虹吸雨水排水系统的优化设计与应用(最终版)修改

虹吸雨水排水系统的优化设计与应用

龙锋刘亚杰

（深圳中海建筑有限公司，广东广州，510335）

摘要：本文在分析了虹吸雨水排水系统的工作原理及技术优势基础上，以广州PZB1401项目为例，针对原设计对该系统进行了优化设计，并说明了该系统水力计算的方法和步骤。

关键词：屋面雨水排水；虹吸式排水系统；优化设计；应用

the Design Optimization and Application of the Siphon Rainwater Drainage

System

Long Feng Liu Yajie

（Shenzhen China overseas construction limited, 510335, Guangzhou, Guangdong）Abstract:Based on the analysis of the working principle and technique superiority of siphon rainwater drainage system, this paper expounds the procedure of the sys tem’s design optimization by taking Guangzhou PZB1401 project as an example. Besides, it explains the methods and procedure of hydraulic power calculation of the system.

Key words: roof rainwater drainage; siphon drainage system; design optimization; Application

随着建筑技术的不断发展，大面积、大跨度屋面（汇水面积超过5000m2）排水技术逐渐成为人们关注和研究的课题。由于此类建筑的屋面跨度大、面积大，使得屋面荷载的承受能力较小，这就要求降雨时屋面积蓄的雨水能够在较短时间内迅速排出。为满足这一要求，可采用虹吸式雨水排水系统，该系统具有节能、生态、环保特点，同时，该系统的设计方案灵活，可针对建筑物美观要求进行设计，在最大程度上满足建筑使用功能的要求。

1. 虹吸式雨水排水系统工作原理

虹吸式雨水排水系统利用虹吸原理，在降雨的过程中，当屋面积水达到一定高度时，雨水通过能有效防止漩涡的虹吸式雨水斗进入管道，该雨水斗能减少雨水进入排水系统时所夹带的空气量，使得系统中排水管道呈满流状态，利用建筑物的高度和落水具有的势能，在管道中形成局部负压，从而快速排出屋面雨水[1]。

虹吸式雨水排水系统的计算基础是不可压缩流体的能量守恒定律——伯努利方程，其计算草图如图1所示。由此可列出B-B 断面和X-X断面的伯努利方程：

22

()()

22

B X

B X X j BX y BX

V V

H P h P h h

g g

++=++++

（1.1）上式中h j(Bx)、h y(Bx)分别为B-B断面到X-X断面总的局部损失和沿程损失，P B=0，V B=0，P X为管道在X-X断面处的压力水头。

图1 虹吸式雨水排水系统计算草图 Fig.1 Sketches of the siphon rainwater

drainage system

令h=H-h x ，则（1.1）式变为：

2()()2X

X j BX y BX V P h h h g =-

-- （1.2） 上式是计算管道中任一断面处压力水头的基本公式，若计算结果P x ＞0，则管道内为正压，若P x ＜0，则管道内为负压。 2. 虹吸式雨水排水系统的技术优势

虹吸式雨水排水系统采用虹吸式雨水斗，其与重力流雨水排水系统相比，具有以下技术优势[2]

：

1）雨水斗的排水能力有了很大的提高； 2）在满足水力计算的要求下，接入的雨水斗数量不受限制，从而减少了立管和埋地管的数量；

3）悬吊管不需坡度，安装要求空间小，有利于设计和施工；

4）系统按照压力流计算，可以减小管道的管径，同时，管内流速增加，使得系统具有较好的自清作用；

5）可充分利用屋面与地面排出管高度差形成的位能，提高管内流速，减小管径。 3. 虹吸式雨水排水系统的设计

广州市琶洲 PZB1401项目为酒店发展项目，分为地下2层，地上建筑22层，其中首层至四层主要是展览厅及餐厅，五层为转换层，该项目的屋面总汇水面积约为18830m 2

（含侧墙面积），总设计雨水排水量为1075L/s ，建筑面积及排水量较大，且裙楼跨度亦较大，因此该项目的屋面雨水排水系统选用虹吸式雨水排水系统。

3.1 虹吸式雨水排水系统的设计技术要求

1）虹吸式雨水排水系统雨水斗至过渡段总水头损失与过渡段流速水头之和不大于雨水斗至过渡段的几何高差；

2）雨水斗顶面至悬吊管管中的高差不小于1m ；

3）雨水斗顶面至过渡段的高差在立管管径小于等于DN75时大于3m ，在立管管径

大于DN90时大于5m ； 4）悬吊管设计流速大于0.75m ，立管设

计流速大于2.2m/s ，小于10m/s ；

5）虹吸式雨水排水系统过渡段下游的流速大于3m/s ，应采取消能措施并采用混凝土雨水井；

6）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，可选择单侧布置的方式；

7）各雨水斗至过渡段的水头损失允许误差小于5kPa ；

8）系统的最大负压计算值应根据安装地的海拔高度、管道材质、管材和管件的最大、最小工作压力等确定，不低于-90kPa ；

9）管道的水力坡降可按下式计算

2//2j R L D v g

λ=⋅⋅ （3.1）

式中 λ——摩阻系数；

D j ——管道的计算管径，m 。

10）过渡段下游管道按重力流雨水排水系统进行设计[3]

。

3.2 虹吸式雨水排水系统的设计流程

该系统的设计流程，见图2。 3.2.1 设计参数的选取

1）设计降雨历时、设计降雨强度(q 5)、汇水面积(F w )、设计雨水流量等的计算及暴雨强度系数（K ）等的取值，要符合现行国家标准GB50015-2003《建筑给排水设计规范》的有关规定。

该项目中，设计降雨历时按5min 计算；设计降雨强度为广州市5min 暴雨强度值，取q 5=571L/s ·ha ；屋面汇水面积由屋面水平投影面积及高出屋面侧墙折合面积组成，