浅析重力流与压力流雨水系统技术比较

发布时间：2022-10-05 10:10 热度：

浅析重力流与压力流雨水系统技术比较
郭慧
陝西高速公路建設集團公司 渭蒲管理處
摘要：建筑屋面需要设置雨水排水系统，有组织、有系统的将屋面雨水及时排除，否则会造成四处溢流或屋面漏水形成水患，影响人们的生活和生产活动。本文主要讨论了重力流雨水排水系统和压力流(虹吸式)雨水排水系统技术方面的比较，对于今后管道排水设计具有一定作用。
关键词：屋面雨水处理，重力流，压力流，房屋给排水

1 引言
目前屋面雨水排水系统设计可采用的有两种系统：一种为国内通常采用的重力流雨水排水系统，另一种为近三十年来国际上迅速发展起来，国内正在逐渐推广的压力流(虹吸式)雨水排水系统[1]。究竟哪一种系统在现代建筑的屋面雨水排放中更具优势，下面对这两种类型雨水排水系统技术、经济等方面进行比较。
2 管道系统中的水流概况及工作原理
2.1 重力流雨水系统
国内的重力流雨水系统一般采用65型及87型雨水斗，构造较为简单，一般都直接设在天沟或屋面较低处。在降雨初期，天沟水深很浅，斗前水位较低，水流通过斗的拦污整流栅后，顺利地流入斗中，水流在斗内形成漏斗状水舌，斗内为大气压；水下流通过较短的连接管排入悬吊管内，在管中形成较薄流层，水流平稳，压力仍为大气压，水流为以管坡流动的重力流；水继续下流入立管后，沿管壁下落形成附壁流，管内仍为大气压；水再下流入排出管后进入埋地管检查井中。
2.2 压力流(虹吸式)雨水系统
国产化的压力流(虹吸式)屋面雨水系统开发了具有良好整流功能的下沉式雨水斗(如图3．2所示)。雨水斗上部盖有进水格栅，降雨过程中，通过格栅盖进入雨水斗的屋面雨水落入深斗内，斗内带孔隙的整流罩使处于涡流状态的雨水平稳地以淹没泄流进入排水管。在设计降雨强度下雨水斗不掺入空气，降雨过程中相当于从屋面上一个有稳定水面的小水池向下泄水，经屋面内排水管系，从排出管排出，管道中是全充满的压力流状态，屋面雨水的排水过程是一个虹吸排水过程。所以，把具有虹吸排水能力的屋面雨水排水系统称之为压力流(虹吸式)屋面雨水系统是比较贴切的[2]。
但在实际的工程设计中，考虑到计算的误差，也基于安全以及其他一些因素，对可利用的总水头的使用常留有一定的余量。对于高大建筑，可利用的总水头比较富裕，临界点宜选在排水管的出口处，把排水出户管列入压力管段的计算范围，以减少该管段的管径，降低造价；反之，如果建筑物的可利用总水头不太富裕，则可以把临界点的位置移到立管的下部，排出管按重力流计算，节省一些水头损失，使系统在虹吸状态下能正常工作。
雨水斗的设置
3.1 重力流雨水系统
因为重力流雨水系统按有压非满流状态设计，同一建筑屋面上降雨是均匀的，若两个雨水斗距离立管的远近不同，即使两个雨水斗的直径和汇水面积都相同，其泄流也是不同的出：离立管近的雨水斗泄水能力大；离立管远，则泄水能力小。这是因为离立管近的雨水斗受立管内负压的抽力作用，泄流能力大；而远离立管的雨水斗由于排水流程长，水流阻力大，还受到近立管处的雨水斗排泄流量的阻挡，泄流能力小。因各雨水斗直径和集流的汇水面积相同，而远离立管雨水斗的
泄水能力小，该雨水斗处天沟水位上升快，形成正压。
为了安全起见，规范规定重力流雨水系统宜采用单斗排水。当采用多斗排水时，悬吊管上设置的雨水斗不得多于4个。因此，以往国内设计的重力流排水系统通常为单斗排水系统，即一个雨水斗对应一根雨水立管。
3.2 压力流(虹吸式)雨水系统
虹吸式雨水系统在降雨初期，屋面雨水离度未超过雨水斗高度时，整个排水系统工作状态与重力排水系统相同。随着降雨的持续，当屋面雨水高度超过雨水斗高度时，虹吸式雨水系统由于采用了防漩涡雨水斗，通过控制进入雨水斗的雨水流量和调整流态减少漩涡，从极大地减少了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。每个雨水斗的泄流能力相同，不会因为距离立管的远近不同或斗的数量增加而造成雨水斗不均匀排水。因此，悬吊管接入的雨水斗数量增多，在满足水力计算要求下，接入的雨水斗数量不受限制，因此悬吊管长度可达150m左右。
4 立管、悬吊管和其他横管(包括排出管)的设置
重力流雨水系统是在半压力流的状态下工作，但在较小流量时是以管坡流动的重力流，因此规范规定悬吊管及其他横管(包括排出管)的坡度不小于0．005，以利排出小雨量或泄空之用。而虹吸式雨水系统管道均按满流有压状态设计，管道内雨水能产生较强的抽吸作用，管道内水流流速很高，系统具有良好的自清作用，不易堵塞，且不要求悬吊管及其他横管设排水坡度，但不得倒坡，以保证悬吊管内的雨水能基本排空，这样既可以最大限度地有效使用建筑空间，又便于对管道系统(包括暖通、电、进水等等)本身的施工布置，而且还有利于后期工程(包括室内装修等)的施工。同时，由于室外埋地管也不需要设置坡度，所以土方工程量很少，开挖范围、地面破坏、检查井的数量及管材用量都远远小于重力流雨水系统，施工简便。
由于重力流雨水系统宜采用单斗排水，国内设计也通常为一个斗对应一根雨水立管，这就造成了立管和与之连接的排出管数量过多，另外，由于排水管道内空气的存在，尤其是因为立管中心被空气气流占据了大部分空间，导致管道排水的有效断面大大减少，从而增大了管道直径；而虹吸式雨水系统由于采用满流设计并且悬吊管上接入雨水斗不受限制，避免了上述问题，由于单一系统的悬吊管长度可达150m，主立管可以靠近外墙，建筑物内可以不需要做管道井，不埋设管道，对于建筑物内地面下管道多或不宜设井的场所尤为适宜。
5 结语
通过上述分析可以看出，压力流(虹吸式)雨水排水系统具有以下技术优势：悬吊管接入的雨水斗数量增多，在满足水力计算要求下，接入的雨水斗数量不受限制，从而减少了立管的数量，对于现今的房地产业来讲，减少几根立管就意味着增加了几平方甚至几十平方的使用面积；悬吊管不需要设置坡度，安装要求空间小，方便设计和施工；减少与室外管道的连接管和埋地管；可充分利用屋面至地面排出管的位能，提高管内流速，减小管径；因管内流速提高，系统具有良好的自净防淤的功能。

参考文献：
[1] 黄晓家, 赵雨舟, 高敬, 等. 我国屋面雨水排水技术应用的研究与发展[J]. 给水排水, 2007, 33(2).
[2] 王新文, 胡云杰. 虹吸式屋面雨水排水系统利弊分析[J]. 建筑科学, 2009, 25(4)