虹吸式雨水排水系统

虹吸式雨水排水系统

【篇一：虹吸排雨水系统设计原理】

虹吸排雨水系统设计原理

近几年来，屋面虹吸排雨水系统在国内众多大、中、小型建筑应用

像雨后春笋般展现，为不少建筑设计师解除了诸多建筑造型的限制，现代建筑的复杂性，以及建筑界与工程界提出的严格要求，常常使

得落后于现代先进建筑科技的传统屋面排水方案不具有可行性，如

排水量大，重力排水系统影响建筑造型；室内排雨悬吊管放坡影响

室内使用空间，排水管与建筑不协调。同时把屋面排雨水设计带到

新的领域。自从uv排水系统在1968年发明以来，第一个uv系统（1968年发明）提供了屋面排水技术的突破，它在雨水斗周围的水

深达到一定高度时，可以避免空气通过雨水斗进入排水管内。世界

各国越来越多对虹吸排雨水系统的研究。，一些科学家和工程师，

如bernouilli， prandtl， darcy， weisbach， colebroke等建立

起来的设计理论便可以用来进行精确的满管流排水系统的设计，这

项技术对于建筑界的贡献立即表现出来。

一、虹吸系统基本原理介绍

原理简介

基本上，屋面雨水排放系统可分为重力流系统与满管流或虹吸系统。重力流系统

在重力流系统中，水沿着立管的管壁流下。一般情况下，管材断面

约1/5-1/3为水，剩余为空气。水平管的流量系数则可能达到1。因此，重力流系统的流量得视其管子所装置的坡度而定。

虹吸系统

在虹吸系统中，所有的管子在指定的降水强度下将达到1的流量系数。管子内的压力也有别于大气压强。通过利用建筑物（雨水斗与

排放点的高度差距）所产生的压头，管径设计可达到满管流。因此，概念上，利用较小于传统管径的管道便可更快速地排出相同的水量。虹吸系统电脑软件利用建筑物所产生的压头 (h1-h2)来平衡管子内的磨擦系数损失以及计算出以最小的管径来排放所设计的水量。捷流

系统电脑软件通过分析水平管与立管的剖面以及管子的长度来平衡

系统的压力。

正如以上所提及的，管子里的压力有别于大力气强。基本上，系统

可接受管子里的压力超出于大气压强。

无论如何，管子内的压力若相当于水的蒸发压力，可能会导致气化

作用的产生。为避免气化作用的发生，管子里的压力必需维持在水

的蒸发压力以上。也就是说，如果大力气强被制定为0，管内负压

力则需高于－8.0m。

重力流系统与系统的比较

重力流雨水系统

特点：气液二相流

1．雨水斗数量多

2．管径大

3．立管数量多

4．水平集水管需要坡度

5．雨水检查井数量多

6．大屋面工程，地面需布置排水沟

7．影响建筑美观

虹吸雨水系统

特点：满管流

1．雨水斗布置灵活

2．管径缩小

3．管道走向可以根据需要灵活设置

4．水平集水管不要坡度

5．雨水斗检查井数量少

6．大屋面工程，无需设置室内检查井

7．有利于建筑美观

二、虹吸雨水排水系统特点介绍

虹吸系统在世界上的应用有30多年的历史，虹吸雨水排水系统经过精确的计算能以最小的管径达到最大的流量。世界上已有超过1亿

m2的屋面采用这种排水系统。

? 雨水斗高效、低阻

虹吸系统的雨水斗效率高、水阻低，能有效的控制管内的压力，同

时具有高度灵活性，在施工调整时能够根据现场实际情况灵活处理。 ? 管道节约空间，美观大方

在屋面下有限的空间内，虹吸系统以最小的管径和没有坡度的水平

横管尽量占有最小的空间，同时我们将利用每个雨水斗的高效率排水，组成最少的管道系统。

? 选用灵活

在管材的选用上，虹吸系统可选用不锈钢管、铸铁管、hdpe管、涂塑钢管等多种满足虹吸技术要求的管道。

? 天沟尺寸精确，安全

虹吸系统能够准确的计算出在某一暴雨强度下的天沟水深，因而能

够保证在天沟不溢水的情况下，有效的减小天沟的尺寸。

三、设计原理

在设计的降雨量达到时，真正的虹吸系统中所有管道都呈现为满管

流动，管道中的压力分布与传统的排水系统也有许多不同。由于屋

面雨水斗与地面排水井间的全部高度差距得到充分利用，与重力排

水系统比较，因而虹吸排水管道与重力排水管道的直径相等时，虹

吸管道中的水流量比重力的大得多。

虹吸系统利用建筑高度简称为水头，充分考虑管道中的水力学损失，尽可能地减小管道直径，将屋面的雨水排入雨水井。并通过调节垂

直尾管和水平集水管的结构和长度来实现水力平衡。

管道中的压力与大气压有很大不同。对于管道内的正压并没有限制，然而，对于负压必须考虑蒸发压力问题即气蚀问题。因而管道内的

压力必须保持在系统所在地区的蒸发压力以上。

1、虹吸雨水斗设计

重力排水雨水斗与虹吸系统雨水斗主要的区别在于雨水斗中设置了

空气挡板。空气挡板是叠型的，没有透孔。屋面结合部件、防水层

和树叶罩的设计都遵从常规思想。雨水斗体、空气挡板与出水口的

直径组合是在任何水流情况下获得稳定功能的保证，这种组合从理

论上很难进行优化设计，必须通过大量的试验和总结才得出的结论。

2、系统管道设计

必须满足当地国家规范并能抵抗正、负压力的管道系统均可用于虹

吸系统排水管道。比如abs、pvc、hdpe、pp、、和都大量成功地

用于uv系统。不同的塑料管具有不同的抵抗负压的能力，材料品质、壁厚和管道直径的区别决定了这种能力。管道系统一般根据工程实

际情况进行选择，需要综合考虑适用性、排水能力、耐用性、刚性、防火性、噪音、绝缘、造价和安装费用等等因素。

3、相关设计要点：

? 雨水斗选用

采用平底式金属雨水斗，确保雨水斗在长时间日照下的防老化性能

及防渗漏性能。平底式雨水斗保证施工简易安全。由于天沟既有外

天沟也有内天沟，采用专利设计的平底式雨水斗，安装于混凝土屋

面上，简便快速，且能有效地防止漏水情况出现。

根据建筑物屋面结构形式，本工程采用的虹吸雨水斗：虹吸雨水斗

排量一般为20 l/s至40 l/s，选择雨水斗时，设计排量应按最大排量

的70~80%设计。相对重力流系统而言减少天沟开孔尺寸和数量，也减少了可能的渗漏点，节省工程施工时间；虹吸系统多为串联系统，屋面通过建筑找坡排水至天沟或汇水点，雨水斗同一屋面分区时计

算系统以同一标高作依据（施工存在误差，同一屋面同一系统中每

个雨水斗的标高必须在50mm以内，否则系统计算无效，系统被破坏），另一方面，系统计算时，还要控制好雨水斗的斗前水深，若

不能控制好每个水斗的排水量及斗前水深，则使系统排水不均衡。

只有经过精密计算的考虑，才可保证减少屋面的积水深度，排水效

果更好。部分系统采用不同标高屋面雨水系统高低接入，实现快速、安全排水。在雨水斗排量充足的前提下，再通过精确计算而保证排

水量及虹吸的快速形成。

? 管材

选用的管材和接口必须能够同时满足正、负压的需要。

选用管材可分为以下几类：

hdpe管：塑料，造价低，内壁光滑，水力条件好，施工简便，采用热熔焊接。

涂塑钢管：钢塑复合管，造价偏高，钢性好，防火性能好，内壁光滑，水力条件好，使用寿命长，采用平板式卡箍或法兰连接。

镀锌钢管：普通钢管，造价高，钢性好，防火性能好，使用寿命长，采用沟槽式卡箍连接。不锈钢管：高档排水钢管，造价最高，钢性好，防火性能好，使用寿命长，采用亚弧焊或电联焊连接。

4、虹吸式屋面排水系统的水力计算要点：

（1）管道的设计流速不小于1 m/s。

（2）排水管的总水头损失应小于或等于雨水斗顶面与临界点的几何高差，宜使压力余量△pr≤100mbar。

（3）虹吸式屋面排水系统的是大负压值在悬吊管与总立管的交叉点。该点的负压值，应根据不同的管材而有不同的限定值。对于使

用铸铁和钢管的排水系统应小于900mbar；对于塑

【篇二：虹吸雨水系统与传统排水系统的对比】

虹吸雨水系统与传统排水系统的对比

传统重力排水系统：

横管需要一定坡度

立管较多，影响美观

管道和配件使用量大

使用寿命较短

大范围的地面开挖工作

现场施工量大

后期装修费用较高虹吸雨水排放系统：横管不需要坡度管径较小，便于建筑处理减少立管和雨水斗数量系统寿命长最小的地面开挖

工作，雨水井少施工简单快捷可节省大量装修费用

虹吸演示

1.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

2.随着降雨量的增加，管内逐渐呈现脉动流，拔拉流

3.降雨量再增大，系统出现间歇式虹吸现象,出现满管气泡流和满管

汽水混合流,并逐步趋于稳定

4.降雨量进一步增大，系统达到设计状态，出现水的单向流状态,稳

定且全面的系统虹吸形成

虹吸系统的技术参数

虹吸系统的技术参数: 雨水斗的技术参数:

虹吸排水与同层排水应用分析

摘要:对虹吸排水和同层排水进行介绍和分析后,提出利用虹吸排水

系统和同层排水系统的方法解决大面积屋面雨水排水和本层排水管

检修影响上下层的问题,以提高人们对这两种排水方式的认识,可供设

计人员参考借鉴。

1 虹吸排水系统

随着时代的前进,建筑业的发展,工业厂房和公共建筑均朝着大面积的

方向发展,在建筑屋面的排水系统中,传统的设计和施工是按“重力式”

考虑的,因此屋面的坡度、雨水管道的多少及管径的大小是决定雨水

排泄畅通的首要条件。在新型建筑中,屋面面积的增大,必然导致雨水

管道增多,管径增大,从而影响建筑的美观和实用。因此,传统的屋面排

水系统已显得越来越不适应了,而大面积屋面排水系统的设计,变成了

现代建筑的一个新课题。为此,认为采用屋面雨水虹吸排水,是解决大

面积屋面排水设计的有效途径。

1. 1 虹吸排水系统简介

屋面雨水的虹吸排水系统是利用屋顶专用雨水漏斗实现气水分离。

起初由于重力作用使雨水管道内产生真空,当管中的水呈压力流状态

时,形成虹吸现象,不断进行排水,最终雨水管内达到满流状态。在降雨过程中,由于连续不断的虹吸作用,整个系统得以快速排放屋面上的雨水。虹吸排水系统管道均按有压状态设计,雨水悬吊横管可做到无坡度敷设,当产生虹吸作用时,水流流速很高,有较好的自清作用。

1. 2 虹吸排水系统的特点

虹吸排水系统管道均按有压状态设计,雨水悬吊横管可做到无坡度敷设,当产生虹吸作用时,水流流速很高,有较好的自清作用。水系统采用hdpe 高密度聚乙烯管,此种管材能承受较大的冲击力,且不会因弯曲而破裂、折断,还具有耐腐蚀性、抗紫外线功能。其抗极端温度范围大,在- 30 ℃～100 ℃,同时管子较轻施工方便,安装效率大大提高。因此与传统的屋面重力流排水系统相比,虹吸排水系统具有十大优点:1) 比重力系统管径小1/ 2～2/ 3 ;2) 排水管道无需坡度敷设,屋面雨水斗布点灵活;3) 排泄流量大,所需立管少,可减少、减小屋面预留洞口要求;4) 管道走向灵活,可根据设计要求设置;5) 现场施工量小;6) 管道及配件的使用量减少;7) 排水管管径小;8) 节约建筑空间;9) 水流速度快具有自洁管道功能;10) 从设计到施工简单快捷。在这十大优点中,最为可贵的是建筑物屋面即使是平屋顶无坡度也适用,且现场施工量大大减少。

在某工程实例中,屋面排水采用虹吸排水系统,所需立管仅为8 根,而若采用传统的重力式排水系统则需要设44 根雨水立管。虽然同一管径相比,hdpe 管比镀锌钢管贵,但随着国内厂家大量的生产,材料价格趋于降低的趋势,虹吸排水系统还是可以节约造价的。同时,由于虹吸排水系统立管少,安装工作量小,可节约大量人工。

另外,从其功能来看,重力排水系统横管需要有坡度,这样其他管道和设备标高要降低,安装空间减小,而虹吸排水系统节约了建筑空间。再则,重力排水系统管道需要定期清通,否则容易堵塞,而虹吸排水系统具有自清功能不容易堵塞。综上所述,大屋面雨水虹吸排水系统具有很大的实用价值。如今,随着科学技术和新型材料的不断发展和应用,人们对建筑的实用性和美观性的要求也越来越高,因此,屋面雨水虹吸排水系统具有广阔的发展前景和空间,特别是在厂房、机场、体育馆、展览馆、停车场等建筑中其实用性将日益体现。

1. 3 虹吸排水系统设计技术要求

1) 悬吊管与雨水斗出水口的高差宜大于1 m。2) 雨水悬吊管不需要做坡度。3) 悬吊管不宜穿越建筑物的伸缩缝、沉降缝、抗震缝,如必须穿越,应采取必要的措施(设置柔性管、伸缩

器) 。不宜穿越建筑物的防火墙,如必须穿越需加防火套管或阻燃套管。

4) 悬吊管的设置应首先选择以立管为中心,两侧对称布置方式;如不可能,可选择单侧布置方式。5) 虹吸式系统各节点上游不同支管的计算

水头损失之差,在管径不大于dn75 时不应大于10 kpa ;在管径不大

于dn100 时,不应大于0. 5 kpa ;超出时应变更管径、增加支管长度

和局部阻力损失或改动系统组合等方法,调整后进行复算。6) 悬吊管

水头损失不得大于80 kpa。7) 管道内负压控制在80 kpa 以内。8)

不同高度的屋面,彼此之间又有较大的高差时,宜分别设置立管和出户管。9) 立管距地面1 m 处,设置检查口;如有需要,悬吊管可相应设置

清扫口,但应确保其气密性。10) 悬吊管的设计流速不宜小于1 m/ s ,

立管的最小流速不宜小于2 m/ s ,最大流速不宜大于6 m/ s ,不得大

于10 m/ s。立管底部接至室外检查井的排出管管径应适当放大, 管

内流速不大于1. 8 m/ s ,否则应设置消能井。11) 埋地管的敷设应符

合相关规定。12) 对于无溢流系统的大屋面(5 000 m2 ) 须至少设置

两套以上彼此独立的系统。虹吸排水系统见图1 。 2 同层排水系统

2. 1 同层排水系统简介

同层排水是针对传统卫生间排水方式而提出的。它的排水管道不穿

过本层楼板,满足了现代人对私人空间的要求。下沉排水管道或抬高

卫生器具的安装高度,让所有的卫生器具排水管在同一层敷设,然后接

入排水立管。因而对管材,特别是配件有特殊的要求,即利用虹吸排水

得到同层排水要求。下面介绍两种方法:

1) 排水管道下沉。采用普通排水管材、管件,则需要建筑、结构专业

设计配合来达到同层排水的要求。现介绍在广州、深圳已通用的一

种排水方式:住宅建筑的厨房、阳台同层排水用普通管材、配件很容

易解决。而卫生间排水量大、点多、要求严格,欲用普通排水管材、

管件解决同层排水问题就需要建筑、结构专业设计配合。要求在本

层卫生间内设置排水管道沉箱;将排水管道设置在同层卫生间沉箱内。沉箱长、宽同卫生间进深、开间,深为400 mm。沉箱底及四周墙壁

均需做防水处理,不得渗漏水,排水管道填砂或炉渣、陶粒。填满后用

砂浆找平,再铺设地砖。地砖顶面与本层其他房间楼(地) 面相协调。

当排水管道出现问题时,打开本层卫生间地板砖,挖出填砂予以维修。

这样就达到了同层排水的要求。工程造价略有增加,在沉箱内安装完后,要保证牢固且不渗漏水,沉箱底部设二次排水管,利用虹吸技术接入

排水立管。沉箱内填砂或炉渣、陶粒。填满后用砂浆找平,再铺设地砖。地砖顶面与本层其他房间楼(地) 面相协调。当排水管道出现问题

时,打开本层卫生间地板砖,挖出填砂予以维修。这样就达到了同层排

水的要求。工程造价略有增加,但实用、方便、效果很好(见图2) 。

2) 抬高卫生器具安装高度或加高卫生间地面(沉箱上翻) 。

这种方法没有前一种方法好,可根据实际情况试验总结。

2. 2 同层排水系统的优点

1) 房屋产权的清晰化,所有物均在同一层内,容易划分产权。

2) 检修方便,同楼层即可检修,不干扰楼上下住户。

3) 空间布局的灵活性,楼板无预留洞口,布局不受限制。

4) 不破坏墙体结构,延长建筑物使用寿命。

5) 建筑整体功能的灵活性,既满足卫生要求,又可实现房屋功能设计

的灵活性,卫生间位置不一定非要上下一致。

6) 噪音小,有高密度聚乙烯管,结合隐藏式安装,大大降低了冲水时的

噪音。

7) 如采用挂壁式洁具,无卫生死角,清洁方便。

8) 采用虹吸特殊配件后,可大量节约立管数量,相对扩展了建筑空间。

9) 安全、可靠、无渗漏水隐患。

10) 节约用水。

3 结语

【篇三：虹吸式雨水系统】

虹吸式雨水系统(不锈钢管)施工工法

河北建设集团有限公司石家庄分公司

张雅楠

1前言

随着大跨度、大面积的建筑日趋增多、对建筑空间的要求不断提高，虹吸式雨水系统安装技术在全球范围内得以迅速应用和不断提高。

其作为密闭的内排水系统,与普通重力流作用相比，效果明显,技术先进,有明显的社会效益和经济效益。

2工法特点

2.1雨水斗采用不锈钢材质。雨水斗和天沟采用氩弧焊接的连接方式，能确保雨水斗与天沟连接的密封。

2.2虹吸式雨水斗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，并且对由空气挡板下面流入管尾的雨水具有整流

作用。

2.3管道采用不锈钢管道, 具有优异的抗腐蚀性能，安装时无需做防

锈处理，系统具有较好的自清作用。

2.4排水实现满管流，从而节省材料、节省空间、减少了各专业之间的交叉作业，使建筑外形美观，节约资金。

2.5管道连接采用氩弧焊接, 操作及观察较方便，

容易实现焊接过程的机械化和自动化, 并有防止焊材氧化的特点。 3适用范围

适用于大面积、大跨度屋面的排水。

4工作原理

虹吸式雨水系统依靠虹吸式的雨水斗在天沟水深达到一定的深度时实现气水分离，利用建筑物的高度和雨水所具有的势能，在雨水连续流经雨水悬吊管转入雨水立管跌落时形成虹吸作用，并在该处管道内形成最大负压。从而进入虹吸状态，整个管道呈现满流，实现其迅(悬吊管、立管、排出管)、管件、固定件组成。

5施工工艺流程及操作要点

5.1 工艺流程图

图5.1-1虹吸雨水系统工艺流程图

5.2 操作要点 5.2.1 套管安装

图5.2.1-1套管安装图

5.2.2 支架制作安装

对应管材按照规范、设计要求进行支架制作安装，应注意：

1管道安装时应设置固定件，固定件必须能够承受满流管道的重量以及高速水流所产生的冲击力。

2固定件应根据各种管材要求设置，位置准确，埋设平整，与管道接触紧密，但不得损伤管道表面。

3固定件宜采用与虹吸式屋面雨水排放系统配套的专用管道固定支架。其使用寿命不低

于虹吸式屋面雨水排放系统的使用寿命。

4管道支吊架应固定在承重结构上，位置正确，埋设牢固。 5管道的支、吊架间距及设置要求要满足规范要求。

6不锈钢管悬吊管的固定支架一般设置在横管的始端、末端和三通的两端及支管处。

5.2.3 雨水斗安装：

1

虹吸式雨水斗应设置在屋面或天沟的最低点，每个汇水区域的雨水斗数量不少于2个。

2虹吸式雨水斗与屋面或天沟和管路系统应可靠连接。

3系统接多个虹吸式雨水斗时，雨水斗排水连接管应接在悬吊管上，不得直接接在雨水立管的顶部。

4接入同一悬吊管的虹吸式雨水斗宜在同一屋面标高。

5天沟起点深度应根据屋面的汇水面积、坡度及虹吸式雨水斗的斗

前水深确定。天沟坡度不宜小于0.003。

6要注意雨水斗内不得遗留杂物、充填物或包装材料等，清除流入

短管内的密封膏，再安装其他部件，以免堵塞。

7安装在不锈钢板天沟(檐沟)内的雨水斗，采用氩弧焊与天沟(檐沟)

焊接连接。雨水斗与雨水管道连接时，采用不锈钢卡箍连接。

图5.2.3-1雨水斗安装图

5.2.4 不锈钢管道安装：

1 雨水管道应按设计规定的位置安装，悬吊管不设坡度、要水平安装。

2 管路的定位准确，特别是弯头、大小头、三通等处的定位。水平

管的标高不能任意的变动，以免影响虹吸条件。

3 管道在焊接前，对所使用的管材及焊接材料必须进行查核，确认

与合格证件相符方可使用。

4 管子对接焊缝与支架、吊架边缘之间的距离不应小于50mm，同

一直管段上两对接焊缝中心面间的距离：dn≥150时不应小于

150mm，dn＜150时不应小于管子外径。

5不宜在焊缝及其边缘上开孔，当不可避免时，应对开孔直径1.5倍直径范围内的焊接缝进行无损检验，确认焊缝合格后方可进行开孔。 6管子或管件对接缝组对时，内壁应齐平，内壁错边量不宜超过管

壁厚度的10％，且不应大于2mm。

7不等厚对接焊件组对时，薄件端面应位于厚件端面之内，当内壁

错边量超过厚度的10％时，应对焊件进行加工。

8 管道焊接工艺参数

焊缝焊接工艺参数表5.2.4-1

1）管径大于219mm，管壁大于6mm时，每层焊缝的厚度是焊条

直径的0.8－1.2倍，每层厚度不宜大于4mm。

2）管子对口的中心线偏差的允许限度：管子直径小于100mm时，

管子对口的中心线偏差不得大于1mm；管子直径大于100mm时，

管子对口的中心线偏差不得大于2mm。

3）管道对接时错口不大于1mm，错口总长度不超过周长的1/10，并保证同心度。焊道平整圆滑，焊缝的加强高度及焊缝加强宽度保持一致，并符合设计图纸要求。

4）焊缝加强面高度和宽度

焊缝加强面高度、宽度参数表表5.2.4-1

5）管路焊接前清理焊口，不能留有油漆等杂物。焊条的强度选择要不低于母材强度和化学成分。焊缝用全熔透式，插入部分不能超过管壁厚度，焊道最少要两层。环境低于－17℃，不可进行焊接。焊接点要层式、水纹一致。当完成第一道焊道后，清理焊面焊渣后再焊第二层。

图5.2.4-1雨水管道安装图

5.2.4 埋地管安装

1由于系统压力较大，排出管宜采用能承压管，并在出户口管道管径加大二级，以便泄