第5章建筑内部的排水系统

1、第第5 5章章 建筑内部的建筑内部的 排水系统排水系统5-1 排水系统的分类和组成排水系统的分类和组成系统的分类系统的分类 按污废水的来源分为：按污废水的来源分为： 生活污水排水系统生活污水排水系统 工业废水排水系统工业废水排水系统 屋面雨水排水系统屋面雨水排水系统排水体制排水体制 分流制分流制 合流制合流制 排水系统的组成排水系统的组成 （1）卫生器具和生产设备受水器）卫生器具和生产设备受水器 常用卫生器具的种类及特点常用卫生器具的种类及特点 便溺用卫生器具及冲洗设备便溺用卫生器具及冲洗设备 盥洗、沐浴用卫生器具盥洗、沐浴用卫生器具 洗涤用卫生器具洗涤用卫生器具 专用卫生器具专用卫生器具 卫

2、生器具常规设计卫生器具常规设计“三大件三大件” 洗脸盆、浴盆、坐式大便器洗脸盆、浴盆、坐式大便器附：常用大便器种类及配套冲洗设备附：常用大便器种类及配套冲洗设备 大便器种类大便器种类 配套冲洗设备配套冲洗设备 坐式大便器坐式大便器 低位水箱低位水箱 蹲式大便器蹲式大便器 高位水箱、冲洗阀高位水箱、冲洗阀 大便槽大便槽 高位水箱（自动）高位水箱（自动） （2）排水管系（图）排水管系（图5-1） 器具排水管、排水横管、排水立管、器具排水管、排水横管、排水立管、 出户管出户管（3）通气管系）通气管系 伸顶通气管和辅助通气管系伸顶通气管和辅助通气管系（4）清通设备）清通设备 检查口、清扫口、检查井检查

3、口、清扫口、检查井（5）抽升设备）抽升设备 （6）污废水局部处理设施）污废水局部处理设施 化粪池、医院污水处理设施等化粪池、医院污水处理设施等5-2 5-2 排水管系和通气管系排水管系和通气管系排水管系排水管系 （1）器具排水管）器具排水管 （2）排水横管）排水横管 （3）排水立管）排水立管 （4）出户管）出户管排水管道组合类型排水管道组合类型 （1）单立管排水系统）单立管排水系统 （2）双立管排水系统）双立管排水系统 （3）三立管排水系统）三立管排水系统通气管系通气管系通气管系的作用通气管系的作用（1 1）使室内污水管道与大气相通，使管）使室内污水管道与大气相通，使管 道中散发的有毒有害气体

4、排入大气；道中散发的有毒有害气体排入大气；（2 2）保持管道中的气压平衡，防止存水弯中）保持管道中的气压平衡，防止存水弯中的水封受到破坏，使管内水流畅通；的水封受到破坏，使管内水流畅通；（3 3）经常有新鲜空气流通于管道内，可避免）经常有新鲜空气流通于管道内，可避免管道因废气而遭受锈蚀管道因废气而遭受锈蚀。通气管系的种类及设置原则通气管系的种类及设置原则（1）种类）种类 A 伸顶通气管伸顶通气管 B 辅助通气管系辅助通气管系 （A）专用通气立管）专用通气立管 （B）主、副通气立管和环形通气管）主、副通气立管和环形通气管 （C）安全通气管）安全通气管 （D）结合通气管）结合通气管（2）设置原则）

5、设置原则一般一般2层或层或2层以上的生活污水管道，层以上的生活污水管道，有污水有污水立管，必须设置伸顶通气管立管，必须设置伸顶通气管；只有；只有1层的建筑层的建筑可以不设伸顶管；底层单独出户管不设伸顶管；可以不设伸顶管；底层单独出户管不设伸顶管；当立管所承纳的排水负荷较大，当立管所承纳的排水负荷较大，立管所承担的立管所承担的排水负荷超过排水负荷超过临界流量临界流量时，需设置专用通气立时，需设置专用通气立管管，以增加立管的通气能力；，以增加立管的通气能力； 当横管所承纳的排水负荷较大时，需设置主、当横管所承纳的排水负荷较大时，需设置主、副通气立管和环形通气管，副通气立管和环形通气管，以增加横管的

6、通气以增加横管的通气能力；能力； a) 排水横管上有排水横管上有4个以上卫生器具，且管长大个以上卫生器具，且管长大于于12米米 b) 排水横管上有排水横管上有6个以上便器个以上便器 c) 排水横管的充满度大于排水横管的充满度大于0.5横管长度大于横管长度大于12米时，需设置安全通气管；米时，需设置安全通气管；结合通气管用于联结排水立管和通气立管结合通气管用于联结排水立管和通气立管。通气管系的安装通气管系的安装伸顶通气管的安装伸顶通气管的安装 a）伸出屋顶高度）伸出屋顶高度 0.50.7m b）上人屋面不小于）上人屋面不小于 1.8m c）出口）出口4m内有门窗时，高于门窗上边缘内有门窗时，高于

7、门窗上边缘 0.6m d）不能设在挑出部位下（阳台、遮阳板、）不能设在挑出部位下（阳台、遮阳板、 遮雨板）遮雨板）辅助通气管的安装辅助通气管的安装 a）通气立管上下端的位置）通气立管上下端的位置 b）环形、安全通气管的末端高度）环形、安全通气管的末端高度 c）结合通气管的数量及安装方法）结合通气管的数量及安装方法通气管的管径确定通气管的管径确定 a）通气立管的管径与排水立管的管径相同或小）通气立管的管径与排水立管的管径相同或小 一级一级 b）结合通气管管径与通气立管管径相同）结合通气管管径与通气立管管径相同 c）汇合通气管断面面积）汇合通气管断面面积 总管断面积总管断面积 F = fmax +

8、 mfn5-3 5-3 排水管系中水气流动排水管系中水气流动的物理现象的物理现象建筑内部排水流动特点建筑内部排水流动特点水封的作用及其破坏原因水封的作用及其破坏原因横管内的水流状态横管内的水流状态立管内的水流状态立管内的水流状态排水立管的通水能力排水立管的通水能力影响立管压力波动的因素及防止措施影响立管压力波动的因素及防止措施建筑内部排水流动特点建筑内部排水流动特点 排水管道按非满流设计，且污水中含有固体杂质，排水管道按非满流设计，且污水中含有固体杂质，因此，因此，排水系统中的水流运动为水、气、固三相流动排水系统中的水流运动为水、气、固三相流动。其主要特点包括：其主要特点包括： （1）间歇排水

9、，水量、气压变化幅度大；）间歇排水，水量、气压变化幅度大； （2）流速变化剧烈；）流速变化剧烈； （3）事故危害大。）事故危害大。 为合理设计建筑内部排水系统，既要使排水安全畅为合理设计建筑内部排水系统，既要使排水安全畅通，又要做到管线短，管径小、造价低，因此需专门通，又要做到管线短，管径小、造价低，因此需专门研究建筑内部排水管系中的水气流动物理现象。研究建筑内部排水管系中的水气流动物理现象。水封的作用及其破坏原因水封的作用及其破坏原因水封的作用水封的作用 利用一定高度的静水压力来抵抗排水管内气压变化，利用一定高度的静水压力来抵抗排水管内气压变化，防止管内臭气和有毒、有害气体进入室内。防止管内

10、臭气和有毒、有害气体进入室内。水封的破坏及其原因水封的破坏及其原因 因因静态静态和和动态动态原因造成存水弯内水封高度减少，不原因造成存水弯内水封高度减少，不足以抵抗管道内允许的压力变化值时，管道内的气体进足以抵抗管道内允许的压力变化值时，管道内的气体进入室内的现象叫作入室内的现象叫作水封破坏水封破坏。 （1）负压抽吸）负压抽吸 （2）正压喷溅）正压喷溅 （3）自虹吸现象）自虹吸现象 （4）静态原因）静态原因横管内的水流状态横管内的水流状态能量转换能量转换 （公式（公式5-1）水流状态水流状态 a）急流段）急流段 b）水跃段）水跃段 c）跃后段）跃后段 d）衰减段）衰减段横管内的压力变化横管内的

11、压力变化 a）横支管内的压力变化）横支管内的压力变化 b）横干管内的压力变化）横干管内的压力变化立管内的水流状态立管内的水流状态排水立管的水流特点排水立管的水流特点 （1）断续的非均匀流）断续的非均匀流 （2）水气两相流）水气两相流 （3）管内压力变化）管内压力变化立管内的压力变化立管内的压力变化 （图（图5-26）水流流动状态水流流动状态 A. 附壁螺旋流（充水率附壁螺旋流（充水率t / j 1/4） 特点：特点：a）水流沿管壁周边向下作螺旋运动；）水流沿管壁周边向下作螺旋运动； b）水流挟气作用不显著，管内气压稳定。）水流挟气作用不显著，管内气压稳定。B. 水膜流（水膜流（ 1/4 t /

12、 j 1/3） 特点：特点：a）水流沿管壁周边作下落运动，形）水流沿管壁周边作下落运动，形 成有一定厚度的带有横向隔膜的成有一定厚度的带有横向隔膜的 附壁环状水膜流；附壁环状水膜流； b）横向隔膜厚度薄不稳定，易被管）横向隔膜厚度薄不稳定，易被管 内气流冲破，管内气压波动不大，内气流冲破，管内气压波动不大， 不会造成水封的破坏。不会造成水封的破坏。 C. 水塞流（水塞流（t / j 1/3 ） 特点：特点： a）水膜厚度增加，横向隔膜形成频）水膜厚度增加，横向隔膜形成频 繁，有水塞形成；繁，有水塞形成； b）管内气压波动大，造成水封的破坏。）管内气压波动大，造成水封的破坏。 结论：结论： 在同

13、时考虑排水系统安全可靠和经济在同时考虑排水系统安全可靠和经济合理的情况下，合理的情况下，排水系统内的最佳水流排水系统内的最佳水流状态应为水膜流状态。状态应为水膜流状态。此时既可保证一此时既可保证一定的排水负荷，又能维持管内气压稳定，定的排水负荷，又能维持管内气压稳定，使管内水流畅通。使管内水流畅通。排水立管的通水能力排水立管的通水能力水膜流运动的力学分析水膜流运动的力学分析 目的：目的：确定水膜流阶段排水立管在允许压力波确定水膜流阶段排水立管在允许压力波 动范围内的最大排水能力动范围内的最大排水能力 A A）水膜流的运动特征）水膜流的运动特征 水膜流形成后比较稳定，向下作加速运动，水膜流形成后

14、比较稳定，向下作加速运动， 水膜厚度近似与下降速度成反比。随着水流下降水膜厚度近似与下降速度成反比。随着水流下降 速度的增加，水膜所受管壁摩擦力也随着增加。速度的增加，水膜所受管壁摩擦力也随着增加。 直至水膜所受的管壁摩擦力与重力达到平衡时，直至水膜所受的管壁摩擦力与重力达到平衡时， 水膜的下降速度与厚度不再变化，此时的流速称水膜的下降速度与厚度不再变化，此时的流速称 作作终限流速终限流速（v t）；从排水横支管水流入口至终；从排水横支管水流入口至终 限流速形成处的高度称作限流速形成处的高度称作终限长度（终限长度（L t）。 将（将（5-35-3、4 4、5 5、6 6、7 7）带入（）带入（

15、5-25-2），整理后有：），整理后有： （m/m/t t）（dv/dtdv/dt） = Qg -= Qg -（0.1212/80.1212/8）（K Kp p/e)/e)1/3 v v 3 ddj j (5- (5-8)8) 当水膜达到终限流速当水膜达到终限流速v vt t时，水膜厚度达到终时，水膜厚度达到终 限流速时的水膜厚度限流速时的水膜厚度e et t，此时水流速度不再改变，此时水流速度不再改变， 加速度加速度a = dv/dt = 0a = dv/dt = 0，式（，式（5-85-8）可整理为：）可整理为： v vt t = =（21 Qg/d21 Qg/dj j）（e/Ke/Kp

16、p）1/3 1/3 (5-9)(5-9) 终限流速时的排水流量终限流速时的排水流量 Q = eQ = et t v vt t d dj j (5-10) (5-10) 将（将（5-105-10）带入（）带入（5-95-9） 得得 v vt t = 2.22= 2.22（g g3 /K/Kp p）1/10 （Q/djQ/dj）2/5 = 4.4 = 4.4（1 1 /K/Kp p）1/10 （Q/dQ/dj j）2/5 = 1.75= 1.75（1 1 /K/Kp p）1/10 （Q/dQ/dj j）2/5 （Q Q：L/sL/s， djdj：cmcm） (5-11)(5-11) 根据终限长度的

17、定义，利用数学方法推得：根据终限长度的定义，利用数学方法推得： L Lt t = 4.4= 4.4（1 1 /K/Kp p）1/10 （Q/dQ/dj j）2/5 (5-12)(5-12)立管在水膜流时的通水能力立管在水膜流时的通水能力 在水膜流状态，当达到终限流速时，水膜在水膜流状态，当达到终限流速时，水膜 下降速度和厚度保持不变，立管通水能力也不下降速度和厚度保持不变，立管通水能力也不 变，表达式为：变，表达式为： Q = （1/10）t vt (5-13)(5-13) 将将t = e et t（d dj j e et t）和式（）和式（5-115-11）带入，）带入， 有：有： Q=0.

18、3686 （1 1 /K/Kp p）1/6 （d dj j e et t）e et t 5/3 /d/dj j2/3 (5-14)(5-14) 化简后有：化简后有： Q=0.0365（1 1 /K/Kp p）1/6 5/3 /d/dj j8/3 (5-15)(5-15) 其中，其中， Q：排水流量，：排水流量，L/s； ：充水率（：充水率（=t / /j） d dj j：立管内径，：立管内径，m m； K Kp p：当量粗糙高度，见表：当量粗糙高度，见表5-65-6。影响立管内压力波动的因素及防止措施影响立管内压力波动的因素及防止措施立管（横支管入口处）最大负压立管（横支管入口处）最大负压 P1 = - v vt t 2 或或 P1 = - 1.53（1 1 /K/Kp p）1/5 （Q Q /d/dj j）4/5 P1：立管内最大负压值，：立管内最大负压值，Pa； ：空气密度，：空气密度，kg/m 3