虹吸排水系統原理、組成及與重力排水的對比!

虹吸排水系統是建築物給排水系統的重要組成部分，它的任務是及時排除降落在建築物屋面的雨水、雪水，避免形成屋頂積水對屋頂造成威脅，或造成雨水溢流、屋頂漏水等水患事故，以保證人們正常生活和生產活動。虹吸排水系統的特點是橫管不設坡度的情況下，形成滿管流，以極快的速度排清屋面的積水。虹吸排水系統主要部件有虹吸排水管道和雨水鬥構成。

對 比

虹吸排水系統與傳統重力排水系統的區別

虹吸排水特點：

1、只要滿足計算要求，單系統所帶雨水鬥個數不限；

2、雨水鬥流量大，氣水分流，排水速度快效果好；

3、懸吊管呈水平狀態，無需做任何坡度，施工方便；

4、立管管徑小，數量少，便於裝修；

5、埋地管少，地面開挖工作量小，有效縮短工期；

傳統重力排水特點：

1、單系統所帶雨水鬥個數受限；

2、雨水鬥流量小，氣水合流，排水效果差；

3、立管管徑大，數量多，交叉施工易打架；

4、埋地管多，土建工作量大，地溝易返水

組 成 部 分

雨水鬥siphonic roof outlet

用於虹吸式屋面雨水排水系統的雨水鬥。它具有氣水分離、防渦流等功能。其鬥前水深可有效控制，當鬥前水位穩定達到設計水深時，系統內形成虹吸滿管壓力流。

一般來說，雨水鬥的設計是整個虹吸系統的能否按設計要求工作的關鍵所在之一，它的穩流性越好，產生虹吸所需的屋面匯水高度越低，總體性能就越優越。

標準型的雨水鬥，它是由雨水鬥底座（PE材料），碟片（ASA），格柵頂蓋(PE)組成。另外根據需要可提供通用型的絕緣底座，固定件，法蘭片，焊接片，防火保護帽，微型加熱電圈等配件。雨水鬥額定流量分12L/s 、25L/s、40L/s、60L/s和72L/s等，最常用的為25L/s和40L/s兩種額定流量的雨水鬥。

壓力流(虹吸式)雨水鬥材質為HDPE、鑄鐵或不鏽鋼。其各部分有不同的結構功能。雨水鬥置於屋面層中，上部蓋有進水格柵。降雨過程中，雨水通過格柵蓋側面進入雨水鬥，當屋面匯水達到一定高度時，雨水鬥內的反渦流裝置將阻擋空氣從外界進入同時消除渦流狀態，使雨水平穩地淹沒洩流進入排水管。虹吸式雨水鬥最大限度減小了天溝的積水深度，使屋面承受的雨水荷載降至最小，同時提高了雨水鬥的額定流量。比較領先的產品，完全可以做到部分通用。它的最大優點在於對於不同功能及材料的屋頂系統，產品具有廣泛的適用性。換句話說，一種雨水鬥通過於相應的配件組合就能適合不同的屋頂，例如：混凝土屋頂，金屬屋頂，木屋頂，考慮人行走或綠化的屋頂，屋面不平呈梯形結構的屋頂等。雨水鬥是整個虹吸系統的關鍵部分。對於整個虹吸式屋面雨水排放系統而言，最主要的就是要避免空氣通過雨水鬥進入整個系統。如果空氣直接進入雨水鬥，會在管道內形成氣團，這樣會大大降低系統排水效率，最終和傳統重力式排水系統一樣。因此，虹吸式屋面雨水排放系統所採用的雨水鬥必須具有優化設計的反渦流功能的蓋罩，防止空氣通過雨水鬥入口處的水流帶入整個系統，並有助於當鬥前水位升高到一定程度時，形成水封完全阻隔空氣進入。雨水鬥的設計安裝也有一定嚴格的要求:

（1）雨水鬥離牆至少1米。

（2）雨水鬥之間距離一般不能大於20米。

（3）平屋頂上如果是沙礫層，雨水鬥格柵頂蓋周圍的沙礫厚度不能大於60mm，最小粒徑必須為15mm。

（4）如果雨水鬥是安裝在簷溝內，且採用焊接件的話，簷溝的寬度至少是350mm，簷溝內的雨水鬥安裝開口為70mm x 270mm至290mm x 290mm。

（5）如果雨水管是安裝在混凝土屋頂面層內，那麼屋頂至少有160mm厚。

（6）斷面呈連續梯形的屋面雨水鬥開口，為安裝固定件，尺寸必須是280mm x 280mm，如果開口大於300mm x300mm，屋頂則需加固。

（7）如果屋頂是混凝土的，雨水鬥下連的雨水管管徑至少是35mm (用電焊管箍連接件連接)，與此對應的屋頂厚度是180mm至190mm。

（8）帶隔離層的屋頂隔離層厚度至少40mm。如果隔離層厚於180mm，雨水鬥的底座必需延伸至能與管徑56mm的連接管相連的恰當長度。

系統管道

管道作為虹吸式屋面雨水排放系統最主要的部分，必須確保系統安全可靠，高效持續的運行。虹吸式系統作為一個特殊的排水系統，其管道必須保證完全的密封性和完備的防火措施，並且做到儘可能降低噪聲，吸收震動，抗擊衝擊外力，最大程度滿足抗溫度變化引起的形變。管道的完全抗滲漏並不意味著系統密封性得到滿足。一般情況下，對於抗滲漏的要求是允許發生小範圍的滲漏，只要有補救措施即可。但是虹吸系統一旦發生滲漏，並不易發現。當突然出現暴雨的降雨強度，則可能立即造成整個系統崩潰。進而因為屋面雨水無法及時排放，超過屋面可負荷的荷載強度，引起屋面坍塌。當然，微小的不密封並不一定會造成滲漏，但是足以造成漏氣，一旦排水管道內出現氣團，虹吸式排水的效率馬上大大降低，嚴重的甚至會破壞虹吸作用。由於虹吸系統是利用負壓排水的，因此管道的管壁必須具備相當的承壓能力。但是也不是完全的剛性體。因為虹吸系統的負壓一般不大於-0.08Mpa。過大的負壓會導致管內水流流速過快，發生氣蝕現象，對於金屬管道或者是金屬質地的連接處產生極大的傷害（-0.09Mpa已經接近氣蝕的臨界值）。同時負壓過高也會給系統帶來極大的震動，減少系統的使用壽命。

HDPE管材的優良特性

HDPE管道是在熱力條件下生產的，材料本身的張力在製造過程中已消減，所以成品以後可能產生的尺寸微變不會有任何危害，將熱脹冷縮引起的危害降至最小。從物理和化學性質上看，HDPE管道的防腐能力極強，不受各種酸、鹼、鹽所引起的電化學反應的影響。HDPE管道比金屬管更耐磨損。抗極端溫度在 – 40攝氏度 ～100攝氏度。管子重量輕，施工方便，可以事先預製，安裝工效大大提高。

HDPE管作為一種新型的節能管材，從我國建築行業住宅產業化，設計標準化，材料集約化，建築生產施工工廠化，管理科學化的發展趨勢來看，是有很大的發展潛力。

HDPE管與PVC及鑄鐵管相比較

由碳水化合物組成，對人體及動植物無害。使用周期長，焚燒後不產生有害物質（如PVC焚燒後會產生鹽酸），生產及運輸過程中比鑄鐵管消耗更少的能源。

排水管表面光滑，排水能力是鑄鐵管的1.5倍；

HDPE 0.0015~0.015mm；新鑄鐵管 0.2~0.3；

舊鑄鐵管 0.5~1.6。

相同管徑坡度，HDPE管排水能力遠遠高於鑄鐵管。

坡度：i=0.025，充滿度：h/d=0.5時：

鑄鐵管Dn50=0.64L/s，Dn75=1.9，Dn100=4.08；

HDPE管Dn50=1.32L/s，Dn90=3.59，Dn110=6.12。

HDPE是非極性材料，使用過程中不結垢，排水能力不下降。

HDPE管防噪音效果好，提高生活環境質量。

各種管材在某一相同測試條件下，HDPE屬於彈性材料，彈性模量低，密度小，能最大限度避免噪音，防止噪音傳播。

HDPE排水管抗衝擊性能好，安全性高，可保證放心使用50年。

HDPE排水管抗衝擊性能遠好於PVC。HDPE屬於柔性材料，在GB/T標準中無抗衝擊性能檢測的要求。HDPE管斷裂伸長率大於350%，最高可用於240m建築中。

HDPE管能夠使用在0.6Mp的壓力下，也可用於有壓排水中。

PVC管非常脆，在正負壓的反覆作用下易產生疲勞破損。（在高層建築中更為明顯）

施工安全性高

施工現場意外撞擊、摔打，對HDPE排水管的影響較小，在低溫下搬運、施工不易破損，也不會留下隱患。

一般的PVC排水管在常溫下，尤其在低溫下，非常容易破損，在施工中必然留下隱患，給用戶和施工單位都帶來巨大的損失。

對北京、上海、重慶、廣州、哈爾濱等城市的排水管使用狀況調查顯示：約35%的業主反映排水管存在漏水問題，絕大多數是PVC管。

輔助的固定系統

安裝固定系統的主要功能是輔助安裝與固定管道。虹吸式雨水管道系統的固定裝置包括與管道平行的方形鋼導軌，管道與方形鋼導軌間的連接管卡(根據不同的管徑，每隔0.8至1.6米布置管卡)，用於固定鋼導軌的吊架及鍍鋅角。安裝固定系統還包括管卡配件，這些配件可以固定管道的軸向，利用錨固管卡安裝在管道的固定點。氣水混合流的排水過程中，有一個非常重要的要求，是關於在系統各部位內負壓的限制，規定負壓不得低於-0.8公斤。其原因在於，當負壓在-0.92公斤左右時，系統內的氣泡會在壓力的作用下破裂，使整個管道說系統產生劇烈振動。因此，為保證系統的正常運行，管道振動的危害是一個不容忽視的問題。如果振動不加以防範，可能會影響減少建築結構的使用壽命，也可能會導致整個系統的破壞。安裝固定系統的主要功能之一是吸收這些振動，從而避免振動對建築結構產生影響。由於溫度的變化，管道必然會發生熱脹冷縮的現象。在系統內部形成拉力或壓力，對於管道連接處形成作用。

安裝固定系統可以防止在剛性安裝的排放系統中，由於熱脹冷縮受到阻隔而產生的力會對建築結構的破壞，吸收熱脹冷縮導致的管道位移。同時，還可以避免管道因為懸掛受力而變形。

無論是系統震動帶來的外力，還是熱脹冷縮引起的內力，甚至是懸掛管道承受的重力，都由連接件傳至方形導軌，避免引起系統的變化，減少對於建築結構的影響。

固定系統除了可以起到固定管道，轉移管道受力的作用，還有助於增加屋面到水平管的間距，而不影響管道的水平受力。

總而言之，固定系統雖然是虹吸式雨水排放系統的輔助部分，卻起到至關重要的保護的作用。

在整個降雨過程中，隨著降雨量的增加或減小，懸吊管內的壓力和水流狀態會出現反覆變化的情況。

與懸吊管相似，立管內的水流狀態也會從附壁流逐漸向氣泡流，氣水浮化流過渡，最終在虹吸作用形成的時候，出現接近單向流的狀態。

通過對管道的管徑、高差的控制，可以實現對管道內雨水的流態的控制，使系統大部分時間工作在虹吸壓力滿管流的流態。使管道內滿管流形成一定的負壓，鬥前水面受到管道內外壓差的作用，增大了管道的流量，大大增強了雨水系統的排水能力。這便是虹吸式雨水排放系統的工作原理。與傳統雨水系統相比，虹吸雨水系統管徑小，排水量大，立管少，對建築立面和空間影響小。