隨著目前中國(guó)經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，特別是汽車(chē)工業(yè)的發(fā)展， 各地都在大力進(jìn)行汽車(chē)制造廠的建設(shè)，車(chē)間的規(guī)模越來(lái)越大，這就給屋面雨水的排放帶來(lái)了新的問(wèn)題。

　　降雨過(guò)程中屋面承接的雨水沿屋面坡向匯集到天溝，傳統(tǒng) 的雨水排放是將天溝中匯集的雨水通過(guò)雨水斗、雨水立管、排出管排至雨水窨井，或是通過(guò)雨 水斗、懸吊管、雨水立管、排出管排至雨水窨井。一般屋面排水系統(tǒng)常按其排水管的設(shè)置位 置和排水去向分為外排水系統(tǒng)和內(nèi)排水系統(tǒng)，從水力學(xué)的觀點(diǎn)來(lái)分可分為重力流屋面排水和 壓力流屋面排水系統(tǒng)兩類(lèi),后者在于強(qiáng)調(diào)在設(shè)計(jì)降雨強(qiáng)度下屋面排水系統(tǒng)內(nèi)的有壓狀況。不同 的屋面雨水排水系統(tǒng)根據(jù)其所具有的水流狀態(tài)的分析，采用不同的設(shè)計(jì)計(jì)算方式。傳統(tǒng)的屋 面雨水排水系統(tǒng)按重力流設(shè)計(jì)，屋面重力式排水系統(tǒng)采用重力式的雨水斗，雨水斗排水狀況 是自由堰流，流入雨水斗的雨水滲入空氣，形成水、氣混合流，雨水斗的設(shè)計(jì)流量偏小，根 據(jù)規(guī)范第4.9.20規(guī)定，重力流屋面雨水排水管系的懸吊管應(yīng)按非滿流設(shè)計(jì)，其充滿度不宜大于0.8，管內(nèi)流速不宜小于0.75m/s。且坡度不宜小于0.5％，需要較大的懸吊管管徑和坡降 。同時(shí)為了在同一根雨水管上的各個(gè)雨水斗的雨水能夠正常排放，因而限定一根雨水懸吊 管的雨水斗的數(shù)量不得超過(guò)4個(gè)，這也導(dǎo)致了雨水懸吊管和雨水立管數(shù)量的增加，同時(shí)增加了 屋面荷載，也增加了工程的造價(jià)。重力流屋面排水系統(tǒng)受其水力特性的限制，造成排水立管 多，管徑偏大，排水能力偏小，對(duì)于大面積工業(yè)廠房及公共建筑屋面排水系統(tǒng)則更顯突出。 為此，應(yīng)大力推廣一種稱(chēng)之為虹吸式屋面雨水排水系統(tǒng)，該系統(tǒng)能很大地提高屋面雨水排水 的能力；懸吊管接入雨水斗的數(shù)量不受限制，節(jié)省了不少的雨水立管；懸吊管不需做坡度， 安裝方便、美觀；系統(tǒng)按虹吸式壓力流計(jì)算可以減小選用管道的管徑；工程實(shí)踐證明可大量 減少工程造價(jià)。虹吸式屋面雨水排水系統(tǒng)與重力式屋面雨水排水系統(tǒng)相比有明顯的技術(shù)優(yōu)勢(shì) 。以下就來(lái)重點(diǎn)介紹一下虹吸式屋面雨水排水系統(tǒng)的原理和設(shè)計(jì)過(guò)程。

　　一、虹吸式屋面雨水排水系統(tǒng)的工作原理

　　虹吸式屋面雨水排水系統(tǒng)和重力式屋面雨水排水系統(tǒng)均由雨水斗、雨水懸吊管、雨水立管、雨水埋地管組成，但因?yàn)橄到y(tǒng)的工作原理完全不同，在二種不同水力條件下工作，因此系統(tǒng)中各部件的功能要求是不一樣的，系統(tǒng)也有其相應(yīng)的一套計(jì)算方法。虹吸式屋面雨水排水系統(tǒng)的最大改進(jìn)和技術(shù)進(jìn)步是開(kāi)發(fā)了一種具有良好整流功能的雨水斗。雨水斗在其額定設(shè)計(jì)流量時(shí)處于淹沒(méi)泄流排水狀態(tài)，不滲氣；設(shè)計(jì)排水量大；雨水斗淹沒(méi)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統(tǒng)，在降雨過(guò)程中相當(dāng)于從屋面上的一個(gè)穩(wěn)定水面的水池中泄水，經(jīng)屋面內(nèi)排水管系，從排出管排出，管道全充滿的壓力流狀態(tài)，屋面雨水的排水過(guò)程是一個(gè)虹吸排水過(guò)程。所以，把具有虹吸排水能力的屋面雨水內(nèi)排水系統(tǒng)稱(chēng)之為虹吸式屋面雨水內(nèi)排水系統(tǒng)。虹吸式屋面排水系統(tǒng)的管道在設(shè)計(jì)降雨強(qiáng)度下呈負(fù)壓，管材的選用應(yīng)考慮承受負(fù)壓的能力但在比較小的降雨強(qiáng)度或降雨過(guò)程的末期 ，降雨量減Px=Δhx·ρ·g－Vx2·ρ/2－Σ（L·R＋Z）

       R=λ·L/Dj·v2/2g

       ΔP=hver·ρ·g－Σ（L·R＋Z）

       小，雨水斗淹沒(méi)泄流的斗前水位降低到其一定的值，雨水斗開(kāi)始有空氣滲入，排水管道內(nèi)的真空被破壞，排水系統(tǒng)會(huì)從虹吸壓力流的工況轉(zhuǎn)向重力流。

　　虹吸式屋面雨水排水系統(tǒng)管道內(nèi)設(shè)計(jì)狀態(tài)下的壓力分布與一般的重力式屋面雨水排水系統(tǒng)有明顯的區(qū)別。虹吸式屋面雨水排水系統(tǒng)自雨水斗連接管以下，管道內(nèi)呈負(fù)壓，在懸吊管與立管的交叉點(diǎn)處負(fù)壓最大，其后立管上的負(fù)壓減小，至臨界點(diǎn)負(fù)壓消失，管道內(nèi)的壓力為零，水流狀態(tài)轉(zhuǎn)為重力流。從上面的分析可以得出，雨水斗的進(jìn)水水面至臨界總高度是有效作用高度，在設(shè)計(jì)計(jì)算中應(yīng)充分利用；另一方面對(duì)雨水斗至懸吊管的末端的總水頭損失應(yīng)有所限制，以控制懸吊管末端的最大負(fù)壓值。

　　二、虹吸式雨水斗的技術(shù)特性

　　1.虹吸式雨水斗的基本結(jié)構(gòu)

　　虹吸式雨水斗有DN50～DN150等多種規(guī)格，能夠滿足工程的實(shí)際要求，其材質(zhì)有鑄鐵、鋁合金鋼、不銹鋼、高密度聚乙烯（HDPE）、聚丙烯（PP），下沉的雨水斗置于屋面層中，上部設(shè)有進(jìn)水格柵。在降雨過(guò)程中，通過(guò)格柵蓋進(jìn)入雨水斗的屋面雨水落入深斗內(nèi)，斗內(nèi)帶孔隙的整流罩，使處于渦流狀態(tài)的雨水平穩(wěn)地以淹沒(méi)泄流流出進(jìn)入排水管。下沉式的雨水斗最大限度的減小了天溝的進(jìn)水深度，使屋面承受的雨水荷載降至最小，同時(shí)又使雨水斗的出口獲得較大的淹沒(méi)水深，消除了在設(shè)計(jì)流量下工作時(shí)的滲氣現(xiàn)象, 提高了雨水斗的額定流量。虹吸式雨水斗應(yīng)帶有格柵，格柵間隙形狀可以是孔狀或細(xì)槽狀，間隙口直徑應(yīng)不小于6mm，且不大于15mm。

　　2.虹吸式雨水斗的額定流量的確定

　　任何型式的雨水斗的泄流量都隨斗前水位的增加而加大。對(duì)于虹吸式雨水斗，要求在正常的工作條件下，雨水斗不滲入空氣。這樣就有一個(gè)臨界水位，當(dāng)雨水斗前的水位小于該水位時(shí)雨水斗開(kāi)始有空氣滲入，虹吸式屋面雨水排水系統(tǒng)的壓力流狀態(tài)被破壞。所以，虹吸式雨水斗的額定流量是以不滲入空氣為確定原則，提出相應(yīng)的斗前水深，以DN50雨水斗為例，當(dāng)泄流量為6L/s時(shí)，斗前水深降至45mm，水流出現(xiàn)乳化現(xiàn)象，數(shù)量降至40mm，滲氣量為0.2L/s。虹吸是雨水斗的斗前水深不宜大于55mm。兩個(gè)雨水斗之間的間距不應(yīng)超過(guò)20m。

　　3.水力計(jì)算

　　虹吸式屋面雨水排水系統(tǒng)的水力計(jì)算應(yīng)包括對(duì)系統(tǒng)中每一管路的水力學(xué)工況作精確的計(jì)算。計(jì)算結(jié)果應(yīng)包括每一計(jì)算管段的管徑、計(jì)算長(zhǎng)度、流量、流速、壓力。

　　虹吸式屋面雨水排水系統(tǒng)的水力計(jì)算應(yīng)符合以下規(guī)定：

　　（1）虹吸式屋面雨水排水管系雨水斗至過(guò)渡段總水頭損失與過(guò)渡段流速水頭之和不得大于雨水斗至過(guò)渡段的幾何高差。

　　（2）雨水斗頂面至懸吊管管中的高差不宜小于1m。

　?。?）雨水斗頂面至過(guò)渡段的高差在立管管徑小于等于DN75時(shí)宜大于3m，在立管管徑大于等于DN90時(shí)宜大于5m。

　?。?）懸吊管設(shè)計(jì)流速不宜小于0.75m/s，立管設(shè)計(jì)流速不宜小于2.2m/s，不宜大于10m/s。

　　（5）虹吸式屋面雨水排水管系過(guò)渡段下游的流速不宜大于 2.5m/s，當(dāng)流速大于2.5m/s時(shí)應(yīng)

采取消能措施。

　　3.1各雨水斗至過(guò)渡段的水頭損失允許誤差應(yīng)小于5kPa。水頭 損失允許誤差按下列公式計(jì)

算：

　　式中ΔP——水頭損失允許誤差，kPa；

       hver——雨水斗至出戶管過(guò)渡段的幾何高差，m；

       ρ——水的密度，4℃時(shí)，ρ=1000kg/m3；

       g——重力加速度，9.81m/s2;

　　Σ（L·R＋Z）雨水斗至計(jì)算點(diǎn)的總水頭損失，kPa；其中L· R為沿程水頭損失，Z為局部水頭損失。

　　3.2系統(tǒng)內(nèi)的最大負(fù)壓計(jì)算值應(yīng)根據(jù)安裝地的海拔高度、管 道材質(zhì)、管材和管件的最大、最小工作壓力等確定，但不應(yīng)低于90kPa。懸吊管內(nèi)的壓力按下 列公式計(jì)算：　　

       式中Px——懸吊管內(nèi)壓力，kPa；

       Δhx——雨水斗頂面至懸吊管管中的幾何高差，m；

       Vx——計(jì)算點(diǎn)的流速，m/s；

       ρ——水的密度，4℃時(shí)，ρ=1000kg/m3；

　　g——重力加速度，9.81m/s2。

　　Σ（L·R＋Z）雨水斗至計(jì)算點(diǎn)的總水頭損失，kPa。

　　3.3管道的沿程阻力系數(shù)應(yīng)按下列公式計(jì)算

　　式中R——水力坡降；

       λ——摩阻系數(shù)；

       Dj——管道的計(jì)算直徑，m；

       V——流速，m/s；

　　g——重力加速度，9.81m/s2。

　　3.4過(guò)渡段下游管道應(yīng)按重力流雨水排水系統(tǒng)設(shè)計(jì)。

　　另外還需要的資料為當(dāng)?shù)氐谋┯陱?qiáng)度公式和該建筑物的屋 面匯水面積。

　　4.虹吸式屋面雨水排水系統(tǒng)的安裝與敷設(shè)

　?。?）虹吸式屋面雨水排水系統(tǒng)適用于大屋面的工業(yè)廠房和 公共建筑的雨水排出。按虹吸壓力流進(jìn)行水力計(jì)算。

　?。?）平屋面排水宜采用DN50或DN60雨水斗；設(shè)有天溝、檐溝 屋面排水宜采用DN50～

DN150的雨水斗。

　?。?）虹吸式雨水斗應(yīng)布置在屋面或天溝的最低點(diǎn)，虹吸式 雨水斗的布置對(duì)雨水立管作對(duì)稱(chēng)布置。

　?。?）當(dāng)虹吸式雨水排水系統(tǒng)接多個(gè)虹吸式雨水斗時(shí)，雨水 斗排水連接管應(yīng)接在懸吊管上，不得直接接在雨水立管的頂部。

　?。?）管道安裝，鋼管的安裝采用焊接連接、法蘭連接或溝 槽式連接；鑄鐵管安裝采用機(jī)械式接口或節(jié)套式連接；HDPE管的安裝采用焊接連接。

　　5.系統(tǒng)驗(yàn)收

　　雨水斗安裝位置應(yīng)符合設(shè)計(jì)要求。雨水斗邊緣與屋面之間 連接處應(yīng)嚴(yán)密不漏。

　　管道安裝應(yīng)符合現(xiàn)行國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《建筑給水排水及采暖工程 施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范》GB50242－2002的有關(guān)規(guī)定。　　雨水主立管及水平干管均應(yīng)作通水試驗(yàn)，排水應(yīng)暢通，無(wú) 堵塞。

　　6.工程設(shè)計(jì)實(shí)例

　　以下為上海某汽車(chē)廠綜合倉(cāng)庫(kù)的屋面虹吸式雨水排水系統(tǒng) 的設(shè)計(jì)。

　　該建筑為鋼結(jié)構(gòu)廠房，面積有4萬(wàn)平方米，采用虹吸式屋面 雨水排水系統(tǒng)，大大減輕了屋面

的荷載，從而節(jié)省了工程的造價(jià)(水力計(jì)算略)。