对虹吸式屋面雨水排水系统的研究

■宋鹏飞，田文涛 ■郑州大学土木工程学院，河南 郑州 450001

近年来，伴随着国民经济的飞速发展，我国城市建设如火如荼。千姿百态的建筑如雨后春笋般拔地而起，城市面貌日新月异。由于传统的重力流雨水排水系统已无法满足要求，一些大型建筑不得不采用新兴的屋面雨水排水系统。比如上海世博会主题馆、新茂大厦等就采用了虹吸式屋面雨水排水系统。下面结合上海世博会主题馆对这种新型的系统做个简单的介绍。

1 上海世博会主题馆介绍

主题馆在世博会期间承担着演绎与展示“城市，让生活更美好”主题的重任，是永久性场馆之一。主题馆是国内最大的大跨度双弦张拉桁架结构，占地面积11.5 公顷，总占地面积达到了12.9 万平方米，建筑高度为27.1 米。其中西展厅南北跨180 米，东西跨126 米，。它的屋面由形状相同或对称的单元组成，5min 内的雨水流量达到了4400L/s。

2 虹吸式屋面雨水排水系统

2.1 原理

该系统利用雨水斗将气水分离。降雨初期，排水系统与重力流排水系统一样。当屋面雨水高度超过雨水斗时，雨水斗会控制进水量，减少漩涡，使雨水管道充满，产生真空。利用雨水的势能，雨水连续不断的进入排水管，形成虹吸现象，快速的将屋顶的雨水排出。

2.2 系统组成

(1)虹吸式雨水斗—设在天沟或屋面的最低处，雨水由此进入排水管道，具有整流、导流作用。(2)连接管—竖向短管，起到连接雨水斗和悬吊管的作用。(3)悬吊管—悬吊在屋架、楼板和梁下或架空在柱上的雨水横管。为了维修方便，一般靠近墙柱。(4)溢流口—当降雨量超过系统设计排水能力时用来溢水的孔口或装置。(5)固定件—用于固定水平管和立管的装置。(6)埋地管—敷设于地下，将立管的雨水排至室外雨水管道。(7)附属构筑物—主要有检查井、检查口井和排气井，一般设置在排出管与埋地管连接处，埋地管转弯、变径及超过30m 的直线管路上［1］。用于埋地管道的检修、清扫和排气。

3 主题馆选择虹吸式雨水排放系统的必要性

为什么选择这种系统而不选用传统的重力流排水系统呢?归结起来有以下几点原因:(1)主题馆屋面结构形式复杂，屋面面积大，无法满足重力流需要一定坡度的要求，而虹吸式则不需要。(2)主题馆作为要永久保留的建筑，虹吸式雨水系统管材的使用寿命长，并且后期可以节省维修费用。(3)世博园工期紧张，虹吸式系统施工简单、快捷，有助于缓解施工压力。(4)重力流立管较多并且影响美观，而虹吸式可以减少立管和雨水斗数量，节约管材，并且管径小，便于加工处理。(5)虹吸雨水排水系统一般选用不锈钢管，它具有管壁薄、韧性强、阻力小和抗腐蚀性强等优点，而且使用寿命长，节省了世博馆的维护费用。(6)虹吸式排水系统的排水管道内为满流状态，而重力流系统则为气液混合状态，前者的泄流能力更强。此外，虹吸式系统中雨水流速快，管道的自净能力较强，不易结垢。

4 虹吸式系统的弊端

虹吸式系统确实有诸多优势，但其也有弊端。一方面，虹吸式排水系统并非适合所有建筑，比如对于一些小型建筑，建筑高度不够高，体现不出虹吸式系统的优势，反而会增加投资。另一方面，虹吸式排水系统立管数量较少，若其中一根立管不工作，可能导致整个系统瘫痪。因此应根据实际情况合理的选择雨水排水系统。

5 各部分布置及安装

(1)雨水斗。应该将雨水斗设计为下沉式，以此避免雨水斗中掺入空气。此外应根据雨水斗的位置、形状、规格及尺寸，配合土建施工做好预留。

(2)悬吊管与立管的安装。在放线之前应根据图纸校核是否与其他管线冲突;保证管道定位的准确，特别是弯头、大小头、三通等处的定位，而且标高不能任意变动，以免破坏虹吸条件;悬吊管与立管之间通常用45°三通或90°斜三通连接。当悬吊管长度大于15m 时，应设检查口或者带法兰盘的三通以便于检修;立管管径一般不小于悬吊管管径，并且其连接的悬吊管不多于两根，常沿墙或柱布置，而且在距地面1m处设置检查口;悬吊管的安装片间距不超过2.5m，并且安装片固定位置要准确，要在一条直线上，埋设应牢固。

(3)埋地管的布置。埋地管敷设于地下，其材料一般采用钢筋混凝土管、陶土管等非金属管，要避免穿越基础或被重物压坏。同时其坡度还要满足要求。

(4)附属构筑物的布置。为防止冒水现象发生，检查井直径不应小于1m，井深不应小于0.7m［2］，并设置高流槽导流;检查口井设置在内排水系统的埋地管上;排气井布置在埋地管起端，检查井与排出管之间。

(5)溢流口的设置。溢流口应设置在雨水能方便到达的地方，其高度的确定视屋面允许的最高溢流水位而定，并且低于建筑面所允许的最大积水面积。

6 灌水试验和系统调试

管道安装完毕之后，须按照要求进行灌水试验和系统调试。具体方法如下:(1)对于埋地管道，使其充满水并保持15min，待其稳定之后再灌满观察5min［3］，若液面不再下降，则管道的接口无渗漏情况。

(2)立管的灌水高度要达到其上部的雨水斗，试验持续1h，不渗不漏为合格(3)灌水试验完成后，在屋面按照设计的最大与水量进行喷水，观察系统能否及时有效地排水。

7 结语

随着科学技术的发展和新材料的应用，虹吸式系统将日趋成熟与完善，得到更广阔的发展空间。该系统凭借其节约管材、施工方便和节约空间等优点也必将在大型建筑的雨水排水系统中起到更加重要的作用。

［1］王增长.建筑给水排水工程［M］.北京:建筑工业出版社.2010:200.

［2］吴树根、裴桂红.建筑给水排水工程［M］.北京:中国水利水电出版社.2012:177.

［3］压力流(虹吸式)屋面雨水排水系统的技术及安装［J］.广东建材.2007，(12).