第5章建筑内部的排水系统[1]
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伸顶通气管和辅助通气管系
（4）清通设备
检查口、清扫口、检查井
（5）抽升设备 （6）污废水局部处理设施
化粪池、医院污水处理设施等
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第5章建筑内部的排水系统[1]
•避免轴线偏移 •45°三通、 90°斜三通、 直角顺水三通
•两个45°弯头 •弯曲半径大的
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•90°斜三通
•排水支管 连接要求
•卫生器具存 水弯出口端接
至主通气管
•卫生、安静 要求高
•仅与排水主管连接， •连接环形通气管
使污水主管内空气 和排水立管，使
流通
排水支管和排水
•立管负荷高时
主管空气流通
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•与环形通气
•在多个卫生器具的排水
管连接，使
横支管上，从最始端卫生
排水横支管
器具的下游端接至通气立
空气流通
管
第5章建•筑横内管部的负排荷水系高统时[1]
§5-3 排水管系中水气流动 的物理现象
• 建筑内部排水流动特点 • 水封的作用及其破坏原因 • 横管内的水流状态 • 立管内的水流状态 • 排水立管的通水能力 • 影响立管压力波动的因素及防止措施
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第5章建筑内部的排水系统[1]
• 建筑内部排水流动特点
排水管道按非满流设计，且污水中含有固体杂质， 因此，排水系统中的水流运动为水、气、固三相流动。 其主要特点包括： （1）间歇排水，水量、气压变化幅度大； （2）流速变化剧烈； （3）事故危害大。
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第5章建筑内部的排水系统[1]
•5-4 污水提升和处理
•污水泵：潜污泵，自动控制 •集水池：容积不小于最大一台水泵5min的抽水 量，每小时启动次数不超过6次； • 不得大于6h平均污水量；水深1~1.5m；设集 水坑（深0.5m） •泵站：地下室或底层 •化粪池：水力停留时间8~24h，2~3格，离建筑 物不小于5m •除油池 •除泥/除砂池
第5章建筑内部的排水系统[1]
•排水管的连接
• 卫生器具排水管与排水横直管可采用90°斜三通连接； • 排水管道的横管与横管、横管与立管的连接宜采用 45°三通或45°四通、90°斜三通或90°斜四通连接， 也可采用直角顺水三通或直角顺水四通等； • 排水立管与排出管端部的连接宜采用两个45°弯头或 弯曲半径不小于4倍管径的90°弯头； • 排水管应避免轴线偏移，当受条件限制时，宜用乙字 管或两个45°弯头连接。
vt = 2.22（g3 /Kp）1/10 ·（Q/dj）2/5
= 4.4（1 /Kp）1/10 ·（Q/dj）2/5
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= 1.75（1 /Kp）1/10 ·（Q/d ） 第5章j建筑内2部/的5排水系统[1]
根据终限长度的定义，利用数学方法推得：
Lt = 4.4（1 /Kp）1/10 ·（Q/dj）2/5
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第5章建筑内部的排水系统[1]
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第5章建筑内部的排水系统[1]
•为什么要设置通气管 •立管中的水流状态
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•水流特点： • 断续的非均匀流 • 气水两相流 • 管内压力变化 •水流流动状态： • 附壁螺旋流 • 水膜流 • 水塞流
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第5章建筑内部的排水系统[1]
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第5章建筑内部的排水系统[1]
• 排水立管的通水能力
• 水膜流运动的力学分析
目的：确定水膜流阶段排水立管在允许压力波 动范围内的最大排水能力
A）水膜流的运动特征
水膜流形成后比较稳定，向下作加速运动， 水膜厚度近似与下降速度成反比。随着水流下降 速度的增加，水膜所受管壁摩擦力也随着增加。 直至水膜所受的管壁摩擦力与重力达到平衡时， 水膜的下降速度与厚度不再变化，此时的流速称 作终限流速（v t）；从排水横支管水流入口至终 限流速形成处的高度称作终限长度（L t）。
• 水流状态
a）急流段 b）水跃段 c）跃后段 d）衰减段
• 横管内的压力变化
a）横支管内的压力变化 b）横干管内的压力变化
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第5章建筑内部的排水系统[1]
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第5章建筑内部的排水系统[1]
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第5章建筑内部的排水系统[1]
• 立管内的水流状态
• 排水立管的水流特点
a）通气立管上下端的位置 b）环形、安全通气管wenku.baidu.com末端高度 c）结合通气管的数量及安装方法
• 通气管的管径确定
a）通气立管的管径与排水立管的管径相同或小 一级
b）结合通气管管径与通气立管管径相同 c）汇合通气管断面面积
总管断面积 F = fmax + m∑fn
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第5章建筑内部的排水系统[1]
• （1）种类
A 伸顶通气管
B 辅助通气管系
（A）专用通气立管 （B）主、副通气立管和环形通气管 （C）安全通气管 （D）结合通气管
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第5章建筑内部的排水系统[1]
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•排水立管与最上层排水横支管连接处向上垂直延伸至室外作通气用的管道。 •排除废气，平衡压力
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第5章建筑内部的排水系统[1]
• 通气管系的安装
• 伸顶通气管的安装
a）伸出屋顶高度 0.5~0.7m b）上人屋面不小于 1.8m c）出口4m内有门窗时，高于门窗上边缘
0.6m d）不能设在挑出部位下（阳台、遮阳板、
遮雨板）
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第5章建筑内部的排水系统[1]
• 辅助通气管的安装
其中 W = m g = Q·ρ·t· g
（5-3）
P = τ·π· dj ·△L （5-4）
5）
τ=（λ/8）·ρ·v 2
（5-
第5章建筑内部的排水系统[1]
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第5章建筑内部的排水系统[1]
将（5-3、4、5、6、7）带入（5-2），整理后有：
（m/ρt）·（dv/dt）
= Q·g -（0.1212π/8）·（Kp/e)1/3 v 3 ·dj
•压力变化大 •污水冒溢 •通气管
•固体废物
•堵塞
•设清扫口，检查 口，最小管径
•基本要求：
•迅速畅通地将污废水排出室外；
•减少管道内水压波动；
•经济
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第5章建筑内部的排水系统[1]
§5-1 排水系统的分类和组成
• 系统的分类
按污废水的来源分为： 生活污水排水系统 工业废水排水系统 屋面雨水排水系统
为合理设计建筑内部排水系统，既要使排水安全 畅通，又要做到管线短，管径小、造价低，因此需专 门研究建筑内部排水管系中的水气流动物理现象。
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第5章建筑内部的排水系统[1]
• 水封的作用及其破坏原因
• 水封的作用
利用一定高度的静水压力来抵抗排水管内气压变化， 防止管内臭气和有毒、有害气体进入室内。
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第5章建筑内部的排水系统[1]
B）水膜流运动的力学分析
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排水立管中的水膜可近似看作一个中空的 圆柱状物体（图5-28），在下降过程中同时受 到重力W和管壁摩擦力P的作用。
取一个长度为△L的单元体进行分析，根据 牛顿第二定律有：
F = ma = m（dv/dt）= W – P （5-2）
• 排水体制
分流制——生活污水和废水用一套管系排出。 合流制——生活污水和废水分别设置管系排出。
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第5章建筑内部的排水系统[1]
• 排水系统的组成
（1）卫生器具和生产设备受水器 ●常用卫生器具的种类及特点 便溺用卫生器具及冲洗设备 盥洗、沐浴用卫生器具 洗涤用卫生器具 专用卫生器具 ●卫生器具常规设计“三大件” 洗脸盆、浴盆、坐式大便器
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第5章建筑内部的排水系统[1]
➢当横管所承纳的排水负荷较大时，需设置主、
副通气立管和环形通气管，以增加横管的通气 能力；
a) 排水横管上有4个以上卫生器具，且管长大 于12米
b) 排水横管上有6个以上便器 c) 排水横管的充满度大于0.5
➢横管长度大于12米时，需设置安全通气管；
➢结合通气管用于联结排水立管和通气立管。
C. 水塞流（ωt / ωj ≥ 1/3 ）
特点： a）水膜厚度增加，横向隔膜形成频 繁，有水塞形成；
b）管内气压波动大，造成水封的破坏。
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第5章建筑内部的排水系统[1]
结论：
在同时考虑排水系统安全可靠和经 济合理的情况下，排水系统内的最佳水 流状态应为水膜流状态。此时既可保证 一定的排水负荷，又能维持管内气压稳 定，使管内水流畅通。
（1）断续的非均匀流 （2）水气两相流
（3）管内压力变化
• 立管内的压力变化
（图5-26）
• 水流流动状态
A. 附壁螺旋流（充水率ωt / ωj ≤1/4）
特点：a）水流沿管壁周边向下作螺旋运动； b）水流挟气作用不显著，管内气压稳定。
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第5章建筑内部的排水系统[1]
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• 水封的破坏及其原因
因静态和动态原因造成存水弯内水封高度减少，不 足以抵抗管道内允许的压力变化值时，管道内的气体进 入室内的现象叫作水封破坏。
（1）负压抽吸 （2）正压喷溅 （3）自虹吸现象 （4）静态原因
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第5章建筑内部的排水系统[1]
• 横管内的水流状态
• 能量转换
（公式5-1）
• 通气管系
• 通气管系的作用
• （1）使室内污水管道与大气相通，使管
道中散发的有毒有害气体排入大气；
• （2）保持管道中的气压平衡，防止存水弯中
的水封受到破坏，使管内水流畅通；
• （3）经常有新鲜空气流通于管道内，可避免
管道因废气而遭受锈蚀。
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第5章建筑内部的排水系统[1]
• 通气管系的种类及设置原则
第5章建筑内部的排水系统[1]
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第5章建筑内部的排水系统[1]
B. 水膜流（ 1/4 ≤ ωt / ωj ≤1/3）
特点：a）水流沿管壁周边作下落运动，形 成有一定厚度的带有横向隔膜的 附壁环状水膜流；
b）横向隔膜厚薄不稳定，易被管 内气流冲破，管内气压波动不大， 不会造成水封的破坏。
(5-14)
化简后有：
Q=0.0365（1 /Kp）1/6 α 5/3 /dj8/3
(5-
15)
其中， Q：排水流量，L/s；
第5章建筑内部的排水系统[1]
§5-2 排水管系和通气管系
• 排水管系
• （1）器具排水管
• （2）排水横管 • （3）排水立管 • （4）出户管
• 排水管道组合类型
• （1）单立管排水系统——多层建筑。 • （2）双立管排水系统——多层和高层建
筑。
• （3）三立管排水系统——多层高层建筑。
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第5章建筑内部的排水系统[1]
附：常用大便器种类及配套冲洗设备
大便器种类
坐式大便器 蹲式大便器 大便槽
配套冲洗设备
低位水箱 高位水箱、冲洗阀 高位水箱（自动）
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第5章建筑内部的排水系统[1]
（2）排水管系（图5-1）
器具排水管、排水横管、排水立管、 出户管
（3）通气管系
(5-
12)
• 立管在水膜流时的通水能力
在水膜流状态，当达到终限流速时，水 膜
下降速度和厚度保持不变，立管通水能力也不
变，表达式为：
Q = （1/10）ωt · vt
(5-
13)
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将ωt = π et（dj – et）和式（5-11）带入， 第5章建筑内部的排水系统[1]
Q=0.3686 （1 /Kp）1/6 [（dj – et）et]5/3 /dj2/3
•设有通气的排水立管的最大排水能力 •不通气的排水立管的最大排水能力
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第5章建筑内部的排水系统[1]
• （2）设置原则
一般2层或2层以上的生活污水管道，有污水
立管，必须设置伸顶通气管；只有1层的建筑 可以不设伸顶管；底层单独出户管不设伸顶管；
当立管所承纳的排水负荷较大，立管所承担
的排水负荷超过临界流量时，需设置专用通气 立管，以增加立管的通气能力；
(5-8)
当水膜达到终限流速vt时，水膜厚度达到终
限流速时的水膜厚度et，此时水流速度不再改变，
加速度a = dv/dt = 0，式（5-8）可整理为：
vt =[（21 Q·g/dj）·（e/Kp）1/3 ]1/3
(5-9)
终限流速时的排水流量 Q = et vt πdj (5-10)
将（5-10）带入（5-9） 得
第5章建筑内部的排水系 统
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2020/11/26
第5章建筑内部的排水系统[1]
•通气管系统 •排水管系统
•清通设备
•卫生器 具受水器
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第5章建筑内部的排水系统[1]
•排水系统的特点和基本要求
•污废水的特点：•存在问题： •排水系统的特点：
•废气
•卫生
•设水封，通气管
•流量变化大 •排水能力 •不满流，通气管
（4）清通设备
检查口、清扫口、检查井
（5）抽升设备 （6）污废水局部处理设施
化粪池、医院污水处理设施等
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第5章建筑内部的排水系统[1]
•避免轴线偏移 •45°三通、 90°斜三通、 直角顺水三通
•两个45°弯头 •弯曲半径大的
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•90°斜三通
•排水支管 连接要求
•卫生器具存 水弯出口端接
至主通气管
•卫生、安静 要求高
•仅与排水主管连接， •连接环形通气管
使污水主管内空气 和排水立管，使
流通
排水支管和排水
•立管负荷高时
主管空气流通
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•与环形通气
•在多个卫生器具的排水
管连接，使
横支管上，从最始端卫生
排水横支管
器具的下游端接至通气立
空气流通
管
第5章建•筑横内管部的负排荷水系高统时[1]
§5-3 排水管系中水气流动 的物理现象
• 建筑内部排水流动特点 • 水封的作用及其破坏原因 • 横管内的水流状态 • 立管内的水流状态 • 排水立管的通水能力 • 影响立管压力波动的因素及防止措施
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第5章建筑内部的排水系统[1]
• 建筑内部排水流动特点
排水管道按非满流设计，且污水中含有固体杂质， 因此，排水系统中的水流运动为水、气、固三相流动。 其主要特点包括： （1）间歇排水，水量、气压变化幅度大； （2）流速变化剧烈； （3）事故危害大。
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第5章建筑内部的排水系统[1]
•5-4 污水提升和处理
•污水泵：潜污泵，自动控制 •集水池：容积不小于最大一台水泵5min的抽水 量，每小时启动次数不超过6次； • 不得大于6h平均污水量；水深1~1.5m；设集 水坑（深0.5m） •泵站：地下室或底层 •化粪池：水力停留时间8~24h，2~3格，离建筑 物不小于5m •除油池 •除泥/除砂池
第5章建筑内部的排水系统[1]
•排水管的连接
• 卫生器具排水管与排水横直管可采用90°斜三通连接； • 排水管道的横管与横管、横管与立管的连接宜采用 45°三通或45°四通、90°斜三通或90°斜四通连接， 也可采用直角顺水三通或直角顺水四通等； • 排水立管与排出管端部的连接宜采用两个45°弯头或 弯曲半径不小于4倍管径的90°弯头； • 排水管应避免轴线偏移，当受条件限制时，宜用乙字 管或两个45°弯头连接。
vt = 2.22（g3 /Kp）1/10 ·（Q/dj）2/5
= 4.4（1 /Kp）1/10 ·（Q/dj）2/5
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= 1.75（1 /Kp）1/10 ·（Q/d ） 第5章j建筑内2部/的5排水系统[1]
根据终限长度的定义，利用数学方法推得：
Lt = 4.4（1 /Kp）1/10 ·（Q/dj）2/5
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第5章建筑内部的排水系统[1]
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第5章建筑内部的排水系统[1]
•为什么要设置通气管 •立管中的水流状态
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•水流特点： • 断续的非均匀流 • 气水两相流 • 管内压力变化 •水流流动状态： • 附壁螺旋流 • 水膜流 • 水塞流
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第5章建筑内部的排水系统[1]
• 排水立管的通水能力
• 水膜流运动的力学分析
目的：确定水膜流阶段排水立管在允许压力波 动范围内的最大排水能力
A）水膜流的运动特征
水膜流形成后比较稳定，向下作加速运动， 水膜厚度近似与下降速度成反比。随着水流下降 速度的增加，水膜所受管壁摩擦力也随着增加。 直至水膜所受的管壁摩擦力与重力达到平衡时， 水膜的下降速度与厚度不再变化，此时的流速称 作终限流速（v t）；从排水横支管水流入口至终 限流速形成处的高度称作终限长度（L t）。
• 水流状态
a）急流段 b）水跃段 c）跃后段 d）衰减段
• 横管内的压力变化
a）横支管内的压力变化 b）横干管内的压力变化
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第5章建筑内部的排水系统[1]
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第5章建筑内部的排水系统[1]
• 立管内的水流状态
• 排水立管的水流特点
a）通气立管上下端的位置 b）环形、安全通气管wenku.baidu.com末端高度 c）结合通气管的数量及安装方法
• 通气管的管径确定
a）通气立管的管径与排水立管的管径相同或小 一级
b）结合通气管管径与通气立管管径相同 c）汇合通气管断面面积
总管断面积 F = fmax + m∑fn
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第5章建筑内部的排水系统[1]
• （1）种类
A 伸顶通气管
B 辅助通气管系
（A）专用通气立管 （B）主、副通气立管和环形通气管 （C）安全通气管 （D）结合通气管
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•排水立管与最上层排水横支管连接处向上垂直延伸至室外作通气用的管道。 •排除废气，平衡压力
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第5章建筑内部的排水系统[1]
• 通气管系的安装
• 伸顶通气管的安装
a）伸出屋顶高度 0.5~0.7m b）上人屋面不小于 1.8m c）出口4m内有门窗时，高于门窗上边缘
0.6m d）不能设在挑出部位下（阳台、遮阳板、
遮雨板）
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第5章建筑内部的排水系统[1]
• 辅助通气管的安装
其中 W = m g = Q·ρ·t· g
（5-3）
P = τ·π· dj ·△L （5-4）
5）
τ=（λ/8）·ρ·v 2
（5-
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将（5-3、4、5、6、7）带入（5-2），整理后有：
（m/ρt）·（dv/dt）
= Q·g -（0.1212π/8）·（Kp/e)1/3 v 3 ·dj
•压力变化大 •污水冒溢 •通气管
•固体废物
•堵塞
•设清扫口，检查 口，最小管径
•基本要求：
•迅速畅通地将污废水排出室外；
•减少管道内水压波动；
•经济
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§5-1 排水系统的分类和组成
• 系统的分类
按污废水的来源分为： 生活污水排水系统 工业废水排水系统 屋面雨水排水系统
为合理设计建筑内部排水系统，既要使排水安全 畅通，又要做到管线短，管径小、造价低，因此需专 门研究建筑内部排水管系中的水气流动物理现象。
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第5章建筑内部的排水系统[1]
• 水封的作用及其破坏原因
• 水封的作用
利用一定高度的静水压力来抵抗排水管内气压变化， 防止管内臭气和有毒、有害气体进入室内。
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第5章建筑内部的排水系统[1]
B）水膜流运动的力学分析
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排水立管中的水膜可近似看作一个中空的 圆柱状物体（图5-28），在下降过程中同时受 到重力W和管壁摩擦力P的作用。
取一个长度为△L的单元体进行分析，根据 牛顿第二定律有：
F = ma = m（dv/dt）= W – P （5-2）
• 排水体制
分流制——生活污水和废水用一套管系排出。 合流制——生活污水和废水分别设置管系排出。
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第5章建筑内部的排水系统[1]
• 排水系统的组成
（1）卫生器具和生产设备受水器 ●常用卫生器具的种类及特点 便溺用卫生器具及冲洗设备 盥洗、沐浴用卫生器具 洗涤用卫生器具 专用卫生器具 ●卫生器具常规设计“三大件” 洗脸盆、浴盆、坐式大便器
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第5章建筑内部的排水系统[1]
➢当横管所承纳的排水负荷较大时，需设置主、
副通气立管和环形通气管，以增加横管的通气 能力；
a) 排水横管上有4个以上卫生器具，且管长大 于12米
b) 排水横管上有6个以上便器 c) 排水横管的充满度大于0.5
➢横管长度大于12米时，需设置安全通气管；
➢结合通气管用于联结排水立管和通气立管。
C. 水塞流（ωt / ωj ≥ 1/3 ）
特点： a）水膜厚度增加，横向隔膜形成频 繁，有水塞形成；
b）管内气压波动大，造成水封的破坏。
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结论：
在同时考虑排水系统安全可靠和经 济合理的情况下，排水系统内的最佳水 流状态应为水膜流状态。此时既可保证 一定的排水负荷，又能维持管内气压稳 定，使管内水流畅通。
（1）断续的非均匀流 （2）水气两相流
（3）管内压力变化
• 立管内的压力变化
（图5-26）
• 水流流动状态
A. 附壁螺旋流（充水率ωt / ωj ≤1/4）
特点：a）水流沿管壁周边向下作螺旋运动； b）水流挟气作用不显著，管内气压稳定。
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• 水封的破坏及其原因
因静态和动态原因造成存水弯内水封高度减少，不 足以抵抗管道内允许的压力变化值时，管道内的气体进 入室内的现象叫作水封破坏。
（1）负压抽吸 （2）正压喷溅 （3）自虹吸现象 （4）静态原因
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• 横管内的水流状态
• 能量转换
（公式5-1）
• 通气管系
• 通气管系的作用
• （1）使室内污水管道与大气相通，使管
道中散发的有毒有害气体排入大气；
• （2）保持管道中的气压平衡，防止存水弯中
的水封受到破坏，使管内水流畅通；
• （3）经常有新鲜空气流通于管道内，可避免
管道因废气而遭受锈蚀。
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• 通气管系的种类及设置原则
第5章建筑内部的排水系统[1]
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第5章建筑内部的排水系统[1]
B. 水膜流（ 1/4 ≤ ωt / ωj ≤1/3）
特点：a）水流沿管壁周边作下落运动，形 成有一定厚度的带有横向隔膜的 附壁环状水膜流；
b）横向隔膜厚薄不稳定，易被管 内气流冲破，管内气压波动不大， 不会造成水封的破坏。
(5-14)
化简后有：
Q=0.0365（1 /Kp）1/6 α 5/3 /dj8/3
(5-
15)
其中， Q：排水流量，L/s；
第5章建筑内部的排水系统[1]
§5-2 排水管系和通气管系
• 排水管系
• （1）器具排水管
• （2）排水横管 • （3）排水立管 • （4）出户管
• 排水管道组合类型
• （1）单立管排水系统——多层建筑。 • （2）双立管排水系统——多层和高层建
筑。
• （3）三立管排水系统——多层高层建筑。
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第5章建筑内部的排水系统[1]
附：常用大便器种类及配套冲洗设备
大便器种类
坐式大便器 蹲式大便器 大便槽
配套冲洗设备
低位水箱 高位水箱、冲洗阀 高位水箱（自动）
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（2）排水管系（图5-1）
器具排水管、排水横管、排水立管、 出户管
（3）通气管系
(5-
12)
• 立管在水膜流时的通水能力
在水膜流状态，当达到终限流速时，水 膜
下降速度和厚度保持不变，立管通水能力也不
变，表达式为：
Q = （1/10）ωt · vt
(5-
13)
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将ωt = π et（dj – et）和式（5-11）带入， 第5章建筑内部的排水系统[1]
Q=0.3686 （1 /Kp）1/6 [（dj – et）et]5/3 /dj2/3
•设有通气的排水立管的最大排水能力 •不通气的排水立管的最大排水能力
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第5章建筑内部的排水系统[1]
• （2）设置原则
一般2层或2层以上的生活污水管道，有污水
立管，必须设置伸顶通气管；只有1层的建筑 可以不设伸顶管；底层单独出户管不设伸顶管；
当立管所承纳的排水负荷较大，立管所承担
的排水负荷超过临界流量时，需设置专用通气 立管，以增加立管的通气能力；
(5-8)
当水膜达到终限流速vt时，水膜厚度达到终
限流速时的水膜厚度et，此时水流速度不再改变，
加速度a = dv/dt = 0，式（5-8）可整理为：
vt =[（21 Q·g/dj）·（e/Kp）1/3 ]1/3
(5-9)
终限流速时的排水流量 Q = et vt πdj (5-10)
将（5-10）带入（5-9） 得
第5章建筑内部的排水系 统
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2020/11/26
第5章建筑内部的排水系统[1]
•通气管系统 •排水管系统
•清通设备
•卫生器 具受水器
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第5章建筑内部的排水系统[1]
•排水系统的特点和基本要求
•污废水的特点：•存在问题： •排水系统的特点：
•废气
•卫生
•设水封，通气管
•流量变化大 •排水能力 •不满流，通气管