屋面排水系統(tǒng)

一般屋面排水系統(tǒng)常按其排水管的設(shè)置位置和排水去向分為外排水系統(tǒng)和內(nèi)排水系統(tǒng)，從水力學(xué)的觀點(diǎn)來(lái)分可分為重力流屋面排水和壓力流屋面排水系統(tǒng)兩類，后者在于強(qiáng)調(diào)在設(shè)計(jì)降雨強(qiáng)度下屋面排水系統(tǒng)內(nèi)的有壓狀況。不同的屋面雨水排水系統(tǒng)根據(jù)其所具有的水流狀態(tài)的分析，采用不同的設(shè)計(jì)計(jì)算方法。傳統(tǒng)的屋面雨水排水系統(tǒng)按重力流設(shè)計(jì)，屋面重力式排水系統(tǒng)采用重力式的雨水斗，雨水斗排水狀況是自由堰流，流入雨水斗的雨水滲入空氣，形成水氣混合流，雨水斗的設(shè)計(jì)流量偏小;按重力流計(jì)算的懸吊管要求不大于0.8的充滿度和大于5‰的坡度，因此需要較大的管徑和坡降，為保證連接在同一懸吊管上的各個(gè)雨水斗正常工作，限定連接雨水斗不多于4個(gè)，導(dǎo)致雨水立管的根數(shù)增加。重力流屋面雨水排水系統(tǒng)受其水力特性的限制，造成排水立管多，管徑大，排水能力小，對(duì)于大面積工業(yè)廠房及公共建筑屋面雨水排水系統(tǒng)則更顯突出。壓力流屋面雨水排水系統(tǒng)，采用有壓流雨水斗，排水能力有很大的提高，在符合水力計(jì)算的條件下，接入懸吊管的雨水斗的個(gè)數(shù)不受限制，因此減少了立管和埋地管的數(shù)量;懸吊管不需坡度，安裝方便、美觀;系統(tǒng)按壓力流計(jì)算可減小選用管道的直徑，由于單一系統(tǒng)的懸吊管長(zhǎng)度可達(dá)150m，主立管可以靠近外墻，建筑物內(nèi)可以不需做管道井，不埋設(shè)管道，對(duì)于建筑物內(nèi)地面下管道多或不宜設(shè)井的場(chǎng)所尤為適宜?？梢?jiàn)，壓力流屋面雨水排水與重力流相比有明顯的技術(shù)優(yōu)勢(shì)

壓力流屋面雨水排水系統(tǒng)的工作原理壓力流屋面雨水排水系統(tǒng)由有壓流雨水斗、雨水懸吊管、雨水立管、埋地管、雨水出戶管組成。有壓流雨水斗具有良好的整流功能，在設(shè)計(jì)降雨強(qiáng)度下雨水斗不滲入空氣，降雨過(guò)程中相當(dāng)于從屋面上有一個(gè)穩(wěn)定水面的小水池向下泄水，經(jīng)屋面內(nèi)排水管系，從排出管排出，管道中是全充滿的壓力流狀態(tài)，屋面雨水的排水過(guò)程是一個(gè)虹吸排水過(guò)程。所以，把具有虹吸排水能力的屋面雨水排水稱之為壓力流雨水排水系統(tǒng)是比較貼切的。壓力流屋面雨水排水系統(tǒng)內(nèi)管道的壓力和水的流動(dòng)狀態(tài)是變化的。降雨初期降雨量較小，懸吊管內(nèi)是一有自由表面的波浪流，隨著降雨量的增加，管內(nèi)呈現(xiàn)脈動(dòng)流，拉撥流，進(jìn)而出現(xiàn)滿管氣泡流和滿管氣水乳化流，直至水的單相流狀態(tài)。降雨末期，雨量減少，雨水斗淹沒(méi)泄流的斗前水位降低到某一定值，雨水斗開(kāi)始有空氣滲入，排水管內(nèi)的真空被破壞，排水系統(tǒng)從虹吸流工況轉(zhuǎn)向重力流。在降雨的全過(guò)程中，隨降雨量的變化，排水管內(nèi)的壓力和水流狀態(tài)會(huì)反復(fù)變化。壓力流屋面雨水排水系統(tǒng)水力分析見(jiàn)圖1。

式(1)列出2-2和x-x斷面的伯諾里方程H+P2/γ+v22/2g=Hx+Px/γ+vX2/2g+h2-x(1)上式右等式，第一項(xiàng)為位置水頭，第二項(xiàng)稱為壓力水頭，第三項(xiàng)為速度水頭，第四項(xiàng)為兩斷面間的水頭損失。由于上式中，P2=0，v2=0，γ=1，hx=H-hx，代入式(1)得Px=hx-vX2/2g-h2-x(2)式中Px-管道x斷面處的壓力水頭。式(2)是計(jì)算管道中任一斷面處壓力水頭的基本公式，它的物理含義是管道中任一點(diǎn)的壓力水頭等于該點(diǎn)與雨水斗的高度差減去該點(diǎn)的速度水頭及該點(diǎn)至雨水斗管段的總水頭損失。通過(guò)改變斷面x在管道系統(tǒng)中的不同位置，可以清楚地判明全系統(tǒng)的壓力;雨水斗以下的連接管，管道內(nèi)呈小的負(fù)壓或正壓。在懸吊管上，隨x斷面從懸吊管的最遠(yuǎn)端向立管一側(cè)偏移，管道內(nèi)的水頭損失增加，而可利用的水頭損失維持不變，管內(nèi)呈不斷增大的負(fù)壓，在與立管的交叉點(diǎn)處負(fù)壓最大。其后，從立管與懸吊管交點(diǎn)向下，可利用的水頭迅速增加，大大超過(guò)因管道長(zhǎng)度增加而增加的水頭損失，立管內(nèi)的負(fù)壓值也隨之很快減少至零，繼之出現(xiàn)逐漸增加的正壓，立管底部達(dá)到最大值后再逐漸減少，至排水井處與大氣相通，管道中壓力為零，水流狀態(tài)轉(zhuǎn)為重力流。從上面的分析可以得出，雨水斗的進(jìn)水水面至臨界總高度是有效作用高度，在設(shè)計(jì)計(jì)算中應(yīng)充分利用;另一方面對(duì)雨水斗至懸吊管的末端的總水頭損失應(yīng)有所限制，以控制懸吊管末端的最大負(fù)壓值

虹吸式排水系統(tǒng)

虹吸式排水系統(tǒng)為負(fù)壓法或壓力排水系統(tǒng)，它廣泛運(yùn)用于大型屋面建筑，如體育館，廠房等跨度大、結(jié)構(gòu)復(fù)雜的屋面，是解決屋面排水的有效途徑。

排水原理:利用建筑物屋面的高度使雨水具有勢(shì)能，從而使?jié)M管流動(dòng)時(shí)產(chǎn)生虹吸作用，在雨水連續(xù)流經(jīng)雨水懸吊管轉(zhuǎn)入雨水立管處管道產(chǎn)生最大負(fù)壓。屋面雨水在管內(nèi)負(fù)壓的抽吸作用下能以較高的流速被排至室外。

系統(tǒng)組成:虹吸式屋面雨水排水系統(tǒng)由防漩渦雨水斗、雨水懸吊管、雨水立管、埋地管、雨水出戶管組成。

形成過(guò)程:虹吸式雨水排放系統(tǒng)形成虹吸,分波浪流、脈沖流(脈動(dòng)流)、活塞流(拉拔流)、泡沫流(乳化流)、滿管流等5 個(gè)階段在降雨初期,雨水排水系統(tǒng)懸吊管內(nèi)的雨水為非滿管流，以波浪流和脈沖流為主，系統(tǒng)處于重力流狀態(tài)。隨著雨量的增大則斗前水深逐步增大，水流逐步過(guò)渡到活塞流和泡沫流并間歇性地產(chǎn)生虹吸滿管流流態(tài)，懸吊管內(nèi)出現(xiàn)較明顯的負(fù)壓。虹吸的形成使系統(tǒng)排水能力突然增大，斗前水深又會(huì)回落，系統(tǒng)重新回到重力流方式。這種變換會(huì)來(lái)回持續(xù)一段時(shí)間，直到降雨量進(jìn)一步增大，斗前水深趨向穩(wěn)定，系統(tǒng)摻氣量減少，最終形成穩(wěn)定的虹吸滿管流。

虹吸式排水與重力傳統(tǒng)排水優(yōu)勢(shì)對(duì)比

根據(jù)規(guī)范規(guī)定,重力流屋面雨水排水管系的懸吊管應(yīng)按非滿流設(shè)計(jì),其充滿度不宜大于0.8 ,管內(nèi)流速不宜小于0.75 m/ s ,且坡度不宜小于0.5 % ,需要較大的懸吊管管徑和坡降。同時(shí)為了使在同一根雨水管上的各個(gè)雨水斗的雨水能夠正常排放,因而限定一根雨水懸吊管的雨水斗的數(shù)量不得超過(guò)4 個(gè),這也導(dǎo)致了雨水懸吊管和雨水立管數(shù)量的增加,同時(shí)增加了屋面荷載,也增加了工程的造價(jià)。

虹吸式屋面雨水排水系統(tǒng),提高了排水能力,能迅速排除屋面雨水,減輕屋面荷載，減少屋面積水對(duì)建筑物屋頂結(jié)構(gòu)的危害;懸吊管接入雨水斗的數(shù)量不受限制,節(jié)省了雨水立管;懸吊管不需做坡度,安裝方便美觀,在機(jī)電安裝空間內(nèi)始終只保持一個(gè)安裝高度，便于機(jī)電綜合協(xié)調(diào);不需要設(shè)置檢查口或清掃口(因?yàn)楹缥接晁返脑O(shè)計(jì)可隔截垃圾及大顆粒狀物質(zhì)進(jìn)入系統(tǒng)以及系統(tǒng)具有自潔功能) ;系統(tǒng)按虹吸式壓力流計(jì)算可以減小選用管道的管徑,工程實(shí)踐證明可大量減少工程造價(jià)。

工程案例

長(zhǎng)沙某實(shí)業(yè)有限公司辦公樓工程是集會(huì)議、接待、辦公于一體的綜合性工程。工程占地面積為14422m2。主樓20層，局部7層，裙樓4層，局部5層。屋面面積:主樓1754m2 ，裙樓12154 m2。

裙樓部分雨水系統(tǒng)設(shè)計(jì)相關(guān)技術(shù)數(shù)據(jù):設(shè)計(jì)重現(xiàn)期P = 5 a;長(zhǎng)沙5分鐘暴雨強(qiáng)度q5 = 0. 0626 L / ( s/m2 ) ;裙樓總匯水面積Fw = 12154m2 ;平屋面(坡度< 2. 5% ) , K1 取1。根據(jù)Qy = K1·Fw ·q5 /100 =12154 ×6. 26 = 760. 84 L / s,以1個(gè)雨水斗200m2計(jì)需61個(gè)雨水斗。

若采用普通重力流雨水排放系統(tǒng)，按每根De10立管分擔(dān)匯水面積250m2計(jì)算,需排水立管49根。若按De10及De160管計(jì)算則需41根De10立管帶61個(gè)雨水斗或19根De160立管帶61個(gè)雨水斗。

根據(jù)上述闡述，虹吸雨水排放系統(tǒng)具有流量大、流速快、強(qiáng)度高、耐久性好、不易滲漏、便于平面布置、施工方便、節(jié)省材料、工期短、造價(jià)較低等諸多優(yōu)點(diǎn)，所以該工程(裙樓部分)采用虹吸雨水排放系統(tǒng)。進(jìn)一步深化設(shè)計(jì)后確定: De90 系統(tǒng)1 個(gè), De10 系統(tǒng)5個(gè),De125系統(tǒng)2個(gè),De160系統(tǒng)5個(gè),共計(jì)13個(gè)系統(tǒng)帶62個(gè)雨水斗。

該工程竣工兩年，目前使用情況良好，自從啟用以來(lái)排水通暢,效果較好,并經(jīng)歷了湖南省雨季(4月~6月)的自然條件考驗(yàn),達(dá)到了預(yù)期效果，取得了一定的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。