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1、虹吸式排水工作原理
     虹吸現象我們在日常生活中經常可以看到。我們把一根灌滿水的塑料管用手指堵住兩端分別放入魚缸和水杯中，同時放開手指，由於兩個液畫存在高差h1，此高差部分水在重力作用下流向水杯，從而使上部塑料管內產生負壓，魚缸內水就會被吸入塑料管，水就會不斷的從魚缸流向水杯。這就是虹吸現象。當魚缸與水杯液面高差越大時，塑料管內水流速度越大，排水越迅速。
     虹吸式雨水排放系統正是利用這一原理，利用建築物屋面高度所形成的水頭來實現虹吸排水。降雨來臨時，屋面逐漸形成積水，由於採用了科學設計的防漩渦雨水斗，當屋面雨水高度達到一定高度，通過控制進入雨水斗的雨水流量和調整流態減少漩渦，從而極大地減少了雨水進入排水系統時所夾帶的空氣量，使得系統中排水管道呈滿流狀態，當雨水通過管道變徑時，在此處產生負壓，加速雨水的排放速度。
2、工作狀態
虹吸式雨水排放系統管內壓力和水的流動狀態是不斷變化的過程。降雨初期，雨量一般較小，懸吊管雨水流態是有自由液面的波浪流。根據雨量大小的不同，部分情況下初期無法形成虹吸作用，是以重力流為主的流態。隨着降雨量的增加，管內逐漸呈現脈動流，拔拉流，進而出現滿管氣泡流和滿管汽水混合流，直至出現水的單相流狀態。降雨末期，雨水量減少，雨水斗淹沒泄流的斗前水位降低到某一特定值（根據不同的雨水斗產品設計而不同），雨水斗逐漸開始有空氣摻入，排水管內的虹吸作用被破坏，排水系統又從虹吸流狀態轉變為重力流狀態。在整個降雨過程中，隨着降雨量的增加或減小，懸吊管內的壓力和水流狀態會出現反復變化的情況。與懸吊管相似，立管內的水流狀態也會從附壁流逐漸向氣泡流，氣水混合流過渡，最終在虹吸作用形成的時候，出現接近單相流的狀態。
3、系統組成
     3.1雨水斗
         一般來說，雨水斗的設計是整個虹吸系統的能否按設計要求工作的關鍵所在之一，它的穩流性越好，產生虹吸所需的屋面匯水高度越低，總體性能就越優越。
         標準型的雨水斗，是由雨水斗底盤、夾圈、空氣隔板、格柵外罩蓋組成。另外根據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。雨水斗材質為HDPE、鑄鐵或不鏽鋼。其各部分有不同的結構功能。雨水斗置屋面層中，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，使雨水平穩地淹沒泄流進入排水管。
     3.2系統管道
          管道作為虹吸式屋面雨水排放系統最主要的部分，而管道的變徑可以加速雨水的排放和 流量，必須確保系統安全可靠，高效持續的運行。虹吸式系統作為一個特殊的排水系統，正常工作運行時管道內呈負壓狀態，因此管道的管壁必須具備相當的承壓能力，管道接口必須完全的密封防止空氣進入管道內出現氣團，破坏虹吸作用。同時管道要具有較高的防火性能，並且做到盡可能降低噪聲，吸收震動，抗擊衝擊外力，最大程度滿足抗溫度變化引起的形變。
          目前虹吸式雨水管道系統一般採用鍍鋅無縫鋼管溝槽管件連接、不鏽鋼管或HDPE管粘接。
          北京某工程虹吸式雨水排放系統就選用鍍鋅無縫鋼管，連接方式為溝槽連接。鍍鋅無縫鋼管作為傳統的管道材料能夠滿足虹吸式雨水系統的承壓要求和防火性能。但普通的溝槽連接管件不能滿足系統抗負壓要求，如下列條件：
          因此必須採用專門設計的抗負壓的溝槽管件，在正負壓不同狀態下，通過不同的密封點而保証系統的密封性。同時溝槽管件中管頭縫隙還可以消除因熱脹冷縮而產生的管道位移。   
     4.1雨水斗安裝
         雨水斗的安裝位置應滿足以下要求：
          （1）雨水斗離牆至少1米。
          （2）雨水斗之間距離一般不能大於20米。
        天溝雨水斗安裝：在屋面防水層施工前安裝不鏽鋼底盤放在預留孔的正上方，確保底盤與面板頂面標高保持一致，同時用混凝土封堵尾管與預留洞之間的空隙。在混凝土封堵完成后，土建方開始進行防水施工，但要保証防水層不超過規定界限。防水施工完成后，安裝夾圈，防水保護層及找平層做到夾圈的邊緣。在屋面工程結束，管路系統安裝完畢后安裝空氣擋板或隔柵防護罩。
    4.2管道安裝
         鍍鋅無縫鋼管採用卡箍連接，按照設計坐標、標高位置，現場實測尺寸進行劃線切割、下料，預制管道。管道斷口需用鋼銼挫掉毛刺進行防腐處理，用專用滾槽機壓出槽口，將兩段管段對齊用專用卡箍卡緊。按管線坐標位置放線安裝固定支弔架將管段水平吊裝。嚴格按圖紙施工，特別是變徑位置必須在設計位置的±0.20m以內。
    4.3檢驗與試驗
         在系統管路安裝完成后，排水管道按規範要求做灌水試驗。系統灌水試驗合格后，還需要做排水性能試驗。虹吸式排水系統可以採用以下三種實驗方法：
        （1）、單位時間內水容積增減的方法（適用於混凝土屋面）。先將排水系統的立管出口密封並將對應的排水區域分開設立儲水區，然後向儲水區內持續加水（要求水深小於0.5米，供水量應滿足按設計排水量排放一分鐘）。打開排水出口5秒鐘后，記錄30秒內屋面水面的變化量並計算：排水能力（升／秒）：水容積變化量30秒。
        （2）、管道流量計測量的方法。在排水系統排出干管部分安裝流量計，並密封出口，將對應的排水區域分開設立儲水區，然後向儲水區內持續加水（要求水深小於0.5米，供水量應滿足按設計排水量排放一分鐘）。打開排水出口5秒鐘后，記錄30秒內流量計顯示的數值並計算平均值為其排水能力。
        （3）、採用降雨時實際觀測來計算雨水的排水能力的方法。降雨量依據當地氣象部門監測數據。
    5、技術要點
        虹吸式屋面雨水排放系統，系統排水管道均按滿流有壓狀態設計，因為整個系統的正常運行依靠虹吸作用，所以確保產生並維持虹吸作用的技術要點是保証系統正常運行必要條件。
    5.1虹吸式屋面雨水排放系統水的持續流動性
         在保証水流方向的持續流動性是維持虹吸作用的關鍵。特別是在管道轉彎角度相對較大，甚至呈90°的時候，很有可能因為管內流速的突然下降而引起虹吸作用被破坏。因此，當水流有90°的方向改變時，此處彎頭的連接方式，必須注意設計一個啣接管段，以保証流速不會突然大幅下降，而是維持上升的狀態，從而整個虹吸式屋面雨水排放系統得以正常運行。當系統中出現90°T型支管時，當橫管內水流以較快的速度沖向管壁突然遇到阻礙，在極短的時間內速度降為零。一方面對於管壁形成極大的衝擊，另一方面，水流撞擊管壁后又以一個與初始方向相反的速度，迅速的在管內形成回流，這樣，兩股方向相反的水流在管內衝撞，很容易形成水塞，阻礙排水管排放，破坏虹吸作用。因此，在施工時可根據管道的空間和環境情況來進行選擇相應的解決方式。例如在拐彎或支管彙集處可以採用相對較大的管徑起緩衝作用，或在拐彎彎頭處採用雙45°彎頭、支管彙集處採用斜45°三通以避免出現90°變化的啣接管段。
         某工程為超高層建築，為保証整個系統的安全，虹吸式雨水系統管道材質選用鍍鋅無縫鋼管，而無縫管成品管件中沒有45°三通，為此為滿足系統要求，我們自己精細加工出各種規格的45°三通，壓完槽后進行二次鍍鋅處理，解決了無縫管成品管件中沒有45°三通的問題。
    5.2虹吸式屋面雨水排放系統氣水混合流的影
         當系統管道內形成虹吸作用時，由於可供使用的管道管徑不一定恰好是計算所得的管徑尺寸，因此管道內部會有很多溶解在水中的小氣泡，並不是完全理想化的液體單相流。這些微小氣泡在流動過程中會逐漸釋放，然而這種氣水混合流而非氣水兩相流的流態，仍可以被看作虹吸作用，是允許存在的狀態，並不影響虹吸作用的形成，也不影響系統的排水能力。影響管道內水的流態的另一個重要因素是系統內各部分的負壓，負壓過大時會導致管內流速過快，發生氣蝕現象，對於金屬管道產生極大傷害。同時負壓過高，系統內小氣泡會在負壓作用—破裂使管道系統產生劇烈震動，減少系統使用壽命。因此在虹吸式雨水管道計算時要求管道內負壓不超過-0.08Mpa（氣蝕臨界值約為-0.092MPa）。
         但是，溶解在水中的氣泡並不意味着管道內的氣團。如果排水管道內，中間部分是氣團，沿壁部分是水流，這樣就是傳統重力雨水排放系統的管內流態。管道內氣團的存在，嚴重影響虹吸作用時管內滿流狀態的形成，水流在管內的充滿度相當低，大大減小了系統的排水能力。
    5.3虹吸式屋面雨水排放系統的一體性和密封性
        為保証虹吸排水的產生和持續作用，就要求從雨水斗到管道系統的整套排放系統必須是一體的，各部分緊密相連。如果雨水斗有一個完全敞開的入口，空氣就會在水流旋轉作用的帶動下，從入口出進入整個雨水排放系統，這樣就根本無法形成滿流的虹吸狀態，整個系統也不再是高效的虹吸式排放系統了，實際上已經作為一個傳統的重力式排水系統在工作了。但是，重力式排放系統為了達到比較好的排放效果，在安裝管道時要求懸吊管的最小坡度為2％。而虹吸式系統的懸吊管安裝坡度為零，沒有重力勢能的作用，整個系統無法有效進行排水。因此，只有當雨水口的入口處半敞開時，才能有效阻止空氣隨時進入系統，當斗前水深滿足一定要求時，能夠形成水封，完全隔斷空氣，迅速形成虹吸作用。除了必須保証入口處有效阻止空氣進入，還必須保証系統管道中沒有空氣進入。所以，另一個要求就是系統的完全密封性，要保証管道無滲漏。因為在虹吸作用時，管道內的水流是壓力流的狀態，一方面管壁承受壓力，承插口處同樣受壓，容易發生滲漏；另一方面，一旦發生滲漏，則管內壓力狀態改變，影響正常的虹吸作用
    6、效益分析
        傳統重力流雨水排放系統與虹吸式雨水系統相比管道內雨水流態是不一樣的。在重力流系統中，水沿着立管的管壁流下，中間形成空氣柱，在懸吊管段水依靠重力非滿管水平流動，一般情況下，管材斷面約1／3為水，2／3為空氣。
        根據《建築給排水設計規範》第4.9.20規定，重力流屋面雨水排水管系的懸吊管應按非滿流設計，其充滿度不宜大於0.8，管內流速不宜小於0.75m／s。且坡度不宜小於0.5％，需要較大的懸吊管管徑和坡降。同時為了在同一根雨水管上的各個雨水斗的雨水能夠正常排放，因而限定一根雨水懸吊管的雨水斗的數量不得超過4個，這也導致了雨水懸吊管和雨水立管數量的增加，同時增加了屋面荷載，也增加了工程的造價。重力流屋面排水系統受其水力特性的限制，造成排，水立管多，管徑偏大，排水能力偏小，對於大麵積工業廠房及公共建築屋面排水系統則更顯突出。同時，由於懸吊管需要一定的坡度，將影響建築空間的利用。
        某工程地下建築面積6萬平米，排出室外的地下一層雨水管道跨度長，按重力流大部分 的雨水管道坡度按0.5％計算坡降有40公分，選用虹吸式雨水排放系統后，由於雨水管道無坡度要求，管徑又縮小，大大提高了地下室空間的利用。為地下室錯綜複雜的機電管線排布提供了便利。
        由於虹吸式雨水系統管道排水均按滿流有壓狀態設計，排水管泄流量要遠大於重力排水系統中同一管徑排水管的泄流量，也即排出同樣的雨水流量，採用虹吸排水系統的排水管管徑要小於採用重力排水系統的排水管管徑。由於虹吸排水系統中雨水懸吊管內水流在負壓抽吸作用下流動，懸吊管可做到水平無坡度敷設，懸吊管接入雨水斗的數量不受限制，可以減少雨水立管的數量，便於建築空間的利用。
        某工程原設計的重力流雨水系統雨水立管數為22根，採用虹吸式雨水系統后雨水立管由原來的根減少到12根，同時由重力流雨水系統中系統最大管徑DN250減小到虹吸式雨水系統中系統最大管徑DNl50。
        虹吸式雨水斗排水量遠遠大於普通重力流雨水斗，能夠迅速排出屋面雨水，雨水斗前水深較淺，降低了建築物物面荷載的要求，能夠大大節約工程造價。同時，當產生出虹吸作用時管道內水流流速很高，因此系統具有較好的自清功能，管道不易堵塞。
        虹吸式雨水系統與傳統重力流雨水系統優缺點：
        系統形成傳統重力流雨水                                                        虹吸式排水系統形成虹吸式雨水系統。
        雨水斗佈置數量多，規格大                                                     虹吸式排水數量少，規格小。
        懸吊管坡度依靠重力流坡度不小於0.005，                                 虹吸式排水占空間滿管壓力流，可水平安裝，節約空間。
        立管根數立管根數多                                                              虹吸式排水立管根數少。
        管道管徑管徑大                                                                    虹吸式排水管徑小。
        管道布局受坡度限制，布局困難                                               虹吸式排水無坡度限制，布局靈活。
        屋面荷載排水能力小、斗前水深、荷載要求高                             虹吸式排水排水能力大，斗前水淺、荷載要求低。
        管內流速流速小，易阻塞                                                        虹吸式排水流速高，有自潔功能。
 

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