虹吸排水管设计的神奇之处，避免水患全靠它
导语：虹吸排水管系统是区别于传统重力排水系统，能及时排除降落在建筑物屋面的雨水、雪水，避免形成屋顶积水对屋顶造成威胁，或避免造成雨水溢流、屋顶漏水等水患事故。虹吸排水管是怎样设计?虹吸排水管设计的神奇之处是什么?这次小兔跟大家一起来探寻虹吸排水管设计的原理，一起来尝试学习设计虹吸排水管的实操步骤。
虹吸排水系统与传统重力排水系统的区别
虹吸排水特点：
1、只要满足计算要求，单系统所带雨水斗个数不限。
2、雨水斗流量大，气水分流，排水速度快效果好。
3、悬吊管呈水平状态，无需做任何坡度，施工方便。
4、立管管径小，数量少，便于装修。
5、埋地管少，地面开挖工作量小，有效缩短工期。
传统重力排水特点：
1、单系统所带雨水斗个数受限。
2、雨水斗流量小，气水合流，排水效果差。
3、立管管径大，数量多，交叉施工易打架。
4、埋地管多，土建工作量大，地沟易返水。
虹吸排水系统设计原理
在设计的降雨量达到时，真正的虹吸系统中所有管道都呈现为满管流动，管道中的压力分布与传统的排水系统也有许多不同。由于屋面雨水斗与地面排水井间的全部高度差距得到充分利用，与重力排水系统比较，因而虹吸排水管道与重力排水管道的直径相等时，虹吸管道中的水流量比重力的大得多。
虹吸系统利用建筑高度简称为水头，充分考虑管道中的水力学损失，尽可能地减小管道直径，将屋面的雨水排入雨水井。并通过调节垂直尾管和水平集水管的结构和长度来实现水力平衡。
管道中的压力与大气压有很大不同。对于管道内的正压并没有限制，然而，对于负压必须考虑蒸发压力问题即气蚀问题。因而管道内的压力必须保持在系统所在地区的蒸发压力以上。
1、虹吸雨水斗设计
重力排水雨水斗与虹吸系统雨水斗主要的区别在于雨水斗中设置了空气挡板。空气挡板是叠型的，没有透孔。屋面结合部件、防水层和树叶罩的设计都遵从常规思想。雨水斗体、空气挡板与出水口的直径组合是在任何水流情况下获得稳定功能的保证，这种组合从理论上很难进行优化设计，必须通过大量的试验和总结才得出的结论。
2、系统管道设计
必须满足当地国家规范并能抵抗正、负压力的管道系统均可用于虹吸系统排水管道。比如ABS、PVC、HDPE、PP、 铜管、钢管和铸铁管都大量成功地用于UV系统。不同的塑料管具有不同的抵抗负压的能力，材料品质、壁厚和管道直径的区别决定了这种能力。管道系统一般根据工程实际情况进行选择，需要综合考虑适用性、排水能力、耐用性、刚性、防火性、噪音、绝缘、造价和安装费用等等因素。
3、相关设计要点：
(1)雨水斗选用
采用平底式金属雨水斗，确保雨水斗在长时间日照下的防老化性能及防渗漏性能。平底式雨水斗保证施工简易安全。由于天沟既有外天沟也有内天沟，采用专利设计的平底式雨水斗，安装于混凝土屋面上，简便快速，且能有效地防止漏水情况出现。
根据建筑物屋面结构形式，本工程采用的虹吸雨水斗： 虹吸雨水斗排量一般为20 l/s至40 l/s，选择雨水斗时，设计排量应按最大排量的70~80%设计。相对重力流系统而言减少天沟开孔尺寸和数量，也减少了可能的渗漏点，节省工程施工时间;虹吸系统多为串联系统，屋面通过建筑找坡排水至天沟或汇水点，雨水斗同一屋面分区时计算系统以同一标高作依据(施工存在误差，同一屋面同一系统中每个雨水斗的标高必须在50mm以内，否则系统计算无效，系统被破坏)，另一方面，系统计算时，还要控制好雨水斗的斗前水深，若不能控制好每个水斗的排水量及斗前水深，则使系统排水不均衡。只有经过精密计算的考虑，才可保证减少屋面的积水深度，排水效果更好。部分系统采用不同标高屋面雨水系统高低接入，实现快速、安全排水。在雨水斗排量充足的前提下，再通过精确计算而保证排水量及虹吸的快速形成。
(2)管材
选用的管材和接口必须能够同时满足正、负压的需要。 选用管材可分为以下几类：
HDPE管：塑料管材，造价低，内壁光滑，水力条件好，施工简便，采用热熔焊接。 涂塑钢管：钢塑复合管，造价偏高，钢性好，防火性能好，内壁光滑，水力条件好，使用寿命长，采用平板式卡箍或法兰连接。
镀锌钢管：普通钢管，造价高，钢性好，防火性能好，使用寿命长，采用沟槽式卡箍连接。 不锈钢管：高档排水钢管，造价最高，钢性好，防火性能好，使用寿命长，采用亚弧焊或电联焊连接。
4、虹吸式屋面排水系统的水力计算要点：
(1)管道的设计流速不小于1 m/s。
(2)排水管的总水头损失应小于或等于雨水斗顶面与临界点的几何高差，宜使压力余量△Pr≤100mbar。
(3) 虹吸式屋面排水系统的是大负压值在悬吊管与总立管的交叉点。该点的负压值，应根据不同的管材而有不同的限定值。对于使用铸铁和钢管的排水系统应小于900mbar;对于塑料管道，管径De50-De160应小于800mbar，管径De200-De300应于于450 mbar。
(4)虹吸式屋面排水系统管系各节点由不同支路计算得到的压力差不大于150 mbar。
(5)虹吸式屋面排水系统使用内壁涂塑柔性排水铸铁管或钢管及高密度聚乙烯管，应使用相应的计算图表计算管道的沿程水头损失。
虹吸排水管设计的实操步骤
1. 首先根据设计图纸要求,确定采用虹吸排水的屋面区域.
2. 在cad图纸上计量所选区域的面积，即屋面设计汇水面积,F。
3. 在暴雨强度及雨水流量计算软件中，查出工程所在地，按规定的设计重现期年限下的，降雨历时为5分钟的暴雨强度值q(l/s•10000m²)
4. 由公式，屋面雨水设计流量：Q=k•ΦqFk<1, Φ>1 通过跟当地设计院的工作人员沟通确定应用哪一个公式进行计算。一般，我们取用公式Q=qF进行计算。为了使单位变为l/s，我们把公式变为Q=qF/10000 这样得到的屋面雨水设计流量Q(单位：l/s)
5. a.根据屋面雨水设计流量和给定的雨水斗的额定流量参数值，确定雨水斗的数量。一般雨水斗的计算分担值不要超过20l/s，若超过太多应该多加斗。
b.根据确定的雨水斗的数量，在cad图中找到天沟的位置，计量出天沟的长度，然后计算出雨水斗之间的距离，一般2个雨水斗之间的间距不宜大于20m，然后确定雨水斗在图纸中的具体位置。
6.虹吸式屋面雨水排水系统技术规程：
(1) 对汇水面积大于5000 m²的大型屋面，宜设置不少于2组独立的虹吸式屋面雨水排水系统。
(2) 雨水斗顶面至过渡段的高差，在立管管径不大于DN75时，宜大于3m;在立管管径不小于DN90时，宜大于5m;
(3) 悬吊管设计流速不宜小于1.0m/s;立管设计流速不宜小于2.2m/s,且不宜大于10m/s;
(4) 虹吸式屋面雨水排水管系过渡下游的流速，不宜大于2.5m/s;当流速大于2.5m/s时，应采取消能措施;
(5) 立管管径应经计算确定，可小于上游悬吊管管径。
(6) 虹吸式雨水斗与屋面应设置在每个汇水区域屋面或天沟的最低点，每个汇水区域的雨水斗数量不宜少于2个。2个雨水斗之间的间距不宜大于20m。设置在裙房屋面上的虹吸式雨水斗距离裙房与塔楼交界处的距离不应小于1m,且不应大于10m。
(7) 虹吸式雨水斗防叶罩隔栅间隙的形状可采用孔状或细槽状。孔状间隙口的直径不宜小于6mm,且不宜大于15mm。
(8) 虹吸式雨水斗宜对雨水立管做对称布置。
(9) 当连接多个虹吸式雨水斗时，虹吸式雨水斗的排水连接管应接在悬吊管上，不得直接接在雨水立管的顶部。
(10)天沟的起点深度应根据屋面的汇水面积、坡度和虹吸式雨水斗的斗前水深确定，天沟的坡度不宜小于0.003。
(11)天沟的过水断面应根据汇水面积的设计流量计算确定。天沟的宽度应保重雨水周边的均匀进水。
(12)管材和管件应采用不低于PE80等级的高密度聚乙烯(HDPE)原材料制造。
(13)管材的纵向回缩率不应大于3%;
(14)雨水立管应按设计要求设置检查口，检查口中心宜距地面1.0m。当采用高密度聚乙烯(HDPE)管时，检查口的最大设置间距不宜大于30m.
(15)雨水管道应按设计规定的位置安装;
(16)连接管与悬吊管的连接宜采用45度三通;
(17)悬吊管与立管、立管与排出管的连接应采用2个45度弯头或R不小于4D的90度弯头。
(18)高密度聚乙烯管道穿过墙壁、楼板或有防火要求的部位时，应按照设计要求设置阻火圈、防火胶带或防火套管;
(19)雨水管穿过墙壁和楼板时，应设置金属或塑料套管。楼板内的套管，其顶部应高出装饰地面20mm,底部与楼板底面齐平。墙壁内的套管，其两端应与饰面齐平。套管与管道之间的缝隙应采用阻燃密实材料填充;
(20)在安装过程中，管道和雨水斗的敞开口应采取临时封堵措施。
从虹吸排水管系统的设计原理再到其设计的实操步骤，我们从理念层面上了解到虹吸排水管系统是怎么一回事，再从实操步骤上尝试模拟虹吸排水管的设计。深入了解到虹吸排水管系统是如此巧妙又迅速的排清积水，这让人们都让人不得不佩服这个虹吸排水管系统的神奇和厉害之处。
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