厂房虹吸式雨水排水系统施工工艺研究

刘杰,陈占国

中建八局第一建设有限公司，山东 济南 250000

摘要：当前，中国经济快速发展，尤其是工业的发展，采用大规模、高度自动化的连续生产线，使得厂房的规模不断扩大，并逐渐向“大体量”“大面积”发展，许多工程多采用大跨、大柱距、平屋面，这对屋面的雨水排水造成了新的影响。对于这样具有重大意义的新型建筑，若单纯依赖于常规的“重力式”屋面排水，在满足设计重复周期的基础上，必然会引起排水管网增多、管道直径加大、安装面积加大等问题，从而降低了建筑的实用性和美学价值。所以，在厂房结构形式下，常规的屋面排水方式显得力不从心。利用虹吸的原理来排出屋面的雨水，是一种行之有效的方法。基于此，本文对厂房虹吸式雨水排水系统施工工艺进行探讨。

关键词：厂房；虹吸式；雨水排水；施工工艺

引言

虹吸式雨水排水系统又叫压力流雨水排水系统，是目前世界上比较成熟的一种屋面雨水排水系统，自1968年首次在芬兰开始使用后，陆续在欧美和日本等国使用。该技术在大型商场、厂房、体育馆、展览馆、机场等大跨度、复杂结构的屋面上得到了广泛的应用，并根据虹吸的工作原理，在屋面上引入雨水虹吸技术，是一种行之有效的方法。

1 虹吸效应的出现

在一个水缸中盛满了水，把一根管子一端放入水中，另一端自然悬下，用嘴对着这端端口吸气，之后松开嘴，缸中的水就会从管子中流出来。由于管子呈现一段弧形，如同一道彩虹，又能起到吸水的作用，所以被称为虹吸现象[1]。虹吸式屋面雨水排水系统就是根据这个原理来工作的，它通过对雨水斗进行了专门的设计，对其进行了汽水分离，从而让雨水立管中呈现出一种流动的状态，当立管中的水达到一定的容量时，就会产生虹吸作用。在下雨时，持续不断的虹吸力使得这个系统能够迅速地将雨水从屋顶抽走。

2 厂房虹吸式雨水排水系统施工工艺研究

2.1 组成及工作机理

虹吸式排水管道也叫“负压式排水管道”或“压力式排水管道”。通常包括虹吸雨水斗，连接管道、无坡度悬挂管道、立管、雨水出口管道[2]。虹吸排水系统的运行机制：在雨季阶段，当屋面的雨高还没有超出雨斗的高度，整体的运行方式与自重的排水方式一致。在降雨的过程中，降雨的数量也在不断地增加。当屋面的积水高度超过了斗前水深高度时，因为防旋涡雨水斗可以对进入雨水斗的雨水流量进行控制，并调整流态来减少漩涡，这就大大降低了雨水进入排水系统时所夹杂的空气量，使系统中的排水管道呈现满管流状态。利用建筑物屋面的高度，使得雨水拥有重力势能，从而使满管流动时产生虹吸作用，在雨水连续流经雨水悬吊管转入雨水立管处，管道产生最大负压。利用管道中的负压，可将屋面上的雨水以高速排出。因为该系统的所有排水管都可以实现全流量、有压力的设计，所以在该系统中，雨水悬挂管道可以实现无斜坡铺设，而且在其运行过程中，管道中的水流速度一般都很快，所以该系统的清洁效果更好。

2.2 产生虹吸雨水排放系统的条件

在虹吸式排水管道中，若要使管道中的流体流动形态成为虹吸式，则必须满足：第一，进水口与排水管道之间有充分的水平落差；第二，管道中充满水；第三，立管流速大于2.2米/秒；第四，竖管的流速超过2.2米/秒；第五，管路内的负压应该比汽化压高[3]。

2.3 雨水排水系统水力计算要点

虹吸雨水排水系统的水力计算按照《虹吸式屋面雨水排水系统技术规程》中的规定，为保证系统的安全、可靠和正常运行，应注意下列关键问题：第一，根据对雨斗制品的水力学试验，来决定虹吸雨斗的设计流速，设计流速不能超过最大流速；第二，在虹吸屋面的雨排水系统中，从雨斗到过渡区的总水头损耗与在过渡区的流速水头损耗的总和，不应超过从雨斗到过渡区的几何高度；第三，在悬挂管道中心到雨斗顶部的高度差不超过1米时，对该体系进行检验；第四，在立管直径不超过DN75的情况下，雨斗顶部到过渡区的高度，建议超过3米；当立管直径不小于DN90的时候，应选择5米以上的长度；第五，悬空管道的设计流量不应低于1.0米/秒；立管的直径要通过计算来决定，而且立管的设计流量不能低于2.2米/秒，而不能超过10米/秒[4]。

3 虹吸式雨水排水系统在厂房中的推广建议

3.1 虹吸式相比重力式屋面雨水排放系统的优势

与常规的重力排水方式比较，该方式有如下明显优点：第一，该方式在管道内满水，水流速度快，自净效果好；第二，多个雨斗可以共享一条排水管道，当通过悬挂管道连接的雨斗时，其连接的雨斗的数目不会受到任何限制，这样悬挂管道的长度可以达到约150米，这样就可以大大降低了竖直管的数目。适用于大跨、大面积建筑的屋面排水；第三，水平悬挂管不采用斜面铺设，可降低立管数目，缩小管径，适用于厂房结构，灵活性强、安装简便、美观大方；第四，由于竖管数目的降低，埋设管线的工作也相应的降低；第五，屋面上的雨斗放点可灵活布置，水管方向可按需调整；第六，虹吸雨排水系统的管道材料一般为高密度聚乙烯（HDPE），其一般使用寿命可超过50年，其质量轻，具有弹性抗冲击、材料稳定、耐腐蚀，并具有较小的热膨胀收缩

[5]。

3.2 虹吸技术推广建议

1）重力－压力流

该工艺使用了一种在斗口前方有很大水深的沉降型雨斗，在未考虑气体渗透的情况下，该模式的流型为相流。悬管采用横向布置，在管道节点处，也就是合流节点处，进行了水头损失的计算，但主要考虑了沿程的水头损失。在此基础上，提出了一种新型的、具有负压特性的立管系统。管道系统内的真实流动为重压流动。全系统仅对雨斗的要求比较高。但其不能进行精密计算，导致其虹吸生成的效率低下，对屋面载荷的需求大，运行稳定性差，很难保证系统的使用寿命，这是一种早期的虹吸术[6]。

2）虹吸－压力流

这一项技术在世界范围内都是领先的，它是一种强迫虹吸雨斗，雨斗前方水深小。在考虑了气体渗透的影响后，该模型的流型采用了气水混合流，非常符合工程实际。由于悬挂装置是横向的，因此对其进行了整体的压力均衡计算，通常是通过计算机软件进行。主要考虑的是管道材料、管道的平整度、管道的等效长度等，在某个时刻，虹吸就会被激活。这种方法不仅需要系统的完整性，而且需要具有较高的计算精度。其准确性与试验结果和工程实践中积累的经验值有关。本系统具有高效的虹吸力，且对屋面荷载的需求不大。该系统具有较高的运行稳定性，能够充分保证系统的使用寿命。目前，该技术已属较为成熟的一种，它将成为今后“虹吸式”排水系统发展的方向。

4 结束语

综上所述，虹吸式屋面雨水排水系统是一种新型的排水系统，其相对于重力排水系统的优越性越来越明显。最近几年，我国已有更多的将其应用于大型、造型复杂的厂房屋面。随着经济的发展，以及虹吸式屋面雨水排放系统技术的进步，在今后，还会有更多的虹吸式屋面雨水排放系统的应用。

参考文献：

[1]田丹.建筑给排水施工中屋面虹吸式雨水的排水技术分析[J].工程技术研究,2021,3(2):153-154.

[2]杨琦.某家电厂给水排水和水灭火系统设计与问题分析[J].给水排水,2021,47(10):110-114.

[3]康凯,许崇崴,汪小明,等.大型钢结构屋面内天沟虹吸雨水系统设计浅析[J].工程建设与设计,2022(13):224-226.

[4]廖朝波,刘龙臻.浅谈虹吸雨水系统的设计与施工[J].百科论坛电子杂志,2020(12):1364-1365.

[5]刘洋,路慧喜.浅谈主机厂中的雨水排水系统[J].装饰装修天地,2021(14):131.

[6]李文孝.虹吸排水系统在大型工业厂房中的应用研究[J].国际援助,2020(27):161-162.