發布時間：2022-01-27所屬分類：建筑師職稱論文瀏覽：1次
摘 要： 摘 要：近年來，我國經濟不斷發展，城市化建設持續增長，出現了大量的公共建筑。虹吸式蓄水排水系統被廣泛應用于各種大型建筑中，其排水能力主要表現為單斗排水能力，排水效果較舊的重力排水系統有了明顯提高。這種虹吸式雨水排水系統適用于各種大型及異形屋頂，對各建
摘 要：近年來，我國經濟不斷發展，城市化建設持續增長，出現了大量的公共建筑。虹吸式蓄水排水系統被廣泛應用于各種大型建筑中，其排水能力主要表現為單斗排水能力，排水效果較舊的重力排水系統有了明顯提高。這種虹吸式雨水排水系統適用于各種大型及異形屋頂，對各建筑在雨季的大量排水起到了重要的作用，降低了雨季積水對建筑物屋頂的損害。本文從工作原理和組成方式上對虹吸式排水系統進行了分析和探討，總結了優點和常見問題，以期提高其合理性。
關鍵詞：虹吸原理;排水系統;大型屋面;合理安裝
自 20 世紀 60 年代末，在歐洲率先提出了一種名為虹吸式的雨水排水系統，經過多年的研究分析和在全球多個國家的推廣和使用，目前該方法已成為國際社會公認的處理雨水排放最為有效的方法，并且隨著科學技術的發展，該技術日趨成熟。緊跟發達國家的腳步，我國也在 20 世紀末引進了該系統。因為該系統的原理是虹吸式排放，在管道內制造負壓，產生抽吸效果，利用高流動速度將雨水排放到室外。在一些熱帶地區，以及雨量較大、雨季過長的地區被廣泛應用。該方法排水迅速，動力強勁，故而適用于結構較為復雜的大型房屋，如大型商場、飛機場、體育館、特色建筑等。雨水虹吸式排水方法不僅在效果上表現出色，而且在管線布置和施工上都更為簡易、經濟。
1 虹吸式雨水排水系統介紹
1.1 虹吸式排水系統原理
虹吸現象常見于日常生活中，是一種物理現象，主要利用兩個不同液面的高度差，將氣壓差和重力轉化為動力。當高差部分的液體在管道中自上而下流動，使得管道中產生壓力，水流就會被不斷地擠壓出管道。利用建筑物和管道的高度差，一旦雨量加大，雨水斗的高度就會被屋面的雨水高度所超過。雨水流量被防漩渦雨水斗控制，減少了漩渦和排水系統中的空氣量，從而達到排水管道始終處于滿流狀態。高度差值越大，壓力越大，水流越大，排水速度也就越快。虹吸式雨水排水系統在作用過程中，排水管聚集的雨水，從排水管內的最高點在重力的作用下產生負壓。受到了大氣壓強的影響，真空狀態逐漸在水管內形成，從而形成虹吸現象。虹吸式雨水排水系統借助此現象，在排水管道的設計上利用了高度差，在雨水量不同的情況下產生了不同的排水效果。在雨水不充沛的地區，或者雨量不大的情況下，自然借助重力效果進行排水作用;如果是熱帶等雨水量大的地區，則啟動虹吸式原理，使排水效果增強，雨水大量且快速地排出。虹吸式雨水排放系統由滿管流、波浪流、活塞流、泡沫流及脈沖流等階段組成。突破了原有的重力排水方式的單一性和局限性，使虹吸式排水方法的應用日益廣泛。
1.2 虹吸式雨水排水系統的設置組成
虹吸式雨水排水系統由于其原理，組成部件主要分為虹吸式雨水斗、立管、固定零件、連接管、流溢口、懸吊管等，每一個組成部件在該系統中都是不可或缺的。虹吸系統中最關鍵的組成部分是虹吸式雨水斗，雨水斗的質量是否良好，決定了雨水是否能在作用過程中成功和大氣分離從而產生負壓。如果虹吸式雨水斗的穩流性達到要求，其屋面匯流高度就越低，總體產生的效果也就更優越。由于雨水斗被直接暴露在自然環境中，導致其會受到一定的腐蝕性和風化，這就要求其必須在質量上過硬。雨水斗不僅對空氣和雨水進行分離，而且要具備防渦流的作用，使虹吸效果增強。因此，虹吸式雨水斗的設置中需要包括防渦流裝置。立管的設計中應設置檢查口，并且相應地縮小立管的管內直徑，這樣可以大大地提高虹吸效果。立管和水平管都需要由固定件來連接，固定件能增強各部件之間的穩定性。為保證固定件不會受到管道振動的影響及熱脹冷縮而造成的移動，固定件應配套使用，埋設位置準確，不能固定在與設施中各管道緊密接觸的結構上。連接管在雨水斗和懸吊管中起到了連接作用，在該系統中將多個雨水斗進行連接，讓雨水能同步快速地排出。懸吊管作為排出雨水的重要組成部分，應選用無坡度的橫管。溢流口在虹吸式雨水排水系統中作為唯一的一個應急部件，當雨水量增多而無法使排水系統正常進行排水工作時，溢流口能快速起到排水作用。
1.3 虹吸式雨水排水系統的優點
通過對傳統重力式排水系統和虹吸式排水系統這兩種現行最為廣泛的排水系統中泄流量的比對，由實驗數據表明，在實驗環境和條件相同的情況下，虹吸式雨水系統的泄流量明顯占優勢。因為虹吸式雨水排水系統埋地管道數量相對于傳統重力式排水系統較少，能減少氣體對水流造成的阻力，雨水泄流量變得更大，使排水系統快速排出雨水。由于虹吸式雨水排水系統的設計應用了虹吸原理，其技術方面更為先進。虹吸式排水系統管路的設計十分先進，為虹吸式排水起到了很好的支撐作用。由于雨水斗的特殊設計能調整雨水在立管內的流態，利用液壓和大氣壓強的正負壓，保證內管道的滿流狀態，使排水管按照滿流有壓的條件設計。并且雨水懸吊管在無坡度條件下鋪設，排水管道內水流的速度會隨著虹吸現象的發生而提高，使系統在排水的同時具備良好的自清作用。管道內不易出現堵塞情況，可以減少系統在投入使用后的維修保養費用，因此得到了廣泛認可。虹吸式雨水排水系統對于管道安裝的環境要求較舊系統有極大程度的降低。排水管道可以選用小管徑管道，且管道長度亦低于傳統式排水系統中的管道，大大降低了該系統的造價成本，也使得安裝工程量降低。除此之外，虹吸式雨水排水系統還具備多種優勢，如其防渦旋效果，很好地起到了降低噪聲的作用，更適用于對噪聲要求嚴格的建筑設計，如圖書館、醫院、電影院等。
2 虹吸式雨水排水系統應用中存在的不足
雖然虹吸式雨水排水系統較舊的重力式排水系統有明顯的優勢，也在現代的各種不同類型建筑中被廣泛應用和認可，但該系統在應用中仍然不可避免地存在一些問題，需要有針對性地進行解決。首先，虹吸式雨水排水系統在設計理論上分類歸屬于極限設計法。其在施工中是否能進行較好的固定效果，是否能為懸吊管選擇符合要求的安放位置等，都會對該系統的最終結果造成應用上的影響。在運行中，只有當雨水阻力小于水位時，該系統才可以正常運行，否則會導致排水效果受到影響，產生積水。針對該問題雖有一定的解決方案，但由于會增加成本且無法保證實施過程中足夠的安全性，故目前暫時無法實現。能否精確地測算水力在虹吸式雨水排水系統中最為關鍵，但該計算方式本身就存在一定的誤差，無法進行精準計算，這樣會在一定程度上造成人力、物力的浪費。如果利用精確的科學電子化儀器進行計算，以我國目前的軟件發展情況來看暫時無法滿足;若從國外引進，勢必會增加成本，得不償失。雖然虹吸式雨水排水系統在大型建筑及異形建筑中的應用效果良好，但應用于相對低層的建筑則無法完全展示其優點。因為虹吸式雨水排水系統對建筑物的高度有一定的要求。另外，雨水虹吸系統對系統整體協調性的要求較高，如果其中一部分配件發生故障，則很容易引起整個系統的癱瘓。
3 虹吸式雨水排水系統在建筑給排水設計上的應用
3.1 建筑物給水系統設計
在給水管道的鋪設設計中，要根據基本的供水流程設計施工。在具體管道的鋪設過程中應嚴格按照國家相關設計規范執行。一般將用水點的水管進行串聯且外管須達到一定的管徑要求，以保證各個支點能起到正常供水的作用。建筑物的給排水系統雖然分為給水和排水兩個系統，但二者是相統一的。該系統如果設計不當，會導致排水系統中的污水回流到給水系統中，給生活造成不便。在實際設計過程中，將具有良好效果的無負壓變頻供水設備廣泛應用，盡量少建或不建高位水箱等蓄水池設備。不需要對其進行定期養護、故障維修，同時節約了人力，無論從建造成本還是管理成本上，均可大幅降低給排水系統的成本。
3.2 建筑物排水系統設計
在排水管道鋪設過程中，往往容易忽略通氣管道的設計。然而在排水系統中，尤其是生活排水過程中，通氣設施占據非常重要的地位。其過程中容易散發有毒害的氣體，故應將通氣管設置在伸頂。其設計鋪設過程應注意以下內容：通氣管高于室外屋面，且與室內孔洞保持適當的距離，防止有害氣體進入室內或影響空氣質量;排氣管應考慮防止雜物進入導致堵塞;屋面裸露的排氣管需要考慮避雷等問題，避免因自然情況造成安全隱患，保證建筑物的安全。建筑物的排水方式近年來經歷了多次調整，其中重力式排水應用較久，虹吸式雨水排水方法雖進入我國的時間不長，但已被廣泛應用。建筑物的排水系統中，還應對雨水進行收集并循環使用。制定科學的方法，定額用水，還可以將設備收集排出的雨水進行過濾再使用。
3.3 目前建筑物給排水應用中存在的問題
以往舊式給排水系統對水量造成了極大的浪費。一些中小型的建筑單位對水資源的珍貴性沒有足夠的認識，在施工過程中對水資源造成了大量的浪費和污染，因此亟待提高建筑行業節能減排的意識。宜多利用先進的技術和設計系統、較好材質的管材、良好的節水設備等將建筑物的給排水工程科學化、合理化、節能化�？梢酝ㄟ^改良建筑物給排水工程，減少水資源的污染和浪費。多提出合理的設計理念，循環用水、利用中水，為我國可持續發展的戰略方針做出貢獻。
3.4 虹吸式雨水排水系統在建筑物給排水中的應用
在建筑物排水系統的作用過程中，如果遇到降水量增大的情況，排水管則會滿流，導致支吊架承受較大壓力，從而產生劇烈的晃動。由于各管段之間的負壓變化不均，使得虹吸現象不連貫。如果排水管數量和管徑設計得不合理，會發生雨水無法順利且快速排出的情況，從而導致雨水聚集，對建筑物造成破壞，以及發生滲漏等問題。后續的維修、護理也在一定程度上存在問題。在建筑物給排水設計過程中，還應注意空間的使用和形象的美觀。減少對室內空間占用的同時，保證排水系統穩固順利進行的情況下，還應最大限度地降低該系統產生的噪聲。虹吸現象屬于物理現象，在作用過程中會有一定的聲響和動力，但現代化的社會要求更為嚴格，應盡快提出相應的方法來對各種可能或已經出現的問題進行解決和改良。虹吸式雨水排放系統在其設計之初對管道型材有一定的要求，主要型材分為：HDPE 管材、不銹鋼材質、涂塑復合型管道。由于 HDPE 管材在經濟方面和施工便捷度方面都表現得更為突出，故而在工程施工中被廣泛應用。設計人員應根據實際情況和管道力學方面進行考慮和計算，選擇管徑大小合理的管道，以免因水流的流量不符而導致管材的浪費或管材爆裂等風險。硬聚氯乙烯因其內部光滑，能降低阻力，使雨水排放速度加快，降低管道內發生堵塞的情況，給建筑物給排水系統實施工程帶來了極大的便利。虹吸式雨水系統中任何一個管道的單獨排水能力都大于舊重力式排水系統，如果室外雨水管沒有同步更換為虹吸式雨水排水系統，在暴雨情況下容易發生雨水從室外井蓋溢出或使井蓋被沖開的情況，形成一定的安全隱患。
4 結語
虹吸式雨水排水系統將虹吸式原理應用于屋面排水系統中，尤其在一些大型建筑、異形建筑及特殊場館的應用中取得了顯著的效果。經實踐發現，該系統性價比高、易安裝、噪聲小，業內對虹吸式雨水排水系統在排水方面的優異性表示了廣泛認可。不過多年以來，該系統從設計到投入使用的過程中，既體現了優勢也發現了不足。在未來的工程設計中，應結合實際情況，運用新型材料將其進行改良。在合理施工的基礎之上，全面分析，充分考慮，發揮其優點，規避其不足。同時，要對其進行綜合因素的考慮，如建筑物的高度、結構、面積等。經過科學的實踐和科技的發展，相信該系統會大幅提高排水工程效果，減少積水對建筑物造成的損害。——論文作者：肖建軍
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