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摘要：本文通过工程实例，阐述了当前虹吸式屋面雨水排放系统的应用。
关键词：虹吸雨水排放系统；虹吸雨水斗；HDPE
虹吸原理应用在屋面雨水排放技术中的历史，可以追溯到二十世纪六十年代。1968年在欧洲，虹吸式屋面雨水系统的概念初次被提出，就在建筑界引起了轰动，这种新颖的技术非常便捷的解决了大型屋面的雨水排放问题。当时采用的是一种满管压力流系统，在管道式屋面雨水排放系统方面取得了重大突破。随后在瑞典建成了首个商业化的虹吸式屋面雨水排水系统。因为设计系统时的计算精确度较高、能充分利用雨水本身的重力势能，整个系统具有节省材料、节省空间、水平管道可以长距离安装且无需坡度等优点，特别适用于具有大型屋面的公共建筑、工业用房等等。
自二十世纪八、九十年代开始，虹吸式屋面雨水排水系统在国内越来越多的被采用，如北京南火车站、浦东国际机场、苏州国际博览中心等一批大型项目相继建成，最近几年时间里，随着该项技术日益为业界所接受，虹吸式屋面雨水排放系统的应用也被迅速推广。我们从一个具有代表性的工程，来了解当前虹吸式屋面雨水排放系统的应用现状。
工程概况：温州医学院附属第一医院迁扩建工程，位于温州市瓯海区南白象街道，用地面积500亩。医院总建筑面积350000m2，其中地上建筑面积257000m2。屋面汇水面积及病房楼高出部分侧墙面积的投影总和约为18500平方米，屋面为混凝土屋面。若采用传统工艺，即重力流来排放屋面雨水，则需要在屋面设置较大坡度，汇水面积也分割的较小，需要安装较多立管，影响建筑物的使用及立面造型，导致屋面天沟、普通雨水斗、连接管、水平悬吊管、排水立管、出户埋地管等重力排水系统的组成部分都会对建筑的使用、观感产生不利影响。落在屋面投影区域内的雨水，经过地表径流，汇集到屋面天沟，流入雨水斗，经过连接管、悬吊管、进入排水立管，再经出户管，最后汇集到雨水检查井，或经室外埋地管排至市政雨水管道。屋面上的雨水，从与外界环境连通的雨水斗中进入排水管道时，会与空气一同形成气液混合物进入排水管道，所以雨水管道中输送的介质包含气、水两种。在持续降雨过程中，随着时间的不断增长，汇水面积逐渐增大，地表径流流量不断加大，天沟雨水加深，使进入雨水管道的空气量发生变化，引起管道内压力变化。天沟内的雨水深度和雨水斗的过水直径，对雨水斗的排水量起到决定作用，天沟内过大的雨水深度，会大大增加天沟的负荷，导致天沟的水深成为重力排水系统的瓶颈。水平悬吊管的作用是把汇集到多个雨水斗中的落水远距离的输送到雨水立管内，雨水流动的动能均来自于水面的高差、管道的坡度，当水平悬吊管长度过大时，会导致管内雨水流速过缓，不利于雨水的顺利排出。重力式雨水排水系统中，排水量偏大时，天沟内的雨水深度不容易控制，而管道内的雨水流速无法加快，这就造成在此种情况下，重力排水系统排水能力不能满足需要。要解决这个问题，就有必须在雨水斗的进水位置和水平管道内提供必要的动力。而虹吸式雨水排放系统很好的弥补了传统排水系统的这个不足，利用“虹吸”原理，在屋顶的数条天沟内设置了虹吸雨水斗，在虹吸雨水斗咽部产生的负压，能够使雨水在虹吸雨水斗的盖板下流速加快，经水平悬吊管，并在其两端产生压力差，从而能够使雨水在水平悬吊管内能快速的流动，再由相应的数根立管排入室外，立管内的动力来自立管水头高度，扣除管道阻力和过渡段阻力，立管剩余水头形成顶部负压，过渡段水流靠部分立管水头推动，充分利用了屋面雨水的总水头高度，形成管道内的压力。这样做既保证了屋面雨水及时顺畅的排出，又不影响建筑物的使用和外立面的美观，同时不必在 屋顶设置较大坡度。
设计依据参数为：降雨强度采用浙江温州地区20年重现期，降雨强度（q=741.79L/s*ha）（降雨历时按5分钟考虑）；溢流口或溢流系统设计为满足浙江温州地区50年暴雨重现期，降雨强度采用（q=842.18L/s*ha）（降雨历时按5分钟考虑）。根据屋面情况，将屋面虹吸雨水系统分为23套系统，共采用虹吸雨水斗114个，其中虹吸式雨水系统共有21套系统，采用虹吸雨水斗110个，溢流系统2套，采用虹吸雨水斗4个，所有系统的悬吊管流速不小于1米/秒，确保悬吊管内无淤积，立管最大流速不大于10米/秒，系统出户口流速不大于1.8米/秒，悬吊管水头损失不大于0.08mPa。为确保系统安全、可靠的运行，整个系统中增设独立的溢流系统，同时，虹吸系统出户管管径满足预留套管管径大小，保证安装能正常完成。
系统设计和选材情况：1、虹吸雨水斗由不锈钢316底盘，防水夹圈和铝合金空气挡板组成，雨水斗带有反涡流装置，进入系统的雨水在设计条件下呈现水满流状态。2、管路选用的是虹吸专用高密度聚乙烯HDPE管道，该种管道高温抵抗力强，可耐受高达100℃的温度；紫外线抵抗力强，；安装方便快捷，采用热焊与电焊焊接；重量轻；低导热；抗冲击。在HDPE管道内形成附壁流、波浪流、泡沫流、满管流等虹吸的几种流态。3、二次悬吊装置系统及支吊架系统。首先安装防膨胀的紧固系统，通过螺纹杆把40×40镀锌方钢固定在结构梁上，成为悬吊梁。再通过管卡把HDPE管道悬吊固定在镀锌方钢上。这种紧固系统的特点是HDPE管膨胀应力由固定管卡传递到悬吊镀锌方钢上，被镀锌方钢所消解，使HDPE管道的膨胀应力对建筑结构不会造成影响，同时由于镀锌方钢的钢性可以限制HDPE管道的振动，具有防晃抗震等作用，为虹吸管路系统提供有效补偿。
虹吸式雨水系统，能解决一些传统重力式雨水系统无法做到的设计难点，而且在节省管材和施工量上，有着传统系统无法比拟的优势，因此其已经获得大范围应用，有着广阔的前景。
参考文献：
[1] 张自杰.排水工程（第四版）[ M ].北京：中国建筑工业出版社.2000.
[2] 中国工程建设标准化协会.虹吸式屋面雨水排水系统技术规程CECS183：2005 [ S ].北京：中国计划出版社.2005.
[3] 中华人民共和国建设部.建筑给水排水设计规范GB500015 – 2003 [ S ].北京：中国计划出版社.2003.
论文作者:朱国军
论文发表刊物:《基层建设》2015年11期
论文发表时间:2016/11/4
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