基本介紹
- 中文名：虹吸排水系統
- 定義：建築物排水系統
- 任務：及時排除建築物屋面的雨水、雪水
- 部件：虹吸排水管道和雨水斗
對比,組成部分,
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，單系統所帶雨水斗個數不限；
2、雨水斗流量大，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、單系統所帶雨水斗個數受限；
2、雨水斗流量小，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
雨水斗siphonic roof outlet
用於虹吸式屋面雨水排水系統的雨水斗。它具有氣水分離、防渦流等功能。其斗前水深可有效控制，當斗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，雨水斗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。
標準型的雨水斗，它是由雨水斗底座（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。雨水斗額定流量分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斗。
壓力流(虹吸式)雨水斗材質為HDPE、鑄鐵或不鏽鋼。其各部分有不同的結構功能。雨水斗置於屋面層中，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斗，當屋面匯水達到一定高度時，雨水斗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，使雨水平穩地淹沒泄流進入排水管。虹吸式雨水斗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，同時提高了雨水斗的額定流量。目前比較領先的產品，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，一種雨水斗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。雨水斗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斗進入整個系統。如果空氣直接進入雨水斗，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斗必須具有最佳化設計的反渦流功能的蓋罩，防止空氣通過雨水斗入口處的水流帶入整個系統，並有助於當斗前水位升高到一定程度時，形成水封完全阻隔空氣進入。雨水斗的設計安裝也有一定嚴格的要求:
（1）雨水斗離牆至少1米。
（2）雨水斗之間距離一般不能大於20米。
（3）平屋頂上如果是沙礫層，雨水斗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）如果雨水斗是安裝在檐溝內，且採用焊接件的話，檐溝的寬度至少是350mm，檐溝內的雨水斗安裝開口為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，那么屋頂至少有160mm厚。
（6）斷面呈連續梯形的屋面雨水斗開口，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，雨水斗下連的雨水管管徑至少是35mm (用電焊管箍連線件連線)，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，雨水斗的底座必需延伸至能與管徑56mm的連線管相連的恰當長度。
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線處產生極大的傷害（-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 – 40c ～100c。管子重量輕，施工方便，可以事先預製，安裝工效大大提高。
運輸方便 | HDPE密度低、重量輕、耐久性能好、便於運輸及施工安裝 |
連線方式方便靈活 | 可採用不同的連線方法，如：對焊、電焊管箍連線、法蘭連線、螺紋連線、伸縮管接頭等。HDPE還可以和鋼管，鑄鐵管等其它管材的管道連線。只需通過專門的電加熱電焊機就可以進行操作 |
柔壓性好 | 管道在外荷載作用下，不會破裂，能抵抗衝擊壓力，減少水錘衝擊破壞，保證系統安全運行，維持虹作用的負壓 |
抗寒性 | HDPE滿管水結凍的情況下，會隨著彈性伸縮，冰融化後恢復原狀，避免了低溫結冰對管子的破壞 |
曲繞性 | HDPE具有良好的柔韌性，可蠕變。在穿越伸縮縫或受外力震動影響時，管子能隨震動偏移，不會遭到破壞 |
導熱係數低 | HDPE導熱係數低，間歇性的熱水排放不會影響建築內環境溫度 |
抗磨損性 | HDPE有很好的柔韌性，具有良好的抗磨損性 |
抗衝擊、擠壓 | HDPE管具有良好的抗衝擊性能，避免在低溫下被撞擊而破損，能夠長期在負壓力作用下安全使用。在安裝時，如有硬物作用於管材，HDPE能夠通過蠕變消除應力集中，避免開裂造成漏水 |
抗熱性 | HDPE在80度高溫通水使用中，在不受外力干擾下，可以安全的使用，並能在較短時間內承受100度水溫 |
防結露 | HDPE導熱係數為0.43w/mk,屬於不良導熱體，較金屬、PVC管不易結露，避免污染了建築裝飾 |
牢固性 | HDPE焊接牢固，焊縫強度等於或大於管材強度，暗裝安全可靠 |
低噪音 | HDPE管是軟性材料，彈性模量低，產生的噪音小，提供了好的居家、辦公環境 |
抗陽光輻射 | HDPE管材含有炭黑，黑色材料抵抗紫外線，起到抗老化，脆化作用 |
抗化學性 | HDPE是惰性材料，不易與其他物質發生化學反應 |
防堵塞 | HDPE管材內壁光滑，水利條件好，流量大，不會產生沉積現象 |
非毒性 | HDPE無毒無味，衛生安全可靠，可用於食品生產線和飲水管道。燃燒後產生二氧化碳和水，不會產生有害氣體 |
HDPE管作為一種新型的節能管材，從我國目前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
①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小號更少的能源。
②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。
③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。
④HDPE是非極性材料，使用過程中不結垢，排水能力不下降。
對比項目 | PVC | 鑄鐵管 | HDPE |
性質 | 極性、易結垢、不腐蝕、易老化 | 極性、易結垢、易腐蝕、易老化 | 非極性、不易結垢、不易腐蝕、不易老化 |
長期使用流通能力 | 下降 | 迅速下降 | 不下降 |
（極性：分子間作用較強，強度高，拉伸好，但是抗衝擊、抗彎性能差，吸水率高。）
⑤HDPE排水重量輕、強度高，滿足現代建築要求。
HDPE | 50*3.0 | 0.453kg/m | 75*3.0 | 0.7kg/m |
鑄鐵管 | 50 | 5.75kg/m | 75 | 9.16kg/m |
⑥熱熔連線，安全可靠。
對比項目 | PVC | 柔性鑄鐵 | HDPE |
安裝輔材連線方式 | 粘結劑粘接 | 橡膠密封圈、不鏽鋼卡箍連線 | 不需輔材、熱熔連線 |
接口成本 | 低 | 高 | 低 |
接口安全性 | 容易產生集中導致破損。不可靠、連線容易 | 不能拉伸、偏轉角度小於5度、連線困難 | 接口強度超過管材1到3倍，彎曲半徑8dn。可暗埋，連線容易 |
截斷 | 刀、鋸 | 切割機 | 專用剪子 |
搬運 | 容易 | 困難 | 容易 |
最大試壓強度 | 0.38mp以下 | 0.35mp | 0.6mp |
⑦HDPE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。
⑧HDPE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）
⑨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線管卡(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，對於管道連線處形成作用。
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，都由連線件傳至方形導軌，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，斗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。
