虹吸排雨水系統設計原理近幾年來，屋面虹吸排雨水系統在國內眾多大、中、小型建筑應用像雨后春筍般展現，為不少建筑設計師解除了諸多建筑造型的限制，現代建筑的復雜性，以及建筑界與工程界提出的嚴格要求，常常使得落后于現代先進建筑科技的傳統屋面排水方案不具有可行性，如排水量大，重力排水系統影響建筑造型；室內排雨懸吊管放坡影響室內使用空間，排水管與建筑不協調。同時把屋面排雨水設計帶到新的領域。自從UV排水系統在1968年發明以來，第一個UV系統（1968年發明）提供了屋面排水技術的突破，它在雨水斗周圍的水深達到一定高度時，可以避免空氣通過雨水斗進入排水管內。世界各國越來越多對虹吸排雨水系統的研究。，一些科學家和工程師，如Bernouilli，Prandtl，Darcy，Weisbach，Colebroke等建立起來的設計理論便可以用來進行精確的滿管流排水系統的設計，這項技術對于建筑界的貢獻立即表現出來。一、虹吸系統基本原理介紹原理簡介基本上，屋面雨水排放系統可分為重力流系統與滿管流或虹吸系統。重力流系統在重力流系統中，水沿著立管的管壁流下。一般情況下，管材斷面約1/5-1/3為水，剩余為空氣。水平管的流量系數則可能達到1。因此，重力流系統的流量得視其管子所裝置的坡度而定。虹吸系統在虹吸系統中，所有的管子在指定的降水強度下將達到1的流量系數。管子內的壓力也有別于大氣壓強。通過利用建筑物（雨水斗與排放點的高度差距）所產生的壓頭，管徑設計可達到滿管流。因此，概念上，利用較小于傳統管徑的管道便可更快速地排出相同的水量。虹吸系統電腦軟件利用建筑物所產生的壓頭(h1-h2)來平衡管子內的磨擦系數損失以及計算出以最小的管徑來排放所設計的水量。捷流系統電腦軟件通過分析水平管與立管的剖面以及管子的長度來平衡系統的壓力。正如以上所提及的，管子里的壓力有別于大力氣強。基本上，系統可接受管子里的壓力超出于大氣壓強。無論如何，管子內的壓力若相當于水的蒸發壓力，可能會導致氣化作用的產生。為避免氣化作用的發生，管子里的壓力必需維持在水的蒸發壓力以上。也就是說，如果大力氣強被制定為0，管內負壓力則需高于一8.0m。重力流系統與系統的比較重力流雨水系統特點：氣液二相流雨水斗數量多管徑大立管數量多水平集水管需要坡度雨水檢查井數量多大屋面工程，地面需布置排水溝影響建筑美觀虹吸雨水系統特點：滿管流雨水斗布置靈活管徑縮小管道走向可以根據需要靈活設置水平集水管不要坡度雨水斗檢查井數量少大屋面工程，無需設置室內檢查井有利于建筑美觀二、虹吸雨水排水系統特點介紹虹吸系統在世界上的應用有30多年的歷史，虹吸雨水排水系統經過精確的計算能以最小的管徑達到最大的流量。世界上已有超過1億m2的屋面采用這種排水系統。人雨水斗高效、低阻虹吸系統的雨水斗效率高、水阻低，能有效的控制管內的壓力，同時具有高度靈活性，在施工調整時能夠根據現場實際情況靈活處理。人管道節約空間，美觀大方在屋面下有限的空間內，虹吸系統以最小的管徑和沒有坡度的水平橫管盡量占有最小的空間，同時我們將利用每個雨水斗的高效率排水，組成最少的管道系統。人管材選用靈活在管材的選用上，虹吸系統可選用不銹鋼管、鑄鐵管、HDPE管、涂塑鋼管等多種滿足虹吸技術要求的管道。人天溝尺寸精確，安全虹吸系統能夠準確的計算出在某一暴雨強度下的天溝水深，因而能夠保證在天溝不溢水的情況下，有效的減小天溝的尺寸。三、設計原理在設計的降雨量達到時，真正的虹吸系統中所有管道都呈現為滿管流動，管道中的壓力分布與傳統的排水系統也有許多不同。由于屋面雨水斗與地面排水井間的全部高度差距得到充分利用，與重力排水系統比較，因而虹吸排水管道與重力排水管道的直徑相等時，虹吸管道中的水流量比重力的大得多。虹吸系統利用建筑高度簡稱為水頭，充分考慮管道中的水力學損失，盡可能地減小管道直徑，將屋面的雨水排入雨水井。并通過調節垂直尾管和水平集水管的結構和長度來實現水力平衡。管道中的壓力與大氣壓有很大不同。對于管道內的正壓并沒有限制，然而，對于負壓必須考慮蒸發壓力問題即氣蝕問題。因而管道內的壓力必須保持在系統所在地區的蒸發壓力以上。1、虹吸雨水斗設計重力排水雨水斗與虹吸系統雨水斗主要的區別在于雨水斗中設置了空氣擋板。空氣擋板是疊型的，沒有透孔。屋面結合部件、防水層和樹葉罩的設計都遵從常規思想。雨水斗體、空氣擋板與出水口的直徑組合是在任何水流情況下獲得穩定功能的保證，這種組合從理論上很難進行優化設計，必須通過大量的試驗和總結才得出的結論。2、系統管道設計必須滿足當地國家規范并能抵抗正、負壓力的管道系統均可用于虹吸系統排水管道。比如ABS、PVC、HDPE、PP、銅管、鋼管和鑄鐵管都大量成功地用于UV系統。不同的塑料管具有不同的抵抗負壓的能力，材料品質、壁厚和管道直徑的區別決定了這種能力。管道系統一般根據工程實際情況進行選擇，需要綜合考慮適用性、排水能力、耐用性、剛性、防火性、噪音、絕緣、造價和安裝費用等等因素。3、相關設計要點：雨水斗選用采用平底式金屬雨水斗，確保雨水斗在長時間日照下的防老化性能及防滲漏性能。平底式雨水斗保證施工簡易安全。由于天溝既有外天溝也有內天溝，采用專利設計的平底式雨水斗，安裝于混凝土屋面上，簡便快速，且能有效地防止漏水情況出現。根據建筑物屋面結構形式，本工程采用的虹吸雨水斗：虹吸雨水斗排量一般為20l/s至40l/s,選擇雨水斗時，設計排量應按最大排量的70?80%設計。相對重力流系統而言減少天溝開孔尺寸和數量，也減少了可能的滲漏點，節省工程施工時間；虹吸系統多為串聯系統，屋面通過建筑找坡排水至天溝或匯水點，雨水斗同一屋面分區時計算系統以同一標高作依據（施工存在誤差，同一屋面同一系統中每個雨水斗的標高必須在50mm以內，否則系統計算無效，系統被破壞），另一方面，系統計算時，還要控制好雨水斗的斗前水深，若不能控制好每個水斗的排水量及斗前水深，則使系統排水不均衡。只有經過精密計算的考慮，才可保證減少屋面的積水深度，排水效果更好。部分系統采用不同標高屋面雨水系統高低接入，實現快速、安全排水。在雨水斗排量充足的前提下，再通過精確計算而保證排水量及虹吸的快速形成。管材選用的管材和接口必須能夠同時滿足正、負壓的需要。選用管材可分為以下幾類：HDPE管：塑料管材，造價低，內壁光滑，水力條件好，施工簡便，采用熱熔焊接。涂塑鋼管：鋼塑復合管，造價偏高，鋼性好，防火性能好，內壁光滑，水力條件好，使用壽命長，采用平板式卡箍或法蘭連接。鍍鋅鋼管：普通鋼管，造價高，鋼性好，防火性能好，使用壽命長，采用溝槽式卡箍連接。不銹鋼管：高檔排水鋼管，造價最高，鋼性好，防火性能好，使用壽命長，采用亞弧焊或電聯焊連接。4、虹吸式屋面排水系統的水力計算要點：（1）管道的設計流速不小于1m/s。（2）排水管的總水頭損失應小于或等于雨水斗頂面與臨界點的幾何高差，宜使壓力余量^Pr<100mbar（3）虹吸式屋面排水系統的是大負壓值在懸吊管與總立管的交叉點。該點的負壓值，應根據不同的管材而有不同的限定值。對于使用鑄鐵和鋼管的排水系統應小于900mbar；對于塑料管道，管徑De50-De160應小于800mbar，管徑De200-De300應于于450mbar。（4）虹吸式屋面排水系統管系各節點由不同支路計算得到的壓力差不大于150mbar。（5）虹吸式屋面排水系統使用內壁涂塑柔性排水鑄鐵管或鋼管及高密度聚乙烯管，應使用相應的計算圖表計算管道的沿程水頭損失。（6）虹吸式屋面排水系統管道的局部水頭損失的系數按表3采用。局部阻力系數表表3管件名稱內壁涂塑鑄件管或鋼管塑料管90°彎頭0.801.045°彎頭0.300.40干管上斜三通0.250.35支管上斜三通0.501.00轉變為重力流處出口1.801.80虹吸式雨水斗廠商提供5、設計步驟（1）計算屋面面積；（2）計算出總的降降；（3）布置雨水斗的位置，組成屋面雨水排水管網；（4）繪制水力計算草圖，標注各管段的長度；（5）用總的等效長度和系統資用水頭計算單位長度的水頭損失的初始估算值，選出各管段的管徑。（6）進行第一次水力計算，計算結果若已滿足以上第3部分的要求，則可按計算結果繪成正式圖紙。（7）若第一次計算不滿足第3部分的要求，則應對系統中某些管段的管徑進行調整，必要時有可能對系統重新布置，然后再次進行水力計算，直至滿足為止，按最后結果繪制圖紙。6、計算公式（1）降雨量式中Q——降雨量，L/S；A——屋面面積，m2；r——降雨強度，L/（S.100m2）。（2）資用水頭E=p?g?H?式中E資源水頭，mbar；p水密度，1000kg/m3；g重力加速度，9.8lm/s2；a——換算系數，a=100。（3）等效長度初始估算值L0=1.2L式中L0—等效長度，m；L計算長度，m；1.2——考慮管件阻力引入的系數。（4）單位長度水頭損失的初始估算值R0=式中R0單位長度的水頭損失初始估算值，mbar/m。（5）局部阻力損失Zj=式中Z局部阻力損失，mbar；T一局部阻力系數；Vx——管道流速，m/S。沿程阻力損失ZL=R?L式中ZL沿程阻力損失，mbar；R單位長度水頭損失，mbar/m；L管道長度，m。四、設計理念1、在設計虹吸系統時，秉承為建筑、結構服務的原則，最大限度地減少業主在建筑、結構方面的投資，同時保障建筑的美觀、可靠。2、根據屋面標高及形狀，以有利于自然匯水、天溝布置的原則劃分，同時盡可能不跨越防火分區和伸縮縫。塑料管在跨越防火分區的位置，必須加設阻火圈作保償措施。3、屋面排水考慮設匯水天溝的做法，這有利于建筑屋面排水集中性，更好發揮系統的功效，同時兼顧虹吸排雨水系統斗前水深的需要。4、排水橫管盡可能不穿越敏感區域，以有利于日后更改用途及維護保養。5、管材選用要堅固耐用，同時有利于建筑美觀需要。在本工程系統設計中，虹吸系統對管材的耐負壓能力要求嚴格，為滿足技術及系統安全的要求，系統采用符合虹吸壓力等級的管材，防腐性能好，堅固耐用，確保系統產生負壓下運行工作的安全性。6、系統經濟性虹吸系