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【摘 要】 虹吸式排水系统相对于传统的重力式排水系统，具有排水量大、排水速度快、造价经济以及不破坏外立面造型等优点，已经被广泛的应用到大面积屋面排水系统中，并且越来越受到业主的青睐。在降雨过程中，由于连续不断的虹吸作用，整个系统得以令人惊奇的快速排除屋顶上的雨水。本文通过工程实践提出相关技术问题，以供借鉴。
【关键词】 虹吸式屋面雨水系统；施工技术
前言：
虹吸式雨水排水系统出现于20世纪的欧洲，引入中国已经有十多年的历史，在大型建筑平顶屋面排水中该系统已经逐渐占据了主导地位。为了使雨水管能够最终达到满流的状态通常采用独特设计的雨水斗以实现气水分离，当管中的水量是压力流状态时就会产生虹吸作用。对于大型的屋面排水可以采取“分区排水”的方式，由数个子系统组成整个屋面的排水系统，每个系统一个天沟从而避开了伸缩缝。当天沟的雨水达到一定深度的时候，系统中的尾管就会充满水而达到虹吸的条件从而使得整个系统产生虹吸而快速排放屋顶的雨水。由于虹吸的排水速度较大，必须通过消能井后再排入市政雨水排水系统。虹吸系统在雨量较小时只能作为重力流系统使用，这样以来，虽然很多系统比重力排水管线小很多，但是能够排出几十年一遇的暴雨雨水。此外，虹吸排水系统需要比重力流系统少的斗就可以排出相同的雨水量。并且可以水平安装虹吸系统，而重力流系统必须有不小于5‰的坡度从而影响使用空间或建筑结构处理。由于虹吸系统的立管少，可以敷设在楼梯间或立柱旁，横管也可以铺设在非敏感的公共走廊处，所以节约了很大的空间。因此，虹吸排水系统能够为建设设计提供一个有利的条件。目前国际上虹吸式雨水排放技术已经很成熟。对于工业厂房、货运站、购物中心、体育场馆、物流中心、会展中心、火车站、飞机场等各类大空间、大跨度的大型屋面的建筑形式，采用虹吸式雨水排水系统更具科学性和先进性。
一、虹吸工作原理
虹吸现象我们在日常生活中经常可以看到。如下图所示，我们把一根灌满水的塑料管用手指堵住两端分别放入鱼缸和水杯中，同时放开手指，由于两个液面存在高差h1，此高差部分水在重力作用下流向水杯，从而使上部塑料管内产生负压，鱼缸内水就会被吸入塑料管，水就会不断的从鱼缸流向水杯，这就是虹吸现象。当鱼缸与水杯液面高差越大时，塑料管内水流速度越大，排水越迅速。虹吸式雨水排放系统正是利用这一原理，利用建筑物屋面高度所形成的水头来实现虹吸排水。降雨来临时，屋面逐渐形成积水，由于采用了科学设计的防漩涡雨水斗，当屋面积水达到一定高度，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，当雨水通过管道变径时，在此处产生负压，加速雨水的排放速度。
二、虹吸形成过程及其优势分析
对大型屋面可“分区排水”，整个屋面排水系统可由数个子系统组成，每个子系统设一个天沟，这样天沟可避开伸缩缝。系统的设计是当天沟内雨水深度达到一定深度时，首先是尾管充满水达到虹吸条件，继而使整个系统产生虹吸，即可使天沟雨水快速排放。因虹吸排水流速很大，要通过消能井再排入市政雨水排水系统。而当雨量较小时，该虹吸系统也只有做为重力流系统使用。这样，虹吸排水系统可用比重力流排水系统小得多的管线能排出几十年一遇的暴雨雨水。此外，在相同排水量的情况下，虹吸排水系统所需的斗前水深要小于重力流系统。比如，计算表明排水量为40L/s时，用直径300mm的重力流雨水管，其斗前水深需100mm，而直径100mm的虹吸雨水管，其斗前水深仅需73mm，这对屋面的建筑和结构设计都非常有利。虹吸系统所用管径不仅比重力流小，而且可比重力流“少”。即一个横管，一个立管，可以上接十余个雨水斗，而重力流系统则需要多根立管。此外，虹吸系统的横管可以水平安装，而重力流系统其横管必须有不小于5‰的坡度，将使横管末端降低，从而影响使用空间或影响建筑结构处理。虹吸系统的立管因数量少，可利用楼梯间、立柱旁等处敷设，不占用更多的使用空间，横管也可以敷设在非敏感的公共走廊等处。总之，虹吸排水系统能给建筑设计一个非常有利的条件。
三、虹吸排水的施工要点
1.雨水斗安装
雨水斗的安装位置应满足以下要求：（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。虹吸系统的雨水斗与普通雨水斗的主要区别在于有结构独特的空气挡板，空气挡板不仅能有效地阻止空气进入尾管，而且对由空气挡板下面流入尾管的雨水具有整流作用。再有，即使天沟内落叶等垃圾没有及时清扫，空气挡板的结构也能使排水功能不受大的影响。雨水斗安装在屋面的天沟里，混凝土屋面与金属屋面用雨水斗，其主要构件部分均相同，只是因安装条件不同而略有差异。下面以混凝土屋面用雨水斗为例说明雨水斗的安装要点。
在屋面防水层施工前安装不锈钢底盘放在预留孔的正上方，确保底盘与面板顶面标高保持一致，同时用混凝土封堵尾管与预留洞之间的空隙。在混凝土封堵完成后，土建方开始进行防水施工，但要保证防水层不超过规定界限。防水施工完成后，安装夹圈，防水保护层及找平层做到夹圈的边缘。在屋面工程结束，管路系統安装完毕后安装空气挡板或隔栅防护罩。雨水斗以不锈钢底盘、夹圈、空气挡板等几个部件组成，不锈钢底盘固定安装在天沟，上面安装空气挡板，下面有接尾管的短节，因而雨水斗的定位安装就是其不锈钢底盘的定位安装。不锈钢底盘起“承上启下”的作用，安装前要注意核实定位尺寸及标高。
2.水平管与立管的安装
管线的安装关键是定位准确，特别是弯头、大小头、三通等处的定位。要注意系统图中标注的所有管道长度的度量均以管道中心为准，所有弯头、三通、变径接头均以与联接管中心交点为准。要特别注意水平管的标高不能任意变动，以免破坏虹吸条件。安装时要特别注意管道的配置，因为液体在管道中沿着管壁流动，当条件具备产生虹吸时也有一个过程：由重力流发展为波浪流，再发展为气泡混合流，最后为满管流。因此，施工过程中要注意正确配置管道，采用“顺水”方式，保证管道不进入空气（同时，要注意尾管的有效长度），大小头在水平管和立管上的连接如图所示。 3.尾管的安装
关键是尾管的安装时间应放在“最后”，即必须在天沟全部土建施工完成、清洁后，与雨水斗的空气挡板同步施工，以完成整个虹吸系统的施工。因为尾管过早的连接，会使虹吸系统的管线过早投入运行，而天沟的水泥砂浆等会随雨水流入并在水平管与立管管壁凝固结块，而使虹吸系统失去其功能，一旦造成这种情况，处理起来代价很高。因此，在施工合同中就应与建设方说明，虹吸系统不可作为施工期间的雨水排水用。
4.抓好图纸会审工作
因虹吸系统是经过精确计算而设计的，任何改动都需要经计算确认。因此，要在施工前，通过图纸会审，重点确认系统的定位与标高以及与其它专业安装有无冲突，以尽量减少日后施工中的改动。其次，通过图纸会审，确认土建图纸上雨水斗预留洞及管线穿墙（或楼板）处预埋套管等位置是否准确，有无遗漏。这样在土建主体施工过程中只派1人跟进检查其预留与预埋是否正确即可，而当全面施工条件具备时才集中力量进场完成主要安装工作量。之后，当具备竣工条件时再安排适当力量集中完成雨水斗的空气挡板安装及尾管的连接，从而提高工效。
5.安装技术要点
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，因为整个系统的正常运行依靠虹吸作用，所以确保产生并维持虹吸作用的技术要点是保证系统正常运行必要条件。
（1）水的持续流动性。在保证水流方向的持续流动性是维持虹吸作用的关键。特别是在管道转弯角度相对较大，甚至呈90°的时候，很有可能因为管内流速的突然下降而引起虹吸作用被破坏。因此，当水流有90°的方向改变时，此处弯头的连接方式，必须注意设计一个衔接管段，以保证流速不会突然大幅下降，而是维持上升的状态，从而整个虹吸式屋面雨水排放系统得以正常运行。当系统中出现90°T型支管时，当横管内水流以较快的速度冲向管壁突然遇到阻碍，在极短的时间内速度降为零。一方面对于管壁形成极大的冲击，另一方面，水流撞击管壁后又以一个与初始方向相反的速度，迅速的在管内形成回流，这样，两股方向相反的水流在管内冲撞，很容易形成水塞，阻碍排水管排放，破坏虹吸作用。因此，在施工时可根据管道的空间和环境情况来进行选择相应的解决方式。例如在拐弯或支管汇集处可以采用相对较大的管径起缓冲作用，或在拐弯弯头处采用双45°弯头、支管汇集处采用斜45°三通以避免出现90°变化的衔接管段。（2）气水混合流的影响。当系统管道内形成虹吸作用时，由于可供使用的管道管径不一定恰好是计算所得的管径尺寸，因此管道内部会有很多溶解在水中的小气泡，并不是完全理想化的液体单相流。这些微小气泡在流动过程中会逐渐释放，然而这种气水混合流而非气水两相流的流态，仍可以被看作虹吸作用，是允许存在的状态，并不影响虹吸作用的形成，也不影响系统的排水能力。影响管道内水的流态的另一个重要因素是系统内各部分的负压，负压过大时会导致管内流速过快，发生气蚀现象，对于金属管道产生极大伤害。同时负压过高，系统内小气泡会在负压作用下破裂使管道系统产生剧烈震动，减少系统使用寿命。因此在虹吸式雨水管道计算时要求管道内负压不超过-0.08Mpa（气蚀临界值约为-0.092MPa）。
但是，溶解在水中的气泡并不意味着管道内的气团。如果排水管道内，中间部分是气团，沿壁部分是水流，这样就是传统重力雨水排放系统的管内流态。管道内气团的存在，严重影响虹吸作用时管内满流状态的形成，水流在管内的充满度相当低，大大减小了系統的排水能力。
结语：
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。而虹吸排水系统的应用必将是现代建筑大面积屋面排水问题的非常有效的解决方式。虹吸（屋面雨水）排水技术具有很高的推广价值和广泛的发展前景
参考文献：
[1]虹吸式屋面雨水排水系统技术规程
[2]建筑给排水及采暖工程施工质量验收规范
[3]浅论虹吸式排水技术在大型屋面中的应用[J].价值工程
【关键词】 虹吸式屋面雨水系统；施工技术
前言：
虹吸式雨水排水系统出现于20世纪的欧洲，引入中国已经有十多年的历史，在大型建筑平顶屋面排水中该系统已经逐渐占据了主导地位。为了使雨水管能够最终达到满流的状态通常采用独特设计的雨水斗以实现气水分离，当管中的水量是压力流状态时就会产生虹吸作用。对于大型的屋面排水可以采取“分区排水”的方式，由数个子系统组成整个屋面的排水系统，每个系统一个天沟从而避开了伸缩缝。当天沟的雨水达到一定深度的时候，系统中的尾管就会充满水而达到虹吸的条件从而使得整个系统产生虹吸而快速排放屋顶的雨水。由于虹吸的排水速度较大，必须通过消能井后再排入市政雨水排水系统。虹吸系统在雨量较小时只能作为重力流系统使用，这样以来，虽然很多系统比重力排水管线小很多，但是能够排出几十年一遇的暴雨雨水。此外，虹吸排水系统需要比重力流系统少的斗就可以排出相同的雨水量。并且可以水平安装虹吸系统，而重力流系统必须有不小于5‰的坡度从而影响使用空间或建筑结构处理。由于虹吸系统的立管少，可以敷设在楼梯间或立柱旁，横管也可以铺设在非敏感的公共走廊处，所以节约了很大的空间。因此，虹吸排水系统能够为建设设计提供一个有利的条件。目前国际上虹吸式雨水排放技术已经很成熟。对于工业厂房、货运站、购物中心、体育场馆、物流中心、会展中心、火车站、飞机场等各类大空间、大跨度的大型屋面的建筑形式，采用虹吸式雨水排水系统更具科学性和先进性。
一、虹吸工作原理
虹吸现象我们在日常生活中经常可以看到。如下图所示，我们把一根灌满水的塑料管用手指堵住两端分别放入鱼缸和水杯中，同时放开手指，由于两个液面存在高差h1，此高差部分水在重力作用下流向水杯，从而使上部塑料管内产生负压，鱼缸内水就会被吸入塑料管，水就会不断的从鱼缸流向水杯，这就是虹吸现象。当鱼缸与水杯液面高差越大时，塑料管内水流速度越大，排水越迅速。虹吸式雨水排放系统正是利用这一原理，利用建筑物屋面高度所形成的水头来实现虹吸排水。降雨来临时，屋面逐渐形成积水，由于采用了科学设计的防漩涡雨水斗，当屋面积水达到一定高度，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，当雨水通过管道变径时，在此处产生负压，加速雨水的排放速度。
二、虹吸形成过程及其优势分析
对大型屋面可“分区排水”，整个屋面排水系统可由数个子系统组成，每个子系统设一个天沟，这样天沟可避开伸缩缝。系统的设计是当天沟内雨水深度达到一定深度时，首先是尾管充满水达到虹吸条件，继而使整个系统产生虹吸，即可使天沟雨水快速排放。因虹吸排水流速很大，要通过消能井再排入市政雨水排水系统。而当雨量较小时，该虹吸系统也只有做为重力流系统使用。这样，虹吸排水系统可用比重力流排水系统小得多的管线能排出几十年一遇的暴雨雨水。此外，在相同排水量的情况下，虹吸排水系统所需的斗前水深要小于重力流系统。比如，计算表明排水量为40L/s时，用直径300mm的重力流雨水管，其斗前水深需100mm，而直径100mm的虹吸雨水管，其斗前水深仅需73mm，这对屋面的建筑和结构设计都非常有利。虹吸系统所用管径不仅比重力流小，而且可比重力流“少”。即一个横管，一个立管，可以上接十余个雨水斗，而重力流系统则需要多根立管。此外，虹吸系统的横管可以水平安装，而重力流系统其横管必须有不小于5‰的坡度，将使横管末端降低，从而影响使用空间或影响建筑结构处理。虹吸系统的立管因数量少，可利用楼梯间、立柱旁等处敷设，不占用更多的使用空间，横管也可以敷设在非敏感的公共走廊等处。总之，虹吸排水系统能给建筑设计一个非常有利的条件。
三、虹吸排水的施工要点
1.雨水斗安装
雨水斗的安装位置应满足以下要求：（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。虹吸系统的雨水斗与普通雨水斗的主要区别在于有结构独特的空气挡板，空气挡板不仅能有效地阻止空气进入尾管，而且对由空气挡板下面流入尾管的雨水具有整流作用。再有，即使天沟内落叶等垃圾没有及时清扫，空气挡板的结构也能使排水功能不受大的影响。雨水斗安装在屋面的天沟里，混凝土屋面与金属屋面用雨水斗，其主要构件部分均相同，只是因安装条件不同而略有差异。下面以混凝土屋面用雨水斗为例说明雨水斗的安装要点。
在屋面防水层施工前安装不锈钢底盘放在预留孔的正上方，确保底盘与面板顶面标高保持一致，同时用混凝土封堵尾管与预留洞之间的空隙。在混凝土封堵完成后，土建方开始进行防水施工，但要保证防水层不超过规定界限。防水施工完成后，安装夹圈，防水保护层及找平层做到夹圈的边缘。在屋面工程结束，管路系統安装完毕后安装空气挡板或隔栅防护罩。雨水斗以不锈钢底盘、夹圈、空气挡板等几个部件组成，不锈钢底盘固定安装在天沟，上面安装空气挡板，下面有接尾管的短节，因而雨水斗的定位安装就是其不锈钢底盘的定位安装。不锈钢底盘起“承上启下”的作用，安装前要注意核实定位尺寸及标高。
2.水平管与立管的安装
管线的安装关键是定位准确，特别是弯头、大小头、三通等处的定位。要注意系统图中标注的所有管道长度的度量均以管道中心为准，所有弯头、三通、变径接头均以与联接管中心交点为准。要特别注意水平管的标高不能任意变动，以免破坏虹吸条件。安装时要特别注意管道的配置，因为液体在管道中沿着管壁流动，当条件具备产生虹吸时也有一个过程：由重力流发展为波浪流，再发展为气泡混合流，最后为满管流。因此，施工过程中要注意正确配置管道，采用“顺水”方式，保证管道不进入空气（同时，要注意尾管的有效长度），大小头在水平管和立管上的连接如图所示。 3.尾管的安装
关键是尾管的安装时间应放在“最后”，即必须在天沟全部土建施工完成、清洁后，与雨水斗的空气挡板同步施工，以完成整个虹吸系统的施工。因为尾管过早的连接，会使虹吸系统的管线过早投入运行，而天沟的水泥砂浆等会随雨水流入并在水平管与立管管壁凝固结块，而使虹吸系统失去其功能，一旦造成这种情况，处理起来代价很高。因此，在施工合同中就应与建设方说明，虹吸系统不可作为施工期间的雨水排水用。
4.抓好图纸会审工作
因虹吸系统是经过精确计算而设计的，任何改动都需要经计算确认。因此，要在施工前，通过图纸会审，重点确认系统的定位与标高以及与其它专业安装有无冲突，以尽量减少日后施工中的改动。其次，通过图纸会审，确认土建图纸上雨水斗预留洞及管线穿墙（或楼板）处预埋套管等位置是否准确，有无遗漏。这样在土建主体施工过程中只派1人跟进检查其预留与预埋是否正确即可，而当全面施工条件具备时才集中力量进场完成主要安装工作量。之后，当具备竣工条件时再安排适当力量集中完成雨水斗的空气挡板安装及尾管的连接，从而提高工效。
5.安装技术要点
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，因为整个系统的正常运行依靠虹吸作用，所以确保产生并维持虹吸作用的技术要点是保证系统正常运行必要条件。
（1）水的持续流动性。在保证水流方向的持续流动性是维持虹吸作用的关键。特别是在管道转弯角度相对较大，甚至呈90°的时候，很有可能因为管内流速的突然下降而引起虹吸作用被破坏。因此，当水流有90°的方向改变时，此处弯头的连接方式，必须注意设计一个衔接管段，以保证流速不会突然大幅下降，而是维持上升的状态，从而整个虹吸式屋面雨水排放系统得以正常运行。当系统中出现90°T型支管时，当横管内水流以较快的速度冲向管壁突然遇到阻碍，在极短的时间内速度降为零。一方面对于管壁形成极大的冲击，另一方面，水流撞击管壁后又以一个与初始方向相反的速度，迅速的在管内形成回流，这样，两股方向相反的水流在管内冲撞，很容易形成水塞，阻碍排水管排放，破坏虹吸作用。因此，在施工时可根据管道的空间和环境情况来进行选择相应的解决方式。例如在拐弯或支管汇集处可以采用相对较大的管径起缓冲作用，或在拐弯弯头处采用双45°弯头、支管汇集处采用斜45°三通以避免出现90°变化的衔接管段。（2）气水混合流的影响。当系统管道内形成虹吸作用时，由于可供使用的管道管径不一定恰好是计算所得的管径尺寸，因此管道内部会有很多溶解在水中的小气泡，并不是完全理想化的液体单相流。这些微小气泡在流动过程中会逐渐释放，然而这种气水混合流而非气水两相流的流态，仍可以被看作虹吸作用，是允许存在的状态，并不影响虹吸作用的形成，也不影响系统的排水能力。影响管道内水的流态的另一个重要因素是系统内各部分的负压，负压过大时会导致管内流速过快，发生气蚀现象，对于金属管道产生极大伤害。同时负压过高，系统内小气泡会在负压作用下破裂使管道系统产生剧烈震动，减少系统使用寿命。因此在虹吸式雨水管道计算时要求管道内负压不超过-0.08Mpa（气蚀临界值约为-0.092MPa）。
但是，溶解在水中的气泡并不意味着管道内的气团。如果排水管道内，中间部分是气团，沿壁部分是水流，这样就是传统重力雨水排放系统的管内流态。管道内气团的存在，严重影响虹吸作用时管内满流状态的形成，水流在管内的充满度相当低，大大减小了系統的排水能力。
结语：
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。而虹吸排水系统的应用必将是现代建筑大面积屋面排水问题的非常有效的解决方式。虹吸（屋面雨水）排水技术具有很高的推广价值和广泛的发展前景
参考文献：
[1]虹吸式屋面雨水排水系统技术规程
[2]建筑给排水及采暖工程施工质量验收规范
[3]浅论虹吸式排水技术在大型屋面中的应用[J].价值工程