浅谈虹吸原理和屋面虹吸式排水系统应用技术

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1、浅谈虹吸原理和屋面虹吸式排水系统应用技术　　【摘要】人们利用虹吸原理的实例枚不胜数，屋面虹吸式雨水排放系统作为一种新型技术，近几年来不断受到建筑市场的青睐。为使读者能全面的了解这项技术，本文首先介绍了什么是虹吸原理，然后重点叙述了虹吸式排水这一新型技术的设计基础知识、施工（应用）要点和与传统的重力排水的比较后的优势。旨在普及和提高人们对屋面虹吸式雨水排放系统的认识。【关键词】虹吸排水原理应用技术与重力雨水排放系统比较施工要点中图分类号：TU991.11+4文献标识码：A文章编号：屋面虹吸式排雨水系统技术发端于欧洲

2、，70年代我国开始研究，90年代取得突破后并逐年完善。近几年来，随着屋面面积的增大，屋面虹吸式排雨水系统不断受到市场的认可。并在鸟巢、国家游泳中心、上海世博会主要场馆、机场等知名建筑中得到应用，获得较好的效果。笔者曾监理一幢9.6万㎡的钢结构厂房的屋面虹吸式排雨水系统，受益匪浅。查阅相关理论资料后并结合监理过程，撰写此文以飨读者。1．工程概况12某工业园区内新建年25万吨铝合金板项目，该项目主厂房建筑面积96000㎡，为多跨钢结构。屋面汇水面积82000㎡，雨水斗148套，子系统数量33个，立管数量35根。结构外

3、形复杂，檐口最高处达成13.2m，系统工程按10年暴雨重现期、雨水排放由虹吸排水系统和溢流排水系统组成。系统工程采用欧洲进口材料。2．什么是虹吸原理2.1虹吸是一种流体力学现象，即将处于较高位置的水（或其他液态介质）充满一根η形的管道之后，使其流向更低的位置。这种状态下，虹吸管两端的液体压强差能够推动液体越过最高点，向另一端排放。2.2从图1可以看到，一个容器内放置着两根虹吸管，从图1中虹吸管1可以想象，当容器内水位不断升高时，由于压强差的原因，水会从A侧管道口漫进。当水位升到B位（淹没圆弧管道的顶部），水会迅速

4、顺着像“虹”状的圆弧管，直接涌向C侧管道向容器外排放，此时，充满水的C侧管道水流形12成一股向低处坠落的满管流，致使容器内的水被迅速吸出。这就是虹吸原理。2.3再从图1中虹吸管2看到，纵使容器内的水已经很满，但是水还是逾越不了管道的B位，为了产生虹吸现象，这时我们必须在C侧管道下方添加外力设施（要低于容器的底部），通过外图1虹吸原理示意图力设施（比如泵）使B、C侧管道产生负压，这时处于容器内正压的水就会向负压方向流动，当B、C侧管道充满水后，虹吸现象也随之开始。同时也可以停止外力设施的作用了。2.4简言之：虹吸原

5、理就是由于压强差在起作用。当圆弧管段（虹）两侧中同一液面的压强不同时，管中的水（或其它液态介质）就会向着压强较小的一侧流动。可见，任何利用虹吸原理的设计，必须满足三个条件：2.4.1管道内必须充满水（或液体）。2.4.2进水口和出水口必须形成高差（压力差）。2.4.3管道的最高点距容器的水面高度不得高于大气压支持的水柱高度。2.512我国古代就有利用虹吸现象制作出各种用品的记载，如灭火工具唧筒、灌溉用的渴乌等。现代更是层出不穷，如长途汽车驾驶员用一根软管将自备油料输入油箱、卫生洁具虹吸座便器、饲养场给禽畜饮水装置

6、、水利工程把高山水库的水用管道引到山下供村民灌溉农田和饮用。不管人们怎样利用虹吸现象，但万变不离其宗。3．屋面虹吸式排水系统中的应用技术3.1虹吸式屋面排水系统是一种按虹吸满管压力流原理设计，可有效控制管内雨水流速、压力和平衡的屋面雨水排水系统。一般由雨水斗、管材、管件、固定件组成。3.2其系统基本构成见图2图2虹吸式屋面排水系统流程示意图3.3当屋面雨水流入屋面水槽后，通过雨水斗流入横管，横管直径一般较大，起着容纳和输送雨水的过渡作用（如图1中的容器）。竖管接纳横管的来水，且不断变径后排出。竖管下端直径较小部分

7、是最早形成负压的部分，也是满管压力流逐步形成的始端。3.4从图2屋面排水流程可以知道，其屋面排水系统构成和排水过程就是为了实现虹吸满管压力流原理的设计目的。3.5屋面虹吸式排雨水系统的技术数据经过设计人员精确计算产生，其确定的三要素是：3.5.1屋面雨水重现期的年限设定。123.5.2屋面或水槽周边积水的面积和产生虹吸（也就是雨水淹没虹吸式雨水斗）高度的设定。3.5.3水头的高度。3.6三要素确定后，设计形式是在系统管路长度已定的前提下再确定管径，而实质是通过水力平衡的精确计算获得满管压力流，最终使屋面雨水排放系

8、统获得虹吸作用。3.7变更屋面虹吸式排水系统的相关数据，必须得到设计人员的认可。3.8屋面虹吸式排雨水系统的主要材料和部件及应用技术：3.8.1虹吸式雨水斗（见图3）是屋面虹吸式排雨水系统的重要核心部件，它由格栅、斗体、连接短管组成。格栅在这里不能单纯理解为起阻拦雨水中漂浮物的作用，它的主要功能是对屋面大量来水进行梳流，杜绝水流在斗体下水口形成涡流。因为斗体下水口一旦形成