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    给水排水|虹吸雨水排水原理

     成原理:利用屋面与地面高差产生的能量,在屋面积水达到一定高度时,使得管道内不进入空气,以满管流状态(即虹吸状态)排水时产生负压,管道内形成抽吸作用将雨水迅速排掉。

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    实现:基于形成原理,利用“伯努利”方程,经过周密计算,有效控制和平衡管道内雨水的流速、压力,使得雨水管道在短时间内达到满管流状态(即虹吸状态),快速将雨水排出室外。

     

    一、虹吸排水系统原理

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    虹吸屋面雨水排放系统采用特殊设计的雨水斗,使雨水在很浅的天沟水深下,即可在管道中形成满流状态。利用建筑物的高度和落水具有的势能,在管道中造成局部真空,使雨水斗及水平管内的水流获得附加的压力而形成虹吸现象。利用虹吸作用,极大地加快水在排水管内的流速,快速排放屋面雨水。

    二、虹吸排水系统组成

     

    虹吸式屋面雨水排水系统由防漩涡雨水斗、雨水悬吊管、雨水立管、埋地管、雨水出户管、45度弯头、偏心异径短束节、Y型顺水三通以及一些辅料组成(管道设计必须满足当地国家规范并能抵抗正、负压力的管道系统均可用于虹吸系统排水管道。比如ABS、PVC、HDPE、PP、 铜管、钢管和铸铁管都大量成功地用于UV系统)。

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    三、虹吸排水系统演示

    降雨初期,雨量一般较小,悬吊管内是一有自由液面的波浪流→→随着降雨量的增加,管内逐渐呈现脉动流,拔拉流→→降雨量再增大,系统出现间歇式虹吸现象,出现满管气泡流和满管汽水混合流,并逐步趋于稳定→→降雨量进一步增大,系统达到设计状态,出现水的单向流状态,稳定且全面的系统虹吸形成;具体形成的图如下:

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    四、虹吸排水系统的优势

    传统重力排水系统:横管需要一定坡度 立管较多,影响美观管道和配件使用量大,使用寿命较短大范围的地面开挖工作,现场施工量大,后期装修费用较高。

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    虹吸雨水排放系统:横管不需要坡度、管径较小,便于建筑处理 、减少立管和雨水斗数量、系统寿命长、最小的地面开挖工作,雨水井少、施工简单快捷、可节省大量装修费用。

    五、虹吸排水与重力排水的比较

    传统重力式雨水排放系统是利用雨水本身重力作用,由屋面雨水斗需经过排水系统自流排放。水流夹带空气进入整个雨水排放系统,空气约占管道30-70%空间,且排水悬吊管必须具备一定坡度。虹吸式雨水排放系统通过特制雨水斗能有效阻隔空气进入,通过全系统压力平衡计算,大大减少了雨水进入排水系统时夹带的空气量,最终达到气与水分离的效果,在管内形成满管流。利用建筑物高度与地面落差势能形成虹吸作用,屋面雨水快速排干。

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    两种排水系统优劣对比传统重力排水虹吸式排水

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    重力排水与虹吸排水比较方案

    1重力流排水系统:

     

    重力流排水系统是雨水由天面天沟汇集后经过雨水斗下接的立管靠重力自流排出。这种系统管线并不能被水完全充满。水沿立管管壁流下时,一般情况下只占立管断面的一部分,甚至小部分为水,一部分为空气。重力流排水系统是传统的屋面排水方式。具有设计施工简易,运行安全可靠的特点,其缺点是管道设置相对较多,占据空间位置较多。

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    重力流雨水系统, 需要控制系统的流量在所设计的重力流态范围之内。否则, 超流量的雨水进人系统, 流态会超越重力无压流, 剧烈的压力波动会对系统造成破坏, 发生诸如立管损坏、室内检查井冒水等安全事故。

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    2虹吸式雨水排放系统:

     

    在降雨初期,利用重力原理进行排水。当降雨量加大,屋面上的水位达到一定高度时,雨水斗会自动隔空气,从而产生虹吸,系统也转变为高效的排放系统,抽吸雨水向下排放。对大型屋面可“分区排水”,整个屋面排水系统可由数个子系统组成,每个子系统一个天沟,这样天沟可避开伸缩缝。

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    系统的设计是当天沟内雨水深度达到一定深度时,首先是尾管充满水达到虹吸条件,继而使整个系统产生虹吸,即可使天面雨水快速排放。因虹吸排水流速很大,要通过消能井再排入市政雨水排水系统。而当雨量较小时,该虹吸系统也只有作为重力流系统使用。这样,虹吸排水系统可用比重力流排水系统小得多的管线能排出几十年一遇的暴雨雨水。

    在相同排水量的情况下,虹吸排水系统所需的斗前水深要小于重力流系统。比如,计算表明排水量为40L/s 时,用直径300mm 的重力流雨水管,其斗前水深100mm,而直径100mm 的虹吸雨水管,其斗前水深仅需85mm,这对屋面的建筑和结构设计都非常有利。虹吸系统所用管径不仅比重力流小,而且可比重力流“少”。即一个横管,一个立管,可以上接十余个雨水斗,而重力流系统则要多根立管。

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    另外虹吸系统的横管可以水平安装,而重力流系统其横管必须有不小于0.005 的坡度,将使横管末端降低,从而影响使用空间或影响建筑结构处理。虹吸系统的立管因数量少,可利用楼梯间、立柱旁等处敷设,不占用更多的使用空间,横管也可以敷设在非敏感的公共走廊等处。总之,给建筑设计一个有利的条件。

     

     

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