1重力流与压力流雨水排水系统的对比分析
建筑雨水排水系统是防止屋面渗水的重要设施，在对屋面雨水排水系统进行设计时应根据实际情况进行选择，必须遵循迅速排水、安全、经济的原则。当前我国建筑雨水排水系统仍主要采用重力流雨水排水系统，并在多年的应用中积累了丰富的经验［2］。重力流雨水排水系统主要包括普通雨水斗、悬吊管、立管、埋地管及出户管等部分，其工作原理是利用雨水的重力进入排水系统，但当雨水流量过大时，超量水会对排水管道产生压力，容易导致排水系统的损坏。随着科技的进步，压力流(虹吸式)雨水排水系统的设计与建设逐渐成熟，在我国也开始得到推广与应用［3］。相比重力流雨水排水系统，虹吸式雨水系统的系统组成基本一致，包括防漩涡雨水斗、悬吊管、立管和出户管等部分，但防漩涡雨水斗的技术要求较高，要保证系统水力上的平衡才能正常使用。重力流雨水系统采用普通雨斗，按有压非满流状态进行排水设计，而虹吸式雨水系统的雨水斗具有防漩涡功能，在屋面雨水高度超过雨水斗高度时通过控制雨水流量使得系统中排水管道呈满流状态，这极大地提高了排水效率。实测资料表明，重力流雨水系统雨水斗与立管的距离越近，排水能力越强，但达不到虹吸式雨水系统的排水能力，而虹吸式雨水系统不会因雨水斗与立管距离的不同产生不均匀排水的问题。因此，通常重力流雨水系统采用单斗排水设计，而虹吸式雨水系统可在悬吊管排水极限的范围内接入多个雨水斗。重力流雨水系统管道是按照半压力流进行设计的，悬吊管、横管等必须设置一定的坡度，确保在雨量较小时雨水的正常排出。虹吸式雨水系统管道时在满流有压状态下工作，利用管道内较强的抽吸作用排出雨水，只要保证管道不存在倒坡即可保证系统的正常使用，这极大地方便了工程施工。此外，重力流雨水系统的单斗排水还会导致连接立管的排出管道过多，不仅影响建筑美观，而且还会减少排水管道的有效断面，降低排水系统的排水能力。而虹吸式雨水系统可以实现多个雨水斗同时接入悬吊管，管内的抽吸作用可以保证充分利用排水管道的排水能力，可不设置传统的管道井等辅助设施。
2虹吸式压力流雨水系统的设计
精确的水力计算是虹吸式压力流雨水排水系统设计的关键，其初步决定了管径、管长、各节点布置等参数的设置，在工程施工中常常还会因客观条件的限制进行适当调整。雨水量计算是虹吸式压力流雨水系统水力计算的前提。在进行雨水排水系统设计前，应建筑工程当地的气候条件，确定降雨历时、降雨强度、设计重现期、汇水面积等参数。对于屋面雨水排水系统，降雨历时通常取5min。降雨强度通常按照为设计室外雨水管渠而编制的暴雨强度公式计算确定，但计算值一般都略低于实测值，需要留有一定富余量，也可根据气象局和水文总站统计确定的5min降雨强度最大值，并经频率计算调整后最终得到屋面雨水排水系统设计用降雨强度。建筑的重要程度、汇水区域性质、气象特征等都是设计重现期的重要影响因素，但设计重现期越高，排水系统的设计要求越高，会显著增加工程造价，需要结合工程实际情况确定。受建筑结构的影响，屋面汇水面积应按屋面水平投影面积和侧墙、窗井、裙房等建筑投影折减面积计算确定。屋面雨水设计流量可由设计降雨强度、屋面汇水面积计算求得。虹吸式屋面雨水排水系统设有独立的溢流口或溢流系统，其总排水能力不低于重现期为50年的5min降雨历时的设计雨水流量。根据求解的总降雨量和各区域的汇水面积流量可以确定压力流雨水斗的规格、技术指标和雨水斗的数量。在各分区雨量计算和雨水斗结构布置的基础上，可以绘制雨水管系统的布置草图，从而方便进行虹吸式屋面雨水排水系统的水力计算。在保证系统安全、可靠的前提下，充分利用水头来减小管径和降低造价是水力计算的目的。随着科技的进步，当前排水系统设计大都采用软件进行水力计算，这不仅极大地提高了设计效率，而且能够保证数据计算的准确性。研究表明，流速、建筑物高度、雨水压力等参数对水力计算结果的准确性会产生一定的影响，需要在合适的范围内选用［4］。系统内负压会降低水的沸点，使管内产生大量的水蒸汽气泡，引起金属管道的气蚀，也易导致管径过大的塑料管过早破损。因此，虹吸规程规定管内的最大负压不能超过－900mbar。管内流体流速越大，对管道的冲击越大，而流速过小容易导致泥沙等杂质阻塞管道。因此，立管内流体流速控制在2.5m/s～10m/s。各并联的雨水斗水头损失的不均衡会破坏整个系统的虹吸作用，各雨水斗之间的水头损失应当控制在150mbar以内。在实际工程设计时，有必要对可利用的总水头的使用留有一定的余量，以方便后续的设计更改，一般压力余量宜略大于100mbar。因此，虹吸式压力流雨水排水系统的设计可按照确定各分区汇水面积、计算总降雨量和各分区的设计降雨量、确定雨水斗的规格和数量、绘制雨水管系系统图、估算雨水管系的管径、水力计算、调整管系布置系统、水力计算验证、绘制正式图纸的步骤进行。
3虹吸式压力流雨水系统的应用
相比传统重力流雨水系统，虹吸式压力流雨水排水系统具有立管数量少、施工简单、管道利用率高、自净防淤等优点，在大型建筑屋面和结构越复杂的屋面上应用具有明显的优势，在中小型屋面上应用可方面管道的布置、节约空间，也具有一定的优势。随着压力流(虹吸式)雨水排水系统的应用越来越多，其在系统布置和使用功能上的优势得到肯定，而从工程经济角度看，压力流(虹吸式)雨水排水系统也有一定的优势［5］。从某机场航站楼应用压力流(虹吸式)雨水排水系统的程造价来看，当采用相同材料的排水管道时，重力流排水系统造价相当于虹吸式排水系统造价的2倍。此外，虹吸式压力流雨水排水系统在国家体育场工程、国家游泳中心及多个省市的大型体育场馆中得到广泛应用。虹吸式压力流雨水排水系统的施工主要包括施工准备、雨水斗安装和管道安装等重要环节。在雨水排水系统安装前，应根据施工图纸和相关技术文件资料落实施工组织设计方案、施工进度计划等技术资料及材料、人员、机械设备等要素。虹吸式压力流雨水斗包括导流罩、抗涡流装置斗体和出水管等部分，并按照斗体、防叶罩、辅助部件的流程进行安装。为减少暴雨冲刷力对斗体的影响，应采取多种技术措施(设置预留孔、绕灌混凝土、螺栓固定等)保证斗体与建筑屋面连接牢固。在雨水斗进水口釆取封堵措施可防止雨水渗入建筑屋面的隔热层、保护层及结构内部，在施工完成后应进行闭水试验以检验屋面的防水效果。虹吸式压力流雨水排水系统用管道有高密度聚乙烯管、钢管、铸铁管、不锈钢管等多种，在进行管道安装工作时应根据管材的特性和设计要求进行固定和安装，当前应用最为广泛的是高密度聚乙烯管。为方便安装，可根据施工现场的实际情况选择合理的管节尺寸进行预制加工，一般管节长度不宜超过10m。管道的安装遵循“先地下再地上”的原则进行，即先铺设埋地管道，再连接和安装立管、悬吊管和雨水斗连接管。从虹吸式压力流雨水排水系统的原理来看，可以不设置管道的排空坡度，但实际工程应用中均采用0.003的坡度，可防止管段局部倒坡导致(管道变形)积水或泥沙堆积的现象，保证雨水排水系统的安全运行。
4结束语
相比传统重力流式雨水排水系统，虹吸式雨水排水系统的雨水斗具有防漩涡功能，可提高屋面雨水的排水效率，在建筑工程中得到越来越广泛的应用。虹吸式压力流雨水排水系统可采用专业的软件进行计算和设计，但应根据建筑结构的特点及当地的降雨情况确定水力计算参数。在虹吸式压力流雨水排水系统的施工中，应做好雨水斗和管道的固定、密封工作，并合理设置管道的排空坡度。
作者：王玉峰 单位：江苏纬信工程咨询有限公司
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