大型屋面虹吸排水系统 8页

'大型屋面虹吸排水系统1.虹吸排水系统简介虹吸排水系统是现代大型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。虹吸排水系统的动力特点是横管不设坡度的情况下，形成满管流，以极快的速度排清屋面的积水，同时还具有减少立管等外观优点。2.虹吸排水系统组成雨水斗siphonicroofoutlet用于虹吸式屋面雨水排水系统的雨水斗。它具有气水分离、防涡流等功能。其斗前水深可有效控制，当斗前水位稳定达到设计水深时，系统内形成虹吸满管压力流。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。虹吸雨水斗是由雨水斗底盘，压盘，整流罩组成。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。雨水斗额定流量分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。压力流(虹吸式)雨水斗材质多为不锈钢。其各部分有不同的结构功能。雨水斗置于屋面层中，上部盖有进水格栅整流罩。降雨过程中，雨水通过格栅整流罩侧面进入雨水斗，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整流罩，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）雨水斗离墙最好至少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）如果雨水斗是安装在檐沟内，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。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管材的优良特性HDPE管道是在热力条件下生产的，材料本身的张力在制造过程中已消减，所以成品以后可能产生的尺寸微变不会有任何危害，将热胀冷缩引起的危害降至最小。从物理和化学性质上看，HDPE管道的防腐能力极强，不受各种酸、碱、盐所引起的电化学反应的影响。HDPE管道比金属管更耐磨损。抗极端温度在–40c～100c。管子重量轻，施工方便，可以事先预制，安装工效大大提高。 运输方便HDPE密度低、重量轻、耐久性能好、便于运输及施工安装可采用不同的连接方法，如：对焊、电焊管箍连接、法兰连接、螺纹连接、伸连接方式方缩管接头等。HDPE还可以和钢管，铸铁管等其它管材的管道连接。只需通过便灵活专门的电加热电焊机就可以进行操作管道在外荷载作用下，不会破裂，能抵抗冲击压力，减少水锤冲击破坏，保证柔压性好系统安全运行，维持虹作用的负压HDPE满管水结冰的情况下，会随着弹性伸缩，冰融化后恢复原状，避免了低抗寒性温结冰对管子的破坏HDPE具有良好的柔韧性，可蠕变。在穿越伸缩缝或受外力震动影响时，管子曲绕性能随震动偏移，不会遭到破坏导热系数低HDPE导热系数低，间歇性的热水排放不会影响建筑内环境温度抗磨损性HDPE有很好的柔韧性，具有良好的抗磨损性HDPE管具有良好的抗冲击性能，避免在低温下被撞击而破损，能够长期在负抗冲击、挤压压力作用下安全使用。在安装时，如有硬物作用于管材，HDPE能够通过蠕变消除应力集中，避免开裂造成漏水HDPE在80度高温通水使用中，在不受外力干扰下，可以安全的使用，并能在抗热性较短时间内承受100度水温HDPE导热系数为0.43w/mk,属于不良导热体，较金属、PVC管不易结露，避防结露免污染了建筑装饰牢固性HDPE焊接牢固，焊缝强度等于或大于管材强度，暗装安全可靠HDPE管是软性材料，弹性模量低，产生的噪音小，提供了好的居家、办公环低噪音境抗阳光辐射HDPE管材含有炭黑，黑色材料抵抗紫外线，起到抗老化，脆化作用抗化学性HDPE是惰性材料，不易与其他物质发生化学反应防堵塞HDPE管材内壁光滑，水利条件好，流量大，不会产生沉积现象HDPE无毒无味，卫生安全可靠，可用于食品生产线和饮水管道。燃烧后产生非毒性二氧化碳和水，不会产生有害气体 HDPE管作为一种新型的节能管材，从我国目前建筑行业住宅产业化，设计标准化，材料集约化，建筑生产施工工厂化，管理科学化的发展趋势来看，是有很大的发展潜力。HDPE管与PVC及铸铁管相比较①元素组成单纯，对人体及动植物无害。使用周期长，焚烧后不产生有害物质（如PVC焚烧后会产生HCl），生产及运输过程中比铸铁管小号更少的能源。②排水管表面光滑，排水能力是铸铁管的1。5倍；HDPE0.0015~0.015mm；新铸铁管0.2~0.3；旧铸铁管0.5~1.6。③相同管径坡度，HDPE管排水能力远远高于铸铁管。坡度：i=0.025，充满度：h/d=0.5时：铸铁管Dn50=0.64L/s，Dn75=1.9，Dn100=4.08；HDPE管Dn50=1.32L/s，Dn90=3.59，Dn110=6.12。④HDPE是非极性材料，使用过程中不结垢，排水能力不下降。对比项目PVC铸铁管HDPE极性、易结垢、不腐蚀、极性、易结垢、易腐蚀、非极性、不易结垢、不易腐蚀、性质易老化易老化不易老化长期使用流下降迅速下降不下降通能力（极性：分子间作用较强，强度高，拉伸好，但是抗冲击、抗弯性能差，吸水率高。）⑤HDPE排水重量轻、强度高，满足现代建筑要求。HDPE50*3.00.453kg/m75*3.00.7kg/m铸铁管505.75kg/m759.16kg/m⑥热熔连接，安全可靠。对比项目PVC柔性铸铁HDPE安装辅材橡胶密封圈、不锈钢卡粘结剂粘接不需辅材、热熔连接连接方式箍连接接口成本低高低接口安全容易产生集中导致破不能拉伸、偏转角度小接口强度超过管材1到3倍，弯 性损。不可靠、连接容易于5度、连接困难曲半径8dn。可暗埋，连接容易截断刀、锯切割机专用剪子搬运容易困难容易最大试压0.38mp以下0.35mp0.6mp强度⑦HDPE管防噪音效果好，提高生活环境质量。各种管材在某一相同测试条件下，HDPE属于弹性材料，弹性模量低，密度小，能最大限度避免噪音，防止噪音传播。⑧HDPE排水管抗冲击性能好，安全性高，可保证放心使用50年。HDPE排水管抗冲击性能远好于PVC。HDPE属于柔性材料，在GB/T标准中无抗冲击性能检测的要求。HDPE管断裂伸长率大于350%，最高可用于240m建筑中。HDPE管能够使用在0.6Mp的压力下，也可用于有压排水中。PVC管非常脆，在正负压的反复作用下易产生疲劳破损。（在高层建筑中更为明显）⑨施工安全性高施工现场意外撞击、摔打，对HDPE排水管的影响较小，在低温下搬运、施工不易破损，也不会留下隐患。一般的PVC排水管在常温下，尤其在低温下，非常容易破损，在施工中必然留下隐患，给用户和施工单位都带来巨大的损失。对北京、上海、重庆、广州、哈尔滨等城市的排水管使用状况调查显示：约35%的业主反映排水管存在漏水问题，绝大多数是PVC管。辅助的固定系统安装固定系统的主要功能是辅助安装与固定管道。虹吸式雨水管道系统的固定装置包括与管道平行的方形钢导轨，管道与方形钢导轨间的连接管卡(根据不同的管径，每隔0.8至1.6米布置管卡)，用于固定钢导轨的吊架及镀锌角。安装固定系统还包括管卡配件，这些配件可以固定管道的轴向，利用锚固管卡安装在管道的固定点。气水混合流的排水过程中，有一个非常重要的要求，是关于在系统各部位内负压的限制，规定负压不得低于-0.8公斤。其原因在于，当负压在-0.92公斤左右时，系统内的气泡会在压力的作用下破裂，使整个管道说系统产生剧烈振动。因此，为保证系统的正常运行，管道振动的危害是一个不容忽视的问题。如果振动不加以防范，可能会影响减少建筑结构的使用寿命，也可能会导致整个系统的破坏。安装固定系统的主要功能之一是吸收这些振动，从而避免振动对建筑结构产生影响。由于温度的变化，管道必然会发生热胀冷缩的现象。在系统内部形成拉力或压力，对于管道连接处形成作用。 安装固定系统可以防止在刚性安装的排放系统中，由于热胀冷缩受到阻隔而产生的力会对建筑结构的破坏，吸收热胀冷缩导致的管道位移。同时，还可以避免管道因为悬挂受力而变形。无论是系统震动带来的外力，还是热胀冷缩引起的内力，甚至是悬挂管道承受的重力，都由连接件传至方形导轨，避免引起系统的变化，减少对于建筑结构的影响。固定系统除了可以起到固定管道，转移管道受力的作用，还有助于增加屋面到水平管的间距，而不影响管道的水平受力。总而言之，固定系统虽然是虹吸式雨水排放系统的辅助部分，却起到至关重要的保护的作用。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。通过对管道的管径、高差的控制，可以实现对管道内雨水的流态的控制，使系统大部分时间工作在虹吸压力满管流的流态。使管道内满管流形成一定的负压，斗前水面受到管道内外压差的作用，增大了管道的流量，大大增强了雨水系统的排水能力。这便是虹吸式雨水排放系统的工作原理。与传统雨水系统相比，虹吸雨水系统管径小，排水量大，立管少，对建筑立面和空间影响小。3.虹吸排水系统计算虹吸式屋面雨水排水系统要求进行精确的水力计算，尽量接近满管流时的实际运行工况，以达到对系统设计的最优化。水头损失计算是虹吸排水系统设计的基础。虹吸排水系统中包含了两类水头损失：局部损失和沿程损失。局部损失是发生在一个相对小的区域内，如雨水斗，弯头，变径，三通，法兰接头以及管道出口处。而沿程损失则是一种和管道长度成正比的阻力损失。在虹吸排水系统计算中，都把局部损失的局域简化成一个点，即没有长度概念，而沿程损失计算时则把两个节点之间的距离当成管道长度，而不计管件所占有的尺寸。 （1）、沿程损失2采用达西（Dacy）公式计算：hy=λ(L/d)V/(2g)(m)0.892λ—沿程阻力系数，采用巴尔（Barr）公式计算：λ=（1/(-2lg(Δ/3.7d+5.1286/Re))式中，Δ—管道的表面平均粗糙度，对塑料管道，Δ=0.00001md—管道内径，mRe—雷诺数，Re=Vd/νV—平均流速，m/s-62ν—水的运动粘度，取ν=1*10m/sL—管道长度，m将流速转换成流量，便于进行计算，2V=Q/A=Q/(πd/4)224V/(2g)=0.08263Q/d这样，沿程阻力损失表达为25hy=0.08263λLQ/d(m)换算成压力，每米水头等于9810Pa，25hy=810.57λLQ/d(Pa)举例：110PE管道，长10m，流量40L/s,计算阻力损失。管道内径d=0.101m2V=0.04/(0.7854*0.101)=4.993m/s-6Re=Vd/ν=4.993*0.101/1010=5042930.892λ=（1/(-2lg(Δ/3.7d+5.1286/Re))0.892=(1/(-2lg(0.00001/3.7/0.101+5.1286/504293))=0.013125hy=810.57*0.0131*10*0.04/0.101=10165Pa=10.165kPa=101.65mbar（2）、局部阻力损失2采用下式计算局部损失：hj=ζV/2g（m）式中，ζ—局部阻力系数。不同的管件有不同的局部阻力系数，而且局部阻力系数基本上都是通过实验获得，而没有解析算法(analysissolution)。还有一种计算局部损失的方法是采用等效管长，用计算沿程阻力的方法计算局部阻力。公式可以变形为:2hj=λL/d*V/2g 和公式相比，ζ=λL/d，如取λ=0.015,则有L=ζd/0.015。如局部阻力系数0.55的110mm90度弯头，等效于管长L=0.55*0.101/0.015=3.67m。在水力计算中，可以用3.67m米长的110管道代替。本公司采用局部阻力系数算法计算管件的阻力损失：24hj=810.57ζQ/d(Pa)举例：110mm90度弯头，流量40L/s,计算阻力损失。已知局部阻力系数ζ=0.5524hj=810.57*0.55*0.04/0.101=6854.7Pa=6.8547kPa=68.547毫巴虹吸技术运用在现代建筑是1968年，由olaviebeling与persommerhein共同发明，如今，虹吸排水系统已经被广泛的运用，1993年，该虹吸排水系统首次运用到新加坡一建筑工程里，自此，persommerhein为亚洲的屋面雨水排放系统带来新的革命，随着我国《虹吸式屋面雨水排水系统技术规程CES183-2006》的实施，越来越多的建筑屋面都开始采用了这个技术和工艺，同时也为综合利用雨水资源提供了便利。'