虹吸雨水计算

虹吸式屋面雨水排水系统设计与计算规程设计部部长：课题负责人：校审：课题参加人：机械工业第九设计研究院2004年12月目录1总则2系统设计一般规定管道布置和敷设水力计算3系统组件雨水斗管材和管件固定件4系统安装一般规定雨水斗安装管道安装固定件安装5验收一般规定系统组件验收系统密封性能验收工程竣工验收6局部阻力系数附录A HDPE管道规格表附录B HDPE管弯头局部阻力系数附录C HDPE异径管局部阻力系数取值7 计算实例7.1 计算简图7.2 水力计算表1总则为使虹吸式屋面雨水排水系统做到技术先进、经济合理、安全可靠，确保工程质量，制订本规程。

本规程适用于新建、改建和扩建的工业与民用建筑虹吸式层面雨水排水系统的设计、施工及验收。

虹吸式屋面雨水排水系统一般由虹吸式雨水斗、管材（悬吊管、立管、排出管）、管件、固定件组成。

系统的各组件应符合各自的产品标准且能满足系统的工作压力并按不同的材质采取相应的防火、隔音、绝热措施。

虹吸式屋面雨水排水系统应具有与其系统组件相应的水力计算模型。

用于虹吸式屋面雨水排水系统的虹吸式雨水斗、管材、管件的设计参数应经过水力测试验证。

用于虹吸式屋面雨水排水系统的设计使用寿命应与建筑物的设计使用年限相同。

虹吸式屋面雨水排水系统必须按设计文件和施工图纸施工，变更设计必须经设计单位同意。

虹吸式屋面雨水排水系统的设计、施工、验收除执行本规程外，尚应符合国家现行有关规范、标准的规定。

2系统设计一般规定设计降雨历时、设计降雨强度、汇水面积、设计雨水流量的计算应符合现行国家标准GB50015《建筑给水排水设计规范》的有关规定。

虹吸式屋面雨水排水系统的排水设计重现期应根据建筑物的重要程度、汇水区域性质、气象特征等因素确定，一般性建筑物屋面的设计重现期不宜小于5～10年，重要公共建筑物屋面的设计重现期应根据其重要性和溢流造成的危害程度确定，不宜小于10～50年。

虹吸式屋面雨水排水系统的雨水斗应采用经水力测试的虹吸式雨水斗。

虹吸压力计算公式
虹吸流速公式：V =[(2gH)/(1+ζ+λL/d)]
V：虹吸管断面平均流速。

g：重力加速度。

H：虹吸管的作用水头。

（虹吸管进口端水面与出口端水面的高差)
ζ ：虹吸管的局部阻力系数。

λ：虹吸管的沿程阻力系数。

d：虹吸管的内径。

扩展资料：
虹吸应用
工程应用
上个世纪60年代，瑞典的几位科学家把虹吸的原理应用到现代建筑上去，最初解决了建筑屋面的雨水排水系统，当时在研究的初期，采用的是一种满管压力流的系统，从而在管道式屋面雨水排放系统方面取得了重大突破。

虹吸原理在建筑排水，市政排水，水利工程等各方面均有应用。

金融应用
虹吸金融理论认为技术面分析可以解决基本面对于利用内幕消息进行盈利群体，导致的基本面分析失效的局面，比如一个国家利
用制造紧张关系影响商品价格进行风险投资盈利，这在金融信息化高度发达的现代社会是完全可能的，国际经济一体化已经形成了可以容纳国家财富的规模市场。

虹吸屋面排水系统天沟尺寸计算的基本方法虹吸屋面排水系统中天沟尺寸需要满足以下几方面的要求：保证最大雨量下斗前水深的安全高度；最大雨量上升速度下虹吸形成所需要的缓冲容积；系统最大溢流状态下必要的天沟深度。

斗前水深需要的安全高度是最基本的高度，在实践中这个高度远远低于后两项要求，所以天沟尺寸验算只需要考虑后两项要求。

当系统设计的暴雨重现期按50年以上考虑时，就不需考虑溢流问题。

雨量的极端上升条件是瞬间达到最大雨量，可以按照这个条件对天沟容积进行校核。

从达到斗前水深到尾管完全充满需要的时间一般不会超过3秒，计算中可以忽略这一段时间。

尾管完全充满时的系统流量与尾管高度有关，当尾管高度大于1米时，尾管充满流量Q1可以按这个流量的30%估算。

虹吸形成的过渡时间主要取决于水平管的容积Vs和立管的高度H，由于立管充满速度很快，所以立管充满时间占过渡过程时间很小，可以忽略。

水平管充满时间Ts=Vs/Q1在此时间段内，有70%的雨量将积留在天沟内，要求天沟的最大水深不超过天沟深度的90%。

例：如系统YL-68.YL-69的斗所在天沟，其包含的屋面面积为1180平米，100年暴雨重现期降雨强度为8.01L/s.100m2，总流量为94.52L/s，尾管充满流量为31.5L/s，水平管总容积为1.519m3，水平管充满时间Ts=1.519/0.0315=48.22s，此段时间内总降雨量的70%为0.095*48.22*70%=3.2m3。

设天沟为环形，外环周长为23.88m,内环周长为18.85m，宽度0.8m，深度0.4m，天沟水面积＝[（23.88+18.85）/2]x0.8=21.365x0.8=17.09水深上升量为h1=3.2/17.09=0.19m。

斗前水深按0.1m计算，则最大水深为0.29m,天沟水深的安全高度为0.4*0.9=0.36m，远高于最大水深，故天沟是安全的。

如果尾管高度小于1米，则需要采用更为准确的校核方法校核天沟。

虹吸⾬⽔排⽔原理原理：利⽤屋⾯与地⾯⾼差产⽣的能量，在屋⾯积⽔达到⼀定⾼度时，使得管道内不进⼊空⽓，以满管流状态（即虹吸状态）排⽔时产⽣负压，管道内形成抽吸作⽤将⾬⽔迅速排掉。

实现：基于形成原理，利⽤“伯努利”⽅程，经过周密计算，有效控制和平衡管道内⾬⽔的流速、压⼒，使得⾬⽔管道在短时间内达到满管流状态（即虹吸状态），快速将⾬⽔排出室外。

⼀、虹吸排⽔系统原理虹吸屋⾯⾬⽔排放系统采⽤特殊设计的⾬⽔⽃，使⾬⽔在很浅的天沟⽔深下，即可在管道中形成满流状态。

利⽤建筑物的⾼度和落⽔具有的势能，在管道中造成局部真空，使⾬⽔⽃及⽔平管内的⽔流获得附加的压⼒⽽形成虹吸现象。

利⽤虹吸作⽤，极⼤地加快⽔在排⽔管内的流速，快速排放屋⾯⾬⽔。

⼆、虹吸排⽔系统组成虹吸式屋⾯⾬⽔排⽔系统由防漩涡⾬⽔⽃、⾬⽔悬吊管、⾬⽔⽴管、埋地管、⾬⽔出户管、45度弯头、偏⼼异径短束节、Y型顺⽔三通以及⼀些辅料组成（管道设计必须满⾜当地国家规范并能抵抗正、负压⼒的管道系统均可⽤于虹吸系统排⽔管道。

⽐如ABS、PVC、HDPE、PP、铜管、钢管和铸铁管都⼤量成功地⽤于UV系统）。

三、虹吸排⽔系统演⽰降⾬初期，⾬量⼀般较⼩，悬吊管内是⼀有⾃由液⾯的波浪流→→随着降⾬量的增加，管内逐渐呈现脉动流，拔拉流→→降⾬量再增⼤，系统出现间歇式虹吸现象,出现满管⽓泡流和满管汽⽔混合流,并逐步趋于稳定→→降⾬量进⼀步增⼤，系统达到设计状态，出现⽔的单向流状态,稳定且全⾯的系统虹吸形成；具体形成的图如下：↓↓↓↓↓↓四、虹吸排⽔系统的优势传统重⼒排⽔系统：横管需要⼀定坡度⽴管较多，影响美观管道和配件使⽤量⼤，使⽤寿命较短⼤范围的地⾯开挖⼯作，现场施⼯量⼤，后期装修费⽤较⾼。

虹吸⾬⽔排放系统：横管不需要坡度、管径较⼩，便于建筑处理、减少⽴管和⾬⽔⽃数量、系统寿命长、最⼩的地⾯开挖⼯作，⾬⽔井少、施⼯简单快捷、可节省⼤量装修费⽤。

五、虹吸排⽔与重⼒排⽔的⽐较传统重⼒式⾬⽔排放系统是利⽤⾬⽔本⾝重⼒作⽤，由屋⾯⾬⽔⽃需经过排⽔系统⾃流排放。

一、设计步骤二、计算公式1、 水力坡降（单位长度阻力损失）—R （KPa/m ）gv d l R j 22∙∙=λ R ——水力坡降（单位长度阻力损失），KPa/mλ——沿程阻力系数，取0.018l ——管道长度，mj d ——管道计算内径，mv ——管道流速，m/s2、 沿程水头损失—l h （KPa ） R l h l ∙=l h ——沿程水头损失，Kpa 3、局部阻力损失—j h （KPa ）gv h j 2102∙⨯=ξξ——局部阻力系数，估算时按下表取值：4、 管道某一断面x 处压力—x P （KPa ）∑--=x x x x h vH P 28.92x H ——雨水斗顶面至x 断面几何高差，m∑xh——雨水斗顶面至x 断面总水头损失，Kpa∑∑∑+=jlxhh h5、 系统余压—P ∆（KPa ）∑--=∆n n n h vH P 28.92n H ——雨水斗顶面至排出管出口几何高差，m∑nh ——最远端雨水斗顶面至排出管出口总水头损失，Kpan v ——排出管出口流速，m/s 6、 管道流速—v (m/s) 24jd QA Q v ⋅==π 三、计算软件控制因素 1、检查雨水斗最小高度雨水斗顶面至过渡段的高差，在立管管径不大于DN75时，宜大于3m ；在立管管径不小于DN90时，宜大于5m ；如不满足，可增加立管根数，减小管径。

2、检查管道流速（依据公式6）（1）管道设计流速不小于1.0m/s ，使管道有良好的自净能力，这一要求适用于系统所有管段；最大流速常发生在立管上，宜小于 6.0m/s ，以减小水流动时的噪音，最大不大于10m/s ；立管最小流速控制在2.2m/s 。

（2）系统过渡段下游（排出管出口）的流速，不宜大于2.5m/s ；当流速大于2.5m/s 时，应采取消能措施。

3、检查系统势能是否足够（依据公式5）系统的总水头损失∑h n （从最远斗到排出口）与出口处的速度水头之和（mH20）,不得大于雨水斗天沟底面与出口的几何高差H ，其压力余量P ∆宜稍大于10KPa 。

倒虹吸计算公式
实际上虹吸流动时有水流阻力，有能量损失，需知道虹吸管的长度及布置情况。

做为初学，可假定为理想情况，不考虑能量损失。

设水源水面到虹吸管出口的高差为H，列水源水面到虹吸管出口的伯努利方程得：
H1=V^2/(2g) , 得虹吸流速：V=(2gH1)^(1/2)
虹吸流量：Q=(3.14D^2/4)(2gH1)^(1/2) D为虹吸管内径。

设最高点压强为P，虹吸管最高点到出口的高差为H2，列最高点到出口的伯努利方程得：
H2+P/(pg)+V^2/(2g)=V^2/(2g)
得：P = -pgH2 (相对压强，即不包括大气压，相对压强为负值，即绝对压强小于大气压，就是处于一定的真空状态，理论上最大真空值不能超过10米水柱，即H2<10米水柱）
也可列容器液面到最高点的伯努利方程：
0=H3+P/(pg)+V^2/(2g)
P=-pg[H3+V^2/(2g)]=-pg[H3+H1] = -pgH2 （答案与上面相同）
当然虹吸管的工作条件之一是虹吸管必须先充满水，而且管道不进气（容易进气的部位是在虹吸管的顶部，因为此处压强小于大气压，而虹吸管两端进出口处都大于大气压，倒不容易进气。

）因此虹吸管壁不能有孔眼和裂缝。

因实际的水流有阻力，有能量损失，虹吸管顶点的允许安装高度远小于10米！
说明：本例在不考虑水流能量损失，而且虹吸管截面是均匀的情况下，得出与截面积、管长、流速无关。

但实际有水流的能量损失，计算要远比以上复杂。

虹吸雨水计算书计算原理参考《建筑与小区雨水利用工程技术规范》（GB50400-2006）一、基本参数：管材：HDPE 温度：10℃二、基本计算公式：1、 暴雨强度公式： nb t P C A q )()lg 1(167++=式中：q -- 降雨强度，（L/s ·ha 、L/s ·hm 2、L/s ·104m 2） t -- 降雨历时（min ） P -- 设计重现期（年） A 、b 、C 、n -- 当地降雨参数2、 雨水设计流量公式：qF k Q l ψ=式中：Q -- 雨水设计流量（L/s ） q -- 降雨强度，（L/s ·ha 、L/s ·hm 2、L/s ·104m 2） ψ-- 径流系数。

F -- 汇水面积（hm 2）1 hm 2 = 10000平方米 gv d l h f2λ2=式中：h f -- 管道沿程阻力损失（m ）；1米=10kPa λ-- 管道沿程阻力损失系数，按下式计算 l -- 管道长度(m) d -- 管道计算内径（m ） v -- 管内流速（m/s ）g -- 重力加速度（m/s 2） 取 9.81⎪⎭⎫ ⎝⎛+=λΔλRe 51.27.3lg 21d 式中：△ -- 管壁绝对粗糙度（mm ），由管材生产厂提供Re -- 雷诺数5、 局部阻力损失：∑25xj v T h =式中：h j --局部阻力损失（mbar ）1mbar=100pa=0.1kPaT -- 局部阻力系数V x -- 管道某一x 断面处流速（m/s ）6、 总阻力损失j f h h h +=总7、管道某一x 断面处的压力：∑---⨯=2251.98x x x x Zv h P式中： P x -- 管道某一x 断面处的压力（mbar ）1mbar=100pa=0.1kPa h x -- 雨水斗顶面至计算断面的高度差（m ） v x -- 管道某一x 断面处流速（m/s ） ∑Z x-2 -- 断面处对应最远雨水斗至计算断面的总阻力损失之和（mbar ）8、压力余量计算公式：∑--=∆Z v H P r 2151.98式中：△P r -- 压力余量（mbar ）1mbar=100pa=0.1kPa H--雨水斗顶面与排水管出口的几何高差（m ） V 1 -- 排水管出口的管道流速（m/s ）∑Z -- 最远雨水斗至排水口处的总阻力损失之和（mbar ）3、 流速2π4dQv =式中：V -- 流速(m/s)Q -- 管段流量（L/s ）d -- 管道的计算内径（m ）4、 沿程阻力损失：四、计算结果：管道最大负压值： -81.37 kPa 压力余量：20.3 kPa。