虹吸排水系统工作原理文档格式.docx
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什么是虹吸排水系统？
他的工作原理是？
（1）什么是虹吸排水系统？
在一个水缸里装有水,用一根管子一端放在水中,另一端在缸沿自然垂下,用嘴在这端端口吸气一会,然后松嘴,那么缸中的水就会从管子中流下来.因为管子呈一段弧形,像彩虹,又能直到吸水的作用,故称为虹吸现象.
虹吸式排水系统就是利用这个原理工作的.
虹吸屋面雨水排放工作原理
虹吸式屋面雨水排水系统和重力式屋面雨水排水系统均由雨水斗、雨水悬吊管、雨水立管、雨水埋地管组成，但因为系统的工作原理完全不同，在二种不同水力条件下工作，因此系统中各部件的功能要求是不一样的，系统也有其相应的一套计算方法。
虹吸式屋面雨水排水系统的最大改进和技术进步是开发了一种具有良好整流功能的雨水斗。
雨水斗在其额定设计流量时处于淹没泄流排水状态，不渗气；
设计排水量大；
雨水斗淹没泄流的斗前水深小。
采用了虹吸式雨水斗的屋面雨水排水系统，在降雨过程中相当于从屋面上的一个稳定水面的水池中泄水，经屋面内排水管系，从排出管排出，管道全充满的压力流状态，面雨水的排水过程是一个虹吸排水过程。
所以，把具有虹吸排水能力的屋面雨水内排水系统称之为虹吸式屋面雨水内排水系统。
虹吸式屋面排水系统的管道在设计降雨强度呈负压，管材的选用应考虑承受负压的能力，雨水斗淹没泄流的斗前水位降低到其一定的值，雨水斗开始有空气渗入，排水管道内的真空被破坏，排水系统会从虹吸压力流的工况转向重力流。
（2）虹吸基础知识
建筑雨水排水系统建筑雨水排水系统是建筑物给排水系统的重要组成部分，它的任务是及时排除降落在建筑物屋面的雨水、雪水，避免形成屋顶积水对屋顶造成威胁，或造成雨水溢流、屋顶漏水等水患事故，以保证人们正常生活和生产活动。
建筑雨水排水系统的分类根据不同的分类标准，雨水系统有不同的类别：
1）屋面雨水系统按照管道的设置位置不同可分为：
外排水系统和内排水系统。
外排水是指屋面不设雨水斗，建筑物内部没有雨水管道的雨水排放方式。
2）按照屋面有无天沟可以分为檐沟外排水和天沟外排水
3）根据系统是否与大气相通分为密闭系统和敞开系统
4）按雨水管中水流的设计流态可分为重力半有压流雨水系统、重力无压流雨水系统和压力流雨水系统（虹吸式雨水系统）
5）根据立管连接雨水斗的个数分为单斗、多斗雨水排水系统
虹吸系统的原理及其特点降雨时屋面上积水达到一定高度，通过气水分离的雨水斗，利用建筑物屋面的高度差所产生的势能，使流态由附膜壁流转化为气水混合流，最后达到水一相流状态，排水管道内逐渐产生真空进行排水。
系统能充分利用水的动能，在密闭的管道中产生连续不断的虹吸作用，实现快速、高效的排除屋面雨水。
它是解决大屋面雨水排放的先进排水技术。
由于虹吸排水系统是经过精确的水力计算而设计的排水系统，其管道内按满流状态设计，经过高精度计算，能充分利用水的动能使系统产生虹吸作用。
水流流速快、流量大、管道有较好的自洁能力、相同管径排水量大等优点。
和传统重力排水系统相比有以下特点：
广泛适用于各种不同类型、用途的建筑物；
悬吊管无需坡度敷设；
降低管材的管径；
现场施工量减少；
使用更少的材料；
节省安装空间；
管道具有自洁能力，不易堵塞；
从设计到施工简单快捷。
随着建筑技术的不断发展,大空间、大容量、大面积的公共建筑，工业厂房、库房需求量越来越大；
对屋面雨水排放技术的要求将越严格，同时也推动新的排水技术的发展。
屋面面积的增大，排水管道也必须增大管道数量增多，这必将会影响建筑物美观和实用的要求。
传统的排水方式已不能完全满足现代建筑的需求，而虹吸排水系统的应用是解决现代建筑大面积屋面排水问题的有效解决方式。
虹吸排水技术具有很高的推广价值和广阔的发展前景。
自从上个世纪九十年代初期国内建筑业便开始采用虹吸排水系统。
特别是在一批大型项目，如厂房、机场、体育馆、展览馆等建筑中的实践应用均取得良好的排水效果，而且至今系统运行良好。
虹吸系统组成和材质虹吸系统由虹吸试雨水斗、尾管、连接管、悬吊管、立管、埋地管、检查口和固定及悬吊系统组成。
虹吸式雨水斗：
雨水斗一般由反旋涡顶盖、格栅片、底座和底座支管组成。
额定流量分12L/s
、25L/s、40L/s、60L/s和72L/s等，最常用的为25L/s和40L/s两种额定流量的雨水斗。
虹吸试雨水斗材质可采用铸铁、铝合金、不锈钢、高密度聚乙烯（HDPE）和聚丙烯（PP）等。
管材和管件：
用于虹吸式屋面雨水排水系统的管道，应采用铁管、钢管（镀锌钢管、涂塑钢管）、不锈钢管和高密度聚乙烯（HDPE）管等材料。
用于同一系统的管材和管件以及与虹吸式雨水斗的连接管，宜采用相同的材质。
这些管材除承受正压外，还应能承受负压。
固定件：
管道安装时应设置固定件。
固定件必须能承受满流管道的重量和高速水流所产生的作用力。
对高密度聚乙烯（HDPE）管道必须采用二次悬吊系统固定。
虹吸设计
虹吸系统的反方案设计包括两个方面：
方案初步设计系统深化校核
方案初步设计虹吸系统的初步设计主要包括暴雨强度、汇水面积、雨水斗型号及数量等的确定和雨水斗、管道的布置。
1）暴雨强度在选择暴雨强度和重现期时要考虑建筑物用途和其重要性等等因数，并结合《建筑给排水设计规范》来确定，虹吸系统的重现期不应小于规范要求。
一般虹吸系统的暴雨重现期不小于当地5年，取10年居多，也会因建筑物要求适当增高。
因一些地区暴雨强度有两个或更多的计算公式，设计时最好有相应设计师提供的具体数据，保证设计取值准确。
没有溢流的雨水系统是不安全的。
溢流的功能主要是雨水系统事故排水和超量雨水的排除。
建筑物的溢流可以以溢流口或溢流系统的方式设置。
溢流口是在天沟或其他集水区域的侧墙上一定高度设置的排水口；
溢流系统又可以分为重力式和虹吸式。
溢流口或溢流系统应设置在溢流时雨水能通畅流达的场所，溢流口或溢流装置的设置高度应根据建筑屋面允许的最高溢流水位等因素确定，最高溢流水位应低于建筑屋面允许的最大积水深度，没有具体要求时，将溢流系统或溢流口的进水最低点设在天沟最低点以上100mm至150mm位置。
溢流重现期选择一般是与虹吸系统相结合的。
如：
一般要求虹吸系统及溢流的总排水能力不低于当地50年重现期。
欧洲国家VDI协会设计规范认为，屋面溢流装置必须能够满足百年一遇的降雨强度下
时的雨水流量进行校核。
溢流系统的暴雨强度就是总的暴雨强度减去相应的虹吸系统暴雨强度，因为50年的暴雨强度比10年的暴雨强度一般相差不会超过10年暴雨强度的一半。
虹吸式屋面雨水系统设计方案
1
设计原则
即通虹吸式屋面雨水排放系统，是利用雨水在满管流的状态下，封闭道管内各处水的不同势能而形成管道的真空状态，使管道内的压力小于外界压力，从而将屋面雨水抽吸进入雨水系统并迅速将之排放。
2
设计思路
通过重力排水方案对屋面进行分析对虹吸排水采用6套虹吸系统排水每套采用5个56铸铝挡叶罩虹吸雨水斗管材采用P100材质管材83m。
由于虹吸式屋面雨水排水系统是利用较小管径排放大流量雨水的最理想的排水系统，再配合不同标高屋面的雨水接入同一系统时的各水量的平衡计算。
另外，管道的平面布置不需要设置坡度，所以可将各雨水悬吊管连接后立管布置在七个结构核心筒的综合管道井内，各户内区域不设置雨水立管，以尽量减少立管数量，同时尽量减少雨水出户管的数量。
主要工程量
材质
造价概算
56铸铝挡叶罩虹吸雨水斗
P100材质
￥17万
DN
65管道
80管道
100管道
125管道
150管道
200管道
雨水检查井1.8m
深
6个
开挖及回填1.6m深
虹吸屋面排水系统常见问题解答
虹吸屋面排水系统常见问题解答
1.虹吸系统是否会要求特别的管道系统？
如果是那样，会不会更加昂贵？
虹吸系统在使用管材类型方面是没有任何制约的。
以下类型全都适用：
UPVC、HDPE、铸铁管和不锈钢管等等，在同个系统使用不同的管材的组合也十分常见。
好的虹吸系统设计使用了直径比常规的RWDP系统更小的管子，也因此达到更加经济的解决方案。
2.虹吸系统可能由任何承包商安装吗？
虹吸系统必须依照专人的要求被安装以不至于影响系统的表现。
建议由培训后的安装者来完成。
3.虹吸系统只对高建筑物划算吗？
不是。
高建筑物的成本效率显著于节省更多的管子数量，而低建筑物和较小的屋面区域的成本效率则来自间接节省作用相连如外在排水沟等的设备。
4.建筑物使用虹吸系统的最低要求是多少高度？
虹吸系统是没有高度限制的。
适当的工程学演算将保证系统可在所设计的高度发挥作用。
5.系统水平管的坡度要求是多少？
系统的水平管走向长度是否有个限度？
所有系统内的水平管都不需要坡度。
虹吸系统可比任何一个常规系统在零坡度状态下运行得更远。
6.当降雨量强度超出设计时会怎么样？
降雨量强度是依据统计资料的，而设计基准也必须被仔细地选择。
就像常规系统般，雨水的排量也将如所设计的。
如有必要，咨询专家的意见将是较好的方法。
7.将建筑物以高雨量强度设计来避免以正常雨量强度的设计超负载的可能性会比较好吗？
过度设计的雨水系统是不经济的。
任何的剩余雨量在设计雨量强度上并不会影响虹吸系统，而是会影响建筑物。
建筑物设计师必须考虑到风险和费用之间的平衡。
8.虹吸系统的工程学包括了什么？
精确的虹吸系统是由能提出工程学演算和置图的专家来执行的。
在某些国家，一个当地的专业工程师也许需要支援设计。
系统应该拥有一个技术性形式的认证，如英国委员会的正式认同。
9.系统需要独立测试代理或地方政府的认可吗？
在多数国家，地方政府将责任赋予建筑设计师。
开发中的虹吸排水设备编码应用，直到充分地被实施时，最好能依靠独立的测试体系，如由备受认同的英国的委员会的团体来实行。
10.虹吸系统提供什么样的担保？
虹吸系统可以提出的保证，可以单只为设计原则或甚至延伸到安装方面。
所担保的类型变化很大，而根据各形式来说担保的费用也将是固定的。
虹吸排水系统与传统重力排水系统比照
虹吸式雨水排放系统通过特制雨水斗有效阻隔空气进入，通过全系统压力平衡计算，大大减少了雨水进入排水系统时夹带的空气量，最终达到气水分离的效果，在管内形成满管流。
利用建筑物高度与地面落差势能形成虹吸作用，屋面雨水快速排干。
两种排水系统优劣对比传统重力排水虹吸式排水1.大量的雨水立管1.较少雨水立管2.雨水管径较大2.雨水管径较小3.雨水悬吊坡度大3.雨水悬吊管不需坡度4.管道布置对建筑物空间影响大4.管道布置对建筑空间影响小5.埋地管多，大范围地面开挖5.埋地管少，地面开挖量少6.较多雨水检查井6.最少的雨水检查井7.需设置栓查口或清扫口7.无需设置检查口清扫口（系统有屏蔽垃圾及自洁功能）8.悬吊管接雨水斗数量有限制8.悬吊管接雨水斗无限制9.管道走向复杂，且受限制9.管道走向灵活，可迎合建筑需要设置10.施工缓慢10.施工便捷、简单。
l传统重力式雨水排放系统是利用雨水本身重力作用由屋面雨水斗经排水系统自流排放。
水流夹带空气进入整个雨水排放系统，空气约占管道30-70%空间，且排水悬吊管必须具备一定坡度。
虹吸排水系统的最早发现和应用
中国人很早就懂得应用虹吸原理。
应用虹吸原理制造的虹吸管，在中国古代称“注子”、“偏提”、“渴乌”或“过山龙”。
东汉末年出现了灌溉用的渴乌。
西南地区的少数民族用一根去节弯曲的长竹管饮酒，也是应用了虹吸的物理现象。
宋朝曾公亮《武经总要》中，有用竹筒制作虹吸管把峻岭阻隔的泉水引下山的记载。
中国古代还应用虹吸原理制作了唧筒。
唧筒是战争中一种守城必备的灭火器。
宋代苏轼《东坡志林》卷四中，记载了四川盐井中用唧筒把盐水吸到地面。
其书载：
以竹为筒，“无底而窍其上，悬熟皮数寸，出入水中，气自呼吸而启闭之，一筒致水数斗。
“明代的《种树书》中也讲到用唧筒激水来浇灌树苗的方法，对于虹吸原理，中国古代也有论述。
南北朝时期成书的《关尹子·
九药篇》说：
“瓶存二窍，以水实之，倒泻；
闭一则水不下，盖（气）不升则（水）不降。
井虽千仞，汲之水上；
盖（气）不降则（水）不升。
”有两个小孔的瓶子能倒出水，如果闭住一个小孔，另一个小孔外面的空气压力会比瓶里水的压力大，水就流不出来。
唐代王冰《素问》注中，有关大气压力的物理现象记述得较清楚，王冰曰：
“虚管溉满，捻上悬之，水固不汇，为无升气而不能降也；
空瓶小口，顿溉不入，为气不出而不能入也。
”指出一个小口的空瓶灌不进水是因为瓶里气体出不来。
宋代俞琰在《席上腐谈》中补充了前人的发现，说；
“予幼时有道人见教，则剧烧片纸纳空瓶，急覆于银盆水中，水皆涌入瓶而银瓶铿然有声，盖火气使之然也；
又依法放于壮夫腹上，挈之不坠。
”在空瓶里烧纸，由于火把瓶里的一部分空气赶出瓶外，火熄灭后瓶里就形成负压，造成一定的真空，瓶外的空气压力就把瓶紧紧地压在人腹上。
如果把瓶放在水里，水就立即涌入瓶里。
明代庄元臣在《叔苴子·
内篇》中也指出把葫芦勺倒压入水中，水并没有进入葫芦里，这是因为葫芦里有空气。
虹吸排水系统的概况
1.1虹吸式屋面排水系统的特点
虹吸式排水系统在降雨初期，屋面雨水高度未超过雨水斗高度时，整个排水系统工作状况与重力排水系统相同。
随着降雨的持续，当屋面雨水高度超过雨水斗高度时由于采用了科学设计的防漩涡雨水斗，通过控制进入雨水斗的雨水流量和调整流态减少漩涡，从而极大地减少了雨水进入排水系统时所夹带的空气量，使得系统中排水管道呈满流状态，利用建筑物屋面的高度和雨水所具有的势能，在雨水连续流经过雨水悬吊管转入雨水立管跌落时形成虹吸作用，并在该处管道内呈最大负压。
屋面雨水在管道内负压的抽吸作用下以较高的流速被排至室外。
1.2虹吸式与重力式与面雨水排放系统的区别
虹吸式屋面雨水排放系统系统排水管道均按满流有压状态设计，因此虹吸排水系统中雨水悬吊管可做到无坡度敷设。
同时，当产生出虹吸作用时管道内水流流速很高，因此系统具有较好的自清作用。
而重力式排水设计计算不按满流计算，雨水悬吊管的敷设坡度不得小于0.005。
虹吸排水系统中排水管泄流量要远大于重力排水系统中同一管径排水管的泄流量，也即排除同样的雨水流量，采用虹吸排水系统的排水管管径要小于采用重力排水系统的排水管管径。
虹吸排水系统其实质是一种多斗压力流雨水排水系统。
因此埋地管相对重力式排水系统要明显减少。
目前该系统在国内应用刚刚开始，而在国际上该系统已有近二十年的应用历史货运仓库大楼等等。
2.1综述
屋面雨水排水系统一般由虹吸式雨水斗、无坡度悬吊管、立管和雨水出户管（排出管）组成。
形成虹吸式屋面雨水排放的前提条件是：
必须具备拥有良好气水分离装置雨水斗。
在设计降雨强度下，雨水斗不掺入空气，降雨过程中利用雨水斗与出户管之间的高差所形成的压差，经屋面内排水系统，从户外排除管排出。
在这一过程中，排水管道中是全充满的满管压力流状态，屋面雨水的排放过程是一个在虹吸作用的结果。
因此，把这样的系统称为虹吸式屋面雨水排放系统。
虹吸式雨水排放系统管内压力和水的流动状态是不断变化的过程。
降雨初期，雨量一般较小，悬吊管内是一有自由液面的波浪流。
根据雨量大小的不同，部分情况下初期无法形成虹吸作用，是以重力流为主的流态。
随着降雨量的增加，管内逐渐呈现脉动流，拔拉流，进而出现满管气泡流和满管汽水混合流，直至出现水的单向流状态。
降雨末期，雨水量减少，雨水斗淹没泄流的斗前水位降低到某一特定值（根据不同的雨水斗产品设计而不同），雨水斗逐渐开始有空气掺入，排水管内的虹吸作用被破坏，排水系统又从虹吸流状态转变为重力流状态。
在整个降雨过程中，随着降雨量的增加或减小，悬吊管内的压力和水流状态会出现反复变化的情况。
与悬吊管相似，立管内的水流状态也会从附壁流逐渐向气泡流，气水浮化流过渡，最终在虹吸作用形成的时候，出现接近单向流的状态。
2.2雨水斗
一般来说，雨水斗的设计是整个虹吸系统的能否按设计要求工作的关键所在之一，它的稳流性越好，产生虹吸所需的屋面汇水高度越低，总体性能就越优越。
标准型的雨水斗，它是由雨水斗底座（PE材料），碟片（ASA），格栅顶盖（PE）组成。
另外根据需要可提供通用型的绝缘底座，固定件，法兰片，焊接片，防火保护帽，微型加热电圈等配件。
压力流（虹吸式）雨水斗材质为HDPE、铸铁或不锈钢。
其各部分有不同的结构功能。
雨水斗置于屋面层中，上部盖有进水格栅。
降雨过程中，雨水通过格栅盖侧面进入雨水斗，当屋面汇水达到一定高度时，雨水斗内的反涡流装置将阻挡空气从外界进入同时消除涡流状态，使雨水平稳地淹没泄流进入排水管。
虹吸式雨水斗最大限度减小了天沟的积水深度，使屋面承受的雨水荷载降至最小，同时提高了雨水斗的额定流量。
目前比较领先的产品，完全可以做到部分通用。
它的最大优点在于对于不同功能及材料的屋顶系统，产品具有广泛的适用性。
换句话说，一种雨水斗通过于相应的配件组合就能适合不同的屋顶，例如：
混凝土屋顶，金属屋顶，木屋顶，考虑人行走或绿化的屋顶，屋面不平呈梯形结构的屋顶等。
雨水斗是整个虹吸系统的关键部分。
对于整个虹吸式屋面雨水排放系统而言，最主要的就是要避免空气通过雨水斗进入整个系统。
如果空气直接进入雨水斗，会在管道内形成气团，这样会大大降低系统排水效率，最终和传统重力式排水系统一样。
因此，虹吸式屋面雨水排放系统所采用的雨水斗必须具有优化设计的反涡流功能的盖罩，防止空气通过雨水斗入口处的水流带入整个系统，并有助于当斗前水位升高到一定程度时，形成水封完全阻隔空气进入。
雨水斗的设计安装也有一定严格的要求:
（1）雨水斗离墙至少1米。
（2）雨水斗之间距离一般不能大于20米。
（3）平屋顶上如果是沙砾层，雨水斗格栅顶盖周围的沙砾厚度不能大于60mm，最小粒径必须为15mm。
（4）如果雨水斗是安装再檐沟内，且采用焊接件的话，檐沟的宽度至少是350mm，檐沟内的雨水斗安装开口为70mmx270mm至290mmx290mm。
（5）如果雨水管是安装在混凝土屋顶面层内，那么屋顶至少有160mm厚。
（6）断面呈连续梯形的屋面雨水斗开口，为安装固定件，尺寸必须是280mmx280mm，如果开口大于300mmx300mm，屋顶则需加固。
（7）如果屋顶是混凝土的，雨水斗下连的雨水管管径至少是35mm（用电焊管箍连接件连接），与此对应的屋顶厚度是180mm至190mm。
（8）带隔离层的屋顶隔离层厚度至少40mm。
如果隔离层厚于180mm，雨水斗的底座必需延伸至能与管径56mm的连接管相连的恰当长度。
2.3系统管道
管道作为虹吸式屋面雨水排放系统最主要的部分，必须确保系统安全可靠，高效持续的运行。
虹吸式系统作为一个特殊的排水系统，其管道必须保证完全的密封性和完备的防火措施，并且做到尽可能降低噪声，吸收震动，抗击冲击外力，最大程度满足抗温度变化引起的形变。
管道的完全抗渗漏并不意味着系统密封性得到满足。
一般情况下，对于抗渗漏的要求是允许发生小范围的渗漏，只要有补救措施即可。
但是虹吸系统一旦发生渗漏，并不易发现。
当突然出现暴雨的降雨强度，则可能立即造成整个系统崩溃。
进而因为屋面雨水无法及时排放，超过屋面可负荷的荷载强度，引起屋面坍塌。
当然，微小的不密封并不一定会造成渗漏，但是足以造成漏气，一旦排水管道内出现气团，虹吸式排水的效率马上大大降低，严重的甚至会破坏虹吸作用。
由于虹吸系统是利用负压排水的，因此管道的管壁必须具备相当的承压能力。
但是也不是完全的刚性体。
因为虹吸系统的负压一般不大于-0.08Mpa。
过大的负压会导致管内水流流速过快，发生气蚀现象，对于金属管道或者是金属质地的连接处产生极大的伤害（-0.09Mpa已经接近气蚀的临界值）。
同时负压过高也会给系统带来极大的震动，减少系统的使用寿命。
HDPE管材的优势
承压性能良好，管壁在外荷载作用下，不会破裂。
能抵抗冲击压力，减少水锤冲击破坏，保证系统的安全运行，维持虹作
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