虹吸排水技术要点

虹吸系统(二)3．虹吸式屋面雨水排放系统的技术条件 3.1 水的持续流动性

在满足流速大于等于0.7m/s的条件下，保证水流方向的持续流动性是维持虹吸作用的关键。特别是在管道转弯角度相对较大，甚至呈90o的时候，很有可能因为管内流速的突然下降而引起虹吸作用被破坏。

因此，当水流有90o的方向改变时，此处弯头的连接方式，必须注意设计一个衔接管段，以保证流速不会突然大幅下降，而是维持上升的状态，从而整个虹吸式屋面雨水排放系统得以正常运行。

当系统中出现90oT型支管时，当横管内水流以较快的速度冲向管壁突然遇到阻碍，在极短的时间内速度降为零。一方面对于管壁形成极大的冲击，另一方面，水流撞击管壁后又以一个与初始方向相反的速度，迅速的在管内形成回流，这样，两股方向相反的水流在管内冲撞，很容易形成水塞，阻碍排水管排放，破坏虹吸作用。

因此，必须采用相对较大的管径，具体情况可根据管道的空间和环境情况来进行选择。水力情况最好的选择还是设计一个避免出现90o变化的衔接管段。

3.2 气水混合流的存在

当系统管道内形成虹吸作用时，由于可供使用的管道管径不一定恰好是计算所得的管径尺寸，因此管道内部会有很多溶解在水中的小气泡，并不是完全理想化的液体单相流。这些微小气泡在流动过程中会逐渐释放，然而这种气水混合流而非气水两相流的流态，仍可以被看作虹吸作用是允许存在的状态，并不影响虹吸作用的形成，也不影响系统的排水能力。

但是，溶解在水中的气泡并不意味着管道内的气团。如果排水管道内，中间部分是气团，沿壁部分是水流，这样就是传统重力雨水排放系统的管内流态。管道内气团的存在，严重影响虹吸作用时管内满流状态的形成，水流在管内的充满度相当低，大大减小了系统的排水能力。

3.3 系统的一体性和密封性

为保证虹吸排水的产生和持续作用，就要求从雨水斗到管道系统的整套排放系统必须是一体的，各部分紧密相连。

如果雨水斗有一个完全敞开的入口，空气就会在水流旋转作用的带动下，从入口出进入整个雨水排放系统，这样就根本无法形成满流的虹吸状态，整个系统也不再是高效的虹吸式排放系统了，实际上已经作为一个传统的重力式排水系统在工作了。

但是，重力式排放系统为了达到比较好的排放效果，在安装管道时要求悬吊管的最小坡度为2%。而虹吸式系统的悬吊管安装坡度为零，没有重力势能的作用，整个系统无法有效进行排水。

因此，只有当雨水口的入口处半敞开时，才能有效阻止空气随时进入系统，当斗前水深满足一定要求时，能够形成水封，完全隔断空气，迅速形成虹吸作用。

除了必须保证入口处有效阻止空气进入，还必须保证系统管道中没有空气进入。所以，另一个要求就是系统的完全密封性，要保证管道无渗漏。

为此，配件连接时不能采用橡胶密封圈，用承插的方式进行连接（见图9-1）。这样系统的气密性很难得到有效保证，容易导致管道渗漏。因为在虹吸作用时，管道内的管流是压力流的状态，一方面管壁承受压力，承插口处同样受压，容易发生渗漏；另一方面，一旦发生渗漏，则管内压力状态改变，影响正常的虹吸作用。

3.4 屋面水位

只有当屋面水位达到一定程度时（根据不同的雨水斗产品有不同的固定值），整个系统才真正作为一个虹吸式雨水排放系统工作。

在某个持续的降雨过程中，开始水位低于形成虹吸作用的高度，随着水位逐渐上升，达到这一特定值后，系统开始形成虹吸作用。水位一直持续，直到屋面的雨水量小于虹吸系统的排水能力为止。

但是，水位必须严格控制及限定在某一高度，否则屋面上累积的雨水会对屋面形成极大的未能预见的荷载，可能导致屋面结构的变形或者破坏，甚至出现渗漏。

根据欧洲标准，屋面雨水的水位高度必须限制在55毫米内。这个数字是长期实验和实际工程经验的结果。

可以将毫米水量换算至每平方米的雨水重量：

由此可知，屋面承受的荷载与毫米水深的关系。显而易见，当水位大于55毫米时，会对屋面结构产生相当大的重量负荷。当在屋面或天沟设计时，必须考虑到这方面的情况。

尤其对于天沟来说，水位绝对不可以超过55毫米，否则随着时间的推移，天沟将会慢慢变形。对于排水系统和整个建筑产生非常大的影响。

4．屋面排水技术的发展

4.1 重力流技术

目前国内绝大部分屋面仍采用重力流技术排水。其优点是设计施工方便，造价低。但随着建筑技术的不断发展，这种技术越来越难以满足对于复杂结构或大面积屋面对排水的要求。在这种背景下，压力流技术应运而生。

4.2 压力流（虹吸）技术

4.2.1 重力－压力流

这种技术采用下沉式雨水斗，斗前水深较深；计算流态为一相流，不考虑渗气因素。悬吊管为水平安装，管道结点即合流交汇点进行压力平衡计算，但水头损失计算以沿程水头损失为主。由于雨水立管存在压力零点，这种立管上部也呈负压状态。管系中的实际流态属于重力－压力流。整个系统统只对雨水斗有较高要求。

由于计算不属于精确计算范畴，因此产生虹吸的效率较低，系统对屋面的负荷要求较大，工作稳定性较低，系统寿命难以保障。属于早期虹吸技术。

4.2.2 虹吸－压力流

这是目前国际上最先进的虹吸技术。

该技术采用强制虹吸式雨水斗，斗前水深较潜。计算流态为汽水混合流，考虑渗气因素，因此与实际情况极为接近。悬吊为水平安装，采用全系统压力平衡计算，一般为计算机软件计算。管材材质，粗糙度和管件的当量长度是计算重点所在。虹吸会在一定瞬间激发。该技术对系统的整体性及计算精度有很高的要求。而计算精度又与大量的实验及工程经验数据有直接关系。

该系统产生虹吸的效率很高，系统对屋面的负荷要求较小。系统工作稳定性高，系统寿命可以充分保障。属于成熟的虹吸技术。