對虹吸式屋面雨水排水系統的研究

■宋鵬飛，田文濤 ■鄭州大學土木工程學院，河南 鄭州 450001

近年來，伴隨著國民經濟的飛速發展，我國城市建設如火如荼。千姿百態的建筑如雨后春筍般拔地而起，城市面貌日新月異。由于傳統的重力流雨水排水系統已無法滿足要求，一些大型建筑不得不采用新興的屋面雨水排水系統。比如上海世博會主題館、新茂大廈等就采用了虹吸式屋面雨水排水系統。下面結合上海世博會主題館對這種新型的系統做個簡單的介紹。

1 上海世博會主題館介紹

主題館在世博會期間承擔著演繹與展示“城市，讓生活更美好”主題的重任，是永久性場館之一。主題館是國內最大的大跨度雙弦張拉桁架結構，占地面積11.5 公頃，總占地面積達到了12.9 萬平方米，建筑高度為27.1 米。其中西展廳南北跨180 米，東西跨126 米，。它的屋面由形狀相同或對稱的單元組成，5min 內的雨水流量達到了4400L/s。

2 虹吸式屋面雨水排水系統

2.1 原理

該系統利用雨水斗將氣水分離。降雨初期，排水系統與重力流排水系統一樣。當屋面雨水高度超過雨水斗時，雨水斗會控制進水量，減少漩渦，使雨水管道充滿，產生真空。利用雨水的勢能，雨水連續不斷的進入排水管，形成虹吸現象，快速的將屋頂的雨水排出。

2.2 系統組成

(1)虹吸式雨水斗—設在天溝或屋面的最低處，雨水由此進入排水管道，具有整流、導流作用。(2)連接管—豎向短管，起到連接雨水斗和懸吊管的作用。(3)懸吊管—懸吊在屋架、樓板和梁下或架空在柱上的雨水橫管。為了維修方便，一般靠近墻柱。(4)溢流口—當降雨量超過系統設計排水能力時用來溢水的孔口或裝置。(5)固定件—用于固定水平管和立管的裝置。(6)埋地管—敷設于地下，將立管的雨水排至室外雨水管道。(7)附屬構筑物—主要有檢查井、檢查口井和排氣井，一般設置在排出管與埋地管連接處，埋地管轉彎、變徑及超過30m 的直線管路上［1］。用于埋地管道的檢修、清掃和排氣。

3 主題館選擇虹吸式雨水排放系統的必要性

為什么選擇這種系統而不選用傳統的重力流排水系統呢?歸結起來有以下幾點原因:(1)主題館屋面結構形式復雜，屋面面積大，無法滿足重力流需要一定坡度的要求，而虹吸式則不需要。(2)主題館作為要永久保留的建筑，虹吸式雨水系統管材的使用壽命長，并且后期可以節省維修費用。(3)世博園工期緊張，虹吸式系統施工簡單、快捷，有助于緩解施工壓力。(4)重力流立管較多并且影響美觀，而虹吸式可以減少立管和雨水斗數量，節約管材，并且管徑小，便于加工處理。(5)虹吸雨水排水系統一般選用不銹鋼管，它具有管壁薄、韌性強、阻力小和抗腐蝕性強等優點，而且使用壽命長，節省了世博館的維護費用。(6)虹吸式排水系統的排水管道內為滿流狀態，而重力流系統則為氣液混合狀態，前者的泄流能力更強。此外，虹吸式系統中雨水流速快，管道的自凈能力較強，不易結垢。

4 虹吸式系統的弊端

虹吸式系統確實有諸多優勢，但其也有弊端。一方面，虹吸式排水系統并非適合所有建筑，比如對于一些小型建筑，建筑高度不夠高，體現不出虹吸式系統的優勢，反而會增加投資。另一方面，虹吸式排水系統立管數量較少，若其中一根立管不工作，可能導致整個系統癱瘓。因此應根據實際情況合理的選擇雨水排水系統。

5 各部分布置及安裝

(1)雨水斗。應該將雨水斗設計為下沉式，以此避免雨水斗中摻入空氣。此外應根據雨水斗的位置、形狀、規格及尺寸，配合土建施工做好預留。

(2)懸吊管與立管的安裝。在放線之前應根據圖紙校核是否與其他管線沖突;保證管道定位的準確，特別是彎頭、大小頭、三通等處的定位，而且標高不能任意變動，以免破壞虹吸條件;懸吊管與立管之間通常用45°三通或90°斜三通連接。當懸吊管長度大于15m 時，應設檢查口或者帶法蘭盤的三通以便于檢修;立管管徑一般不小于懸吊管管徑，并且其連接的懸吊管不多于兩根，常沿墻或柱布置，而且在距地面1m處設置檢查口;懸吊管的安裝片間距不超過2.5m，并且安裝片固定位置要準確，要在一條直線上，埋設應牢固。

(3)埋地管的布置。埋地管敷設于地下，其材料一般采用鋼筋混凝土管、陶土管等非金屬管，要避免穿越基礎或被重物壓壞。同時其坡度還要滿足要求。

(4)附屬構筑物的布置。為防止冒水現象發生，檢查井直徑不應小于1m，井深不應小于0.7m［2］，并設置高流槽導流;檢查口井設置在內排水系統的埋地管上;排氣井布置在埋地管起端，檢查井與排出管之間。

(5)溢流口的設置。溢流口應設置在雨水能方便到達的地方，其高度的確定視屋面允許的最高溢流水位而定，并且低于建筑面所允許的最大積水面積。

6 灌水試驗和系統調試

管道安裝完畢之后，須按照要求進行灌水試驗和系統調試。具體方法如下:(1)對于埋地管道，使其充滿水并保持15min，待其穩定之后再灌滿觀察5min［3］，若液面不再下降，則管道的接口無滲漏情況。

(2)立管的灌水高度要達到其上部的雨水斗，試驗持續1h，不滲不漏為合格(3)灌水試驗完成后，在屋面按照設計的最大與水量進行噴水，觀察系統能否及時有效地排水。

7 結語

隨著科學技術的發展和新材料的應用，虹吸式系統將日趨成熟與完善，得到更廣闊的發展空間。該系統憑借其節約管材、施工方便和節約空間等優點也必將在大型建筑的雨水排水系統中起到更加重要的作用。

［1］王增長.建筑給水排水工程［M］.北京:建筑工業出版社.2010:200.

［2］吳樹根、裴桂紅.建筑給水排水工程［M］.北京:中國水利水電出版社.2012:177.

［3］壓力流(虹吸式)屋面雨水排水系統的技術及安裝［J］.廣東建材.2007，(12).