房、机场、体育馆、展览馆等建筑中的实践应用均取得良好的排水效果，而且至今系统运行良好。

四、虹吸排水的内容1、虹吸排水的原理及特点（1）原理虹吸式排水系统在降雨初期，屋面雨水高度未超过雨水斗高度时，整个排水系统工作状况与重力排水系统相同。

随着降雨的持续，当屋面雨水高度超过雨水斗高度时由于采用了科学设计的防漩涡雨水斗，通过控制进入雨水斗的雨水流量和调整流态减少漩涡，从而极大地减少了雨水进入排水系统时所夹带的空气量，使得系统中排水管道呈满流状态，利用建筑物屋面的高度和雨水所具有的势能，在雨水连续流经过雨水悬吊管转入雨水立管跌落时形成虹吸作用，并在该处管道内呈最大负压。

屋面雨水在管道内负压的抽吸作用下以较高的流速被排至室外。

（2）特点虹形成虹吸式屋面雨水排放的前提条件是：必须具备拥有良好气水分离装置雨水斗。

在设计降雨强度下，雨水斗不掺入空气，降雨过程中利用雨水斗与出户管之间的高差所形成的压差，经屋面内排水系统，从户外排除管排出。

在这一过程中，排水管道中是全充满的满管压力流状态，屋面雨水的排放过程是一个在虹吸作用的结果。

因此，把这样的系统称为虹吸式屋面雨水排放系统。

虹吸式雨水排放系统管内压力和水的流动状态是不断变化的过程。

降雨初期，雨量一般较小，悬吊管内是一有自由液面的波浪流（水舌流）。

根据雨量大小的不同，部分情况下初期无法形成虹吸作用，是以重力流为主的流态。

随着降雨量的增加，管内逐渐呈现脉动流，拔拉流，进而出现满管气泡流和满管汽水混合流，直至出现水的单向流状态。

降雨末期，雨水量减少，雨水斗淹没泄流的斗前水位降低到某一特定值（根据不同的雨水斗产品设计而不同），雨水斗逐渐开始有空气掺入，排水管内的虹吸作用被破坏，排水系统又从虹吸流状态转变为重力流状态。

2、虹吸排水的构造及各部分的作用虹吸屋面雨水排水系统一般由虹吸式雨水斗、无坡度悬吊管、立管和雨水出户管（排出管）组成。

（1）雨水斗一般来说，雨水斗的设计是整个虹吸系统的能否按设计要求工作的关键所在之一，它的稳流性越好，产生虹吸所需的屋面汇水高度越低，总体性能就越优越。

标准型的雨水斗，它是由雨水斗底座（PE材料），碟片（ASA），格栅顶盖(PE)组成。

另外根据需要可提供通用型的绝缘底座，固定件，法兰片，焊接片，防火保护帽，微型加热电圈等配件。

雨水斗额定流量分12L/s 、25L/s、40L/s、60L/s 和72L/s等，最常用的为25L/s和40L/s两种额定流量的雨水斗。

压力流(虹吸式)雨水斗材质为HDPE、铸铁或不锈钢。

其各部分有不同的结构功能。

雨水斗置于屋面层中，上部盖有进水格栅。

降雨过程中，雨水通过格栅盖侧面进入雨水斗，当屋面汇水达到一定高度时，雨水斗内的反涡流装置将阻挡空气从外界进入同时消除涡流状态，使雨水平稳地淹没泄流进入排水管。

虹吸式雨水斗最大限度减小了天沟的积水深度，使屋面承受的雨水荷载降至最小，同时提高了雨水斗的额定流量。

目前比较领先的产品，完全可以做到部分通用。

它的最大优点在于对于不同功能及材料的屋顶系统，产品具有广泛的适用性。

换句话说，一种雨水斗通过于相应的配件组合就能适合不同的屋顶，例如：混凝土屋顶，金属屋顶，木屋顶，考虑人行走或绿化的屋顶，屋面不平呈梯形结构的屋顶等。

雨水斗是整个虹吸系统的关键部分。

对于整个虹吸式屋面雨水排放系统而言，最主要的就是要避免空气通过雨水斗进入整个系统。

如果空气直接进入雨水斗，会在管道内形成气团，这样会大大降低系统排水效率，最终和传统重力式排水系统一样。

因此，虹吸式屋面雨水排放系统所采用的雨水斗必须具有优化设计的反涡流功能的盖罩，防止空气通过雨水斗入口处的水流带入整个系统，并有助于当斗前水位升高到一定程度时，形成水封完全阻隔空气进入。

雨水斗的设计安装也有一定严格的要求:（1）雨水斗离墙至少1米。

（2）雨水斗之间距离一般不能大于20米。

（3）平屋顶上如果是沙砾层，雨水斗格栅顶盖周围的沙砾厚度不能大于60mm，最小粒径必须为15mm。

（4）如果雨水斗是安装在檐沟内，且采用焊接件的话，檐沟的宽度至少是350mm，檐沟内的雨水斗安装开口为70mm x 270mm至290mm x 290mm。

（5）如果雨水管是安装在混凝土屋顶面层内，那么屋顶至少有160mm厚。

（6）断面呈连续梯形的屋面雨水斗开口，为安装固定件，尺寸必须是280mm x 280mm，如果开口大于300mm x300mm，屋顶则需加固。

（7）如果屋顶是混凝土的，雨水斗下连的雨水管管径至少是35mm (用电焊管箍连接件连接)，与此对应的屋顶厚度是180mm至190mm。

（8）带隔离层的屋顶隔离层厚度至少40mm。

如果隔离层厚于180mm，雨水斗的底座必需延伸至能与管径56mm的连接管相连的恰当长度。

（2）系统管道管道作为虹吸式屋面雨水排放系统最主要的部分，必须确保系统安全可靠，高效持续的运行。

虹吸式系统作为一个特殊的排水系统，其管道必须保证完全的密封性和完备的防火措施，并且做到尽可能降低噪声，吸收震动，抗击冲击外力，最大程度满足抗温度变化引起的形变。

管道的完全抗渗漏并不意味着系统密封性得到满足。

一般情况下，对于抗渗漏的要求是允许发生小范围的渗漏，只要有补救措施即可。

但是虹吸系统一旦发生渗漏，并不易发现。

当突然出现暴雨的降雨强度，则可能立即造成整个系统崩溃。

进而因为屋面雨水无法及时排放，超过屋面可负荷的荷载强度，引起屋面坍塌。

当然，微小的不密封并不一定会造成渗漏，但是足以造成漏气，一旦排水管道内出现气团，虹吸式排水的效率马上大大降低，严重的甚至会破坏虹吸作用。

由于虹吸系统是利用负压排水的，因此管道的管壁必须具备相当的承压能力。

但是也不是完全的刚性体。

因为虹吸系统的负压一般不大于-0.08Mpa。

过大的负压会导致管内水流流速过快，发生气蚀现象，对于金属管道或者是金属质地的连接处产生极大的伤害（-0.09Mpa已经接近气蚀的临界值）。

同时负压过高也会给系统带来极大的震动，减少系统的使用寿命。

A 附录：气蚀定义：如果气穴产生过程发生在金属零件内壁附近，这些零件的内表面由于受到局部液压撞击的长期作用而出现撞击坑疤的腐蚀过程。

疲劳破坏当液体在与固体表面接触处的压力低于它的蒸汽压力时，将在固体表面附近形成气泡。

另外，溶解在液体中的气体也可能析出而形成气泡。

随后，当气泡流动到液体压力超过气泡压力的地方时，气泡变溃灭，在溃灭瞬时产生极大的冲击力和高温。

固体表面经受这种冲击力的多次反复作用，材料发生疲劳脱落，使表面出现小凹坑，进而发展成海绵状。

严重的其实可在表面形成大片的凹坑，深度可达20mm。

气蚀的机理气蚀的机理是由于冲击应力造成的表面疲劳破坏，但液体的化学和电化学作用加速了气蚀的破坏过程。

减少气蚀的有效措施是防止气泡的产生。

首先应使在液体中运动的表面具有流线形，避免在局部地方出现涡流，因为涡流区压力低，容易产生气泡。

此外，应当减少液体中的含气量和液体流动中的扰动，也将限制气泡的形成。

选择适当的材料能够提高抗气蚀能力。

通常强度和韧性高的金属材料具有较好的抗气蚀性能，提高材料的抗腐蚀性也将减少气蚀破坏。

气蚀的危害1、产生振动和噪声。

气泡溃灭时，液体质点互相撞击，同时也撞击金属表面，产生各种频率的噪声，严重时可听见泵内有“劈啪”的爆炸声，同时引起机组振动。

2、降低泵的性能。

汽蚀产生了大量的气泡，堵塞了流道，破坏了泵内液体的连续流动，使泵的流量、扬程和效率明显下降。