论文-压力流(虹吸式)屋面雨水排水系统的设计与应用.pdf

给 排 水 在 线给 排 水 在 线 www.G www.G 中国给排水工程师的网上家园；中国水行业企业商务信息发布的有效平台 编辑部：info；业务部：market；技术部：tech !建筑给排水!压力流 （虹吸式） 屋面雨水排水系统的设计与应用徐志通童球提要分析了国产压力流 （虹吸式） 屋面雨水排水系统的工作原理、 技术优势， 技术特性及管材的选用， 阐述了水力计算要点， 并以实例说明水力计算的步骤与方法。关键词压力流 （虹吸式） 屋面雨水排水系统虹吸式雨水斗原理水力计算管材目前， 虹吸式雨水斗的国家标准图集 !#$!% 已经出版发行， 图集提供了两种国产虹吸式雨水斗的安装方式； 随着对该系统的原理、 水力计算的理解与实践的深入， 推广压力流 （虹吸式） 屋面雨水排水系统的条件已经具备。!压力流 （虹吸式） 屋面雨水排水系统的技术优势降雨过程中屋面承接的雨水沿屋面坡向汇集到檐沟和天沟， 经雨水斗、 悬吊管及立管、 排出管排出。从水力学的观点可分为重力流屋面排水系统和压力流屋面排水系统两类。不同的屋面雨水排水系统，采用不同的设计计算方法。此前， 我国的屋面排水系统按重力流设计， 屋面重力流雨水排水系统采用重力式雨水斗， 雨水斗的排水状况是自由堰流， 流入雨水斗的雨水掺入空气， 形成水气混合流， 雨水斗的设计流量小； 按重力流计算的悬吊管要求不大于!& 的充满度和大于 ()的坡度， 因此需要较大的管径和坡降； 为了维持连接在同一悬吊管上的各个雨水斗的正常工作， 限定连接雨水斗的数量不多于 *只， 导致雨水立管的根数增加。重力流屋面雨水排水系统受其水力特性的限制， 造成排水立管多、 管径大、 排水能力小， 对于大面积工业厂房及公共建筑屋面雨水排水系统则更显突出。压力流 （虹吸式） 屋面雨水排水系统， 采用虹吸式雨水斗， 排水能力有很大的提高； 在符合水力计算的条件下， 接入悬吊管的雨水斗的个数不受限制， 因此减少了立管和埋地管的数量； 悬吊管不需坡度， 安装方便、 美观； 系统按虹吸流计算， 可以减少选用管道的管径， 管内流速增加，有利于提高自净能力； 由于单一系统的悬吊管长度可达 (! +， 主立管可以靠近外墙， 建筑物内可以不需做管道井， 不埋设管道， 对于建筑物内地面下管道多或不宜设井的场所尤为适宜。可见， 压力流 （虹吸式） 屋面雨水排水系统与重力流相比有明显的技术优势。压力流 （虹吸式） 屋面雨水排水系统的工作原理压力流 （虹吸式） 屋面雨水排水系统由虹吸式雨水斗、 雨水悬吊管、 雨水立管、 埋地管、 雨水出户管（排出管） 组成 （见图 ） 。国产化的压力流 （虹吸式）屋面雨水排水系统开发了具有良好整流功能的下沉式雨水斗系列产品， 在设计降雨强度下雨水斗不掺入空气， 降雨过程中相当于从屋面上一个有稳定水面的小水池向下泄水， 经屋面内排水管系， 从排出管排出， 管道中是全充满的压力流状态， 屋面雨水的排水过程是一个虹吸排水过程。所以， 把具有虹吸排水能力的屋面雨水排水系统称之为压力流 （虹吸式）屋面雨水排水系统是比较贴切的。压力流 （虹吸式）屋面雨水排水系统内管道的压力和水的流动状态是变化的。降雨初期降雨量较小， 悬吊管内是一有自由表面的波浪流， 随着降雨量的增加， 管内呈现脉动流、 拉拔流， 进而出现满管气泡流和满管气水乳化流， 直至水的单相流状态。降雨末期， 雨量减少， 雨水斗淹没泄流的斗前水位降低到某一定值， 雨水斗开始有空气掺入， 排水管内的真空被破坏， 排水系统从虹吸流工况转向重力流。在降雨的全过程中， 随降雨量的变化， 悬吊管内的压力和水流状态会反复变化。与悬吊管的情况相似， 在水量增加时， 立管内水流会从附壁流向气塞流、 气泡流、 气水浮化流、 水单向流过渡。压力流 （虹吸式） 屋面雨水排水系统水力分析见图 %。式 （） 列出 % , % 和 ! , ! 断面的伯诺里方程 #$%!#%& !#$!#%!% （$ ,9:; -% ,9:;； 对于塑料管道， 管径 #% ? $)% 应小于 !% ,9:;， 管径+% ? 2% 应小于 % ,9:;。（.） 压力流 （虹吸式） 屋面雨水排水系统各节点由不同支路计算得到的压力差不大于 $#% ,9:;。!给水排水#$%&()$&*（!） 压力流 （虹吸式） 屋面雨水排水系统使用内壁喷塑柔性排水铸铁管或钢管及高密度聚乙烯管等， 采用海曾!威廉公式计算管道的沿程阻力损失，并采用不同的 ! 值。（） 压力流 （虹吸式） 屋面雨水排水系统管道的局部阻力损失的系数参见表 #。表 !局部阻力系数管件名称内壁涂塑铸铁或钢管塑料管$%&弯头%(%)%*!&弯头%#%*%干管上斜三通%!%#!支管上斜三通)%)+%转变为重力流处出口)(%)(%压力流 （虹吸式） 雨水斗厂商提供设计步骤计算屋面面积；#计算总的降雨量；$布置雨水斗， 组成屋面雨水排水管网；%绘制水力计算草图， 标注各管段的长度；&估算管径： 对水平悬吊管采用悬吊管的总阻力损失值 ,% -./0， 除以总等效长度， 计算出单位管长的压力损失的估算值， 以此选出各管段的管径。立管与排出管管径可采用相应的控制流速初选管径， 一般立管可比悬吊管最大直径小一号；进行第一次水力计算， 计算结果若已满足本文第 ! 章的要求， 则可按计算结果绘成正式图纸；(若第一次计算不满足本文第 ! 章的要求， 则应对系统中某些管段的管径进行调整， 必要时有可能对系统重新布置， 然后再次进行水力计算， 直至满足为止， 按最后结果绘制图纸。#计算公式压力流 （虹吸式） 屋面雨水排水系统按满管压力流进行计算。降雨强度计算中建议采用较大的重现期 1 # 2 ! /。（)） 降雨量# $%&)%（#）式中 # 降雨量， 345；% 屋面面积， -+；& 降雨强度， 34 （5 )% -+） 。（+） 系统可利用的最大水头相应的压力 $!()*$ $()（*）式中 系统可利用的最大水头相应的压力，-./0；) 系统可利用的最大水头高度， -；! 水密度， ) % 674 -#；( 重力加速度， $() -45+；* 压力单位 8/与 -./0 的换算系数， * 1)%。（#） 等效长度初始估算值+%$ ,+（!）式中 +% 等效长度， -；+ 设计长度， -；, 考虑管件阻力引入的系数： 钢管、 铸铁管 , 1 )+ 2 )*， 塑料管 , 1 )* 2 )。（*） 单位等效长度阻力损失的初始估算值-%$+%（）式中-% 单位等效长度的阻力损失初始估算值，-./04 -；， +%同前。（!） 局部阻力损失./$!0!1+*$!0!1+2（,）式中 ./ 局部阻力损失， -./0；0 局部阻力系数；12 管道某一 2 断面处流速， -45；!， * 同前。（） 沿程阻力损失.+$ -+（(）式中 .+ 沿程阻力损失， -./0；- 单位长度阻力损失， -./04 -；+ 管道设计长度， -。（,） 管道总阻力水头损失!. $ ./3 .+（$）式中!. 管道总阻力损失， -./0；./， .3同前。（(） 单位长度的阻力损失采用海曾!威廉公式：- $%! 4 #)(!4 )%(!)(!4 5*(,/（)%）式中 # 流量， 34 -9:；给水排水!#$%&$(%)%*+! 单位长度的阻力损失， !#$% !；# 管道的计算内径， !；$ 系数， 铸铁管 $ & (， 钢管 $ & )(， 塑料管 $ & *(。（+） 管道某一 % 断面处的压力&% +,- ( )%* .+)%*!,%*)（）式中 &% 管道某一 % 断面处的压力， !#$；)% 雨水斗顶