虹吸式雨水排水技术在建筑给排水工程中的应用研究

李丽雄

虹吸式雨水排水技术来源于欧洲，目前该方法经过多年应用实践，在全球各国得到广泛推广和使用，已是国内外公认的高效雨水排放处理方式。由于科学技术的不断发展和进步，现在该技术已经非常完善和成熟。我国紧跟世界的脚步，在上世纪末便引进了虹吸式雨水排水技术。虹吸式雨水排水技术主要原理是在给排水管道内产生负压、抽吸，将雨水虹吸式排放到外面[1]。该技术广泛应用于热带地区、降水较多及雨季过长的地区，适合各种结构复杂的大型房屋建筑，具有排水动力强、排水效率高、施工简单等优势。

1.虹吸式雨水排水技术概述

1.1 虹吸式雨水排水技术原理

虹吸现象是一种常见的物理现象，虹吸式雨水排水技术是通过两个水面不同的高度差，利用其气压差和重力转化为排水动力。存在高度差的两个水面，在管道内可以从上而下地流动，水的上下流动影响管道，使其产生压力，利用压力挤压水流以实现雨水排出管道[2]。建筑物和管道存在一定高度差，在降水较多时候，雨水斗的高度应低于建筑雨水高度。防漩涡雨水斗可以限制雨水流量，减少漩涡和排水系统中的空气，保证排水管道使用过程中处于满流状态。两个水面的高度差越大，排水管的压力变大，直接提高水流和排水速度。在虹吸式雨水排水技术应用中，排水管内的雨水，在重力的作用下产生负压[3]。由于气压原因，管道内形成真空状态，从而产生了虹吸现象。虹吸式雨水排水技术利用虹吸现象，在设计给排水管道时，根据雨水量的不同，利用高度差达到排水效果。对降水较少地区的建筑工程可以利用重力作用实现排水；在雨水较多地区，利用虹吸式排水技术，排水效果更强，可以快速排出大量雨水。虹吸式雨水排水技术突破了传统重力排水方式的局限性，未来的应用前景非常广泛。

1.2 虹吸式雨水排水系统设计

虹吸式雨水排水技术主要由雨水斗、立管、固定件、连接管及溢流口等组成，其中，虹吸式雨水斗是虹吸雨水排水系统中最重要的组成，雨水斗的质量决定了雨水在压力、重力作用下能否产生负压。虹吸式雨水斗的稳流性符合排水要求，屋面汇流高度低时，产生的高度差较大，管道排水效果更好。一般情况下雨水斗安装在室外，容易受到腐蚀和风化，应确保雨水斗的质量符合规范要求。雨水斗分离空气和雨水，安装防涡流装置，发挥其防涡流作用，增强管道虹吸效果。在立管上设置检查口，并适当缩小立管的管径，最大程度地提高管道的虹吸效果[4]。用固定件连接立管和水平管，施工过程注意加强各管道之间的稳定性。为解决管道振动、热胀冷缩等原因造成的固定件移动问题，固定件在给排水工程施工中应配套使用，埋设过程应规范，固定位置不能选择在与管道紧密接触的建筑结构上。雨水斗和悬吊管用连接管连结，可连接多个雨水斗，方便雨水同步快速地排出房屋。悬吊管采用无坡度的横管；溢流口是给排水系统中的一种应急配件，在降水过多、排水系统无法快速顺畅排水时，溢流口可用于应急，实现快速排水。

1.3 虹吸式雨水排水技术的应用优势

大量工程实践经验表明，在相同的环境和条件下，虹吸式雨水排水技术的排水效果具有明显优势。虹吸式雨水排水技术需要的管道数量通常比传统重力式排水技术管道需求少，虹吸现象可减少气体对水流的阻力，排水量和排水效果更好。由于虹吸式原理在技术方面更为先进，虹吸式排水管的设计更合理，保证了虹吸式排水效果。雨水斗的特殊设计可以调整管内雨水的流态，利用重力和大气压强作用，保证管道处于满流状态，在不存在坡度的施工环境下，铺设悬吊管可增强排水管内的水流速度，并提高虹吸效果，排水管道在高效排水的同时还具有自清洁的作用，顺畅的管道可大大降低给排水管道投入使用后的维修成本。排水管道可尽量选择较小管径，需要的管道长度低于传统式排水管道，可降低工程施工成本，减少工程施工量。

2.虹吸式雨水排水技术应用中的不足

虹吸式雨水排水技术和传统的重力式排水技术相比，具有明显的应用优势，是近年来各种建筑工程中广泛应用并得到社会普遍认可的应用技术，但虹吸式雨水排水技术在应用中仍存在一些不足之处，需要针对性地解决。由于虹吸式雨水排水技术的应用在设计上属于一种极限设计法，在施工中排水管道的固定效果、悬吊管的安装位置、管径大小等都会影响最终的排水效果；大量工程实践证明，合理的雨水阻力才能确保给排水系统的正常运行，如果雨水阻力过大则容易产生积水，无法顺利快速地排水[5]。现有的解决方案通常会增加施工成本，还无法保证管道施工安全；精确地计算水力是虹吸式雨水排水技术的关键环节，但人工计算本身无法避免误差，无法实现精准计算，浪费人力、物力，如果利用可以精确计算的仪器测算水力，我国目前科技水平暂时还无法满足，引进国外设备定会增加应用成本；虽然虹吸式雨水排水技术在大型建筑工程中的排水效果良好，但在低层的建筑工程中无法发挥应用优势，因此虹吸式雨水排水技术的应用需要建筑物满足高度要求。

3.虹吸式雨水排水技术在给排水工程的应用策略

3.1 排水管道设计

在建筑物给排水工程中，遇到降雨量较大时，排水管道满流，容易导致悬吊架承受过大压力，管道会产生剧烈晃动，影响到各管段之间的负压，负压不一致的变化，形成的虹吸现象是不连贯的。准确计算、合理确定排水管数量，选择适宜的管径，解决雨水过多时，排水不畅、缓慢的问题，避免了雨水聚集，降低了对建筑物的破坏影响，解决了建筑容易渗漏的问题。排水管道的合理设计可以解决后续的维修、护理上存在的一些问题。

3.1.1 科学选择管道材料

虹吸式雨水排放技术在给排水系统设计时，应结合建筑给排水工程需要科学选择管道材料，常用的管道类型主要为：HDPE 管材、不锈钢管材和涂塑复合管材。

3.1.2 合理选择管径大小

根据建筑项目的给排水工程具体情况，利用管道力学准确计算、确定管径大小，选择合理的管道，防止管径无法满足雨水流量要求，造成管材浪费、管材爆裂等问题。例如，HDPE 管材内部光滑，选择合理的管径大小可以有效控制水流阻力，增强排水效果，解决排水管道容易堵塞的问题，为建筑雨水排水提供便利。

3.1.3 设置管沟

为解决沉降引起的管道损坏问题，可采取在建筑钢筋混凝土结构的管沟中敷设给排水工程的管道（如图1 所示）。对管沟内的排水管道设置管墩作支撑，管墩直径大于管径的长度的200mm。采取设置管沟和管墩等保护措施，解决不均匀沉降引起的管道损坏等问题，合理利用管沟保护给排水系统管道，有效减少管道埋设后维护问题。

图1 管沟示意图

3.2 降低管道噪声

在虹吸式雨水排水技术建筑物给排水工程中，应注重设计的美观性，提高建筑空间利用率，同时尽量避免占用室内空间和面积。在保证雨水排水系统稳定运行的情况下，最大限度地防止管道产生噪声污染。虹吸式雨水排水技术是一种利用虹吸物理现象排水的技术，物理的作用下可能会产生一些声音，为满足社会对建筑功能的严格要求，应不断改良和优化施工技术，预防和解决出现的噪声问题。

4.结语

虹吸式雨水排水技术应用于建筑给排水工程中，取得良好的排水效果。实践证明该技术性价比高、安装便捷，在雨水排水工程中，应结合建筑具体特点分析雨水量，不断完善雨水排水技术，科学选择管道材料、确定合理的管径及充分利用管沟、管墩等保护雨水排水管道，不断加强排水系统的安全性。