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虹吸式屋面雨水排放系统应用

日期:2019-04-10/ 人气:

 

       虹吸雨水排放系统最早应用于欧洲,从20世纪60年代起步,发展到现在已经有近50年的历史了,而我国直到90年代初才从德国引进。经过十几年大量的试验和深入的研究,我国已经成功的研制出压力流(虹吸)屋面雨水排放系统。
       虹吸式雨水排放系统适用于工业厂房、库房、公共建筑的大型屋面雨水的排放。其关键技术为不掺气的新型雨水斗,该种雨水斗采用特殊的构造,使雨水在进入雨水排放系统前得到整流,最大限度地将空气隔离在雨水排放系统之外,为系统内形成满管流提供条件。
       虹吸雨水的形成过程经历三种流态,重力流、两相流、满管压力流。在降雨初期,雨水刚刚汇集,斗前水深不大,雨水斗内不能有效阻止空气进入,此时其流态为非满管流,气水逆向流动,此阶段为重力流。随暴雨的发展,雨水越聚越多,斗前水深加大,空气进入的越来越少,管道内形成断断续续的满管流和掺有气泡的满管流——两相流,当斗前水深达到一定高度,不再有空气掺入时,便形成满管压力流态。
       通过对管道的管径、高差的控制,可以实现对管道内雨水的流态的控制,使系统大部分时间工作在虹吸压力满管流的流态。使管道内满管流形成一定的负压,斗前水面受到管道内外压差的作用,增大了管道的流量,大大增强了雨水系统的排水能力。这便是虹吸式雨水排放系统的工作原理。与传统雨水系统相比,虹吸雨水系统管径小,排水量大,立管少,对建筑立面和空间影响小。
       虹吸式雨水排放系统应用中应注意以下的几个问题。首先,斗前水深的控制。斗前水深太小,不能有效地形成虹吸满管流,系统不能在虹吸状态下运行,排水能力便不能达到设计要求的状态。斗前水深太大,给屋面增加荷载,为结构安全带来隐患,可能需要提高结构的强度,而造成工程造价的提高。尤其对轻钢结构的屋面,其承载力需结构工程师校核并相应提高,而且对此种屋面,其天沟与与屋面不能完全密闭,斗前水深过高,可能使雨水通过其间缝隙渗漏至室内。在设计中必须予以重视,合理控制天沟深度、斗前水深及屋面、天沟的承载力,并设置必要的溢水系统,防止积水过高,造成危险。
       第二、合理地选取暴雨重现期。重现期选取太大时,造成管径偏大,系统大部分工况运行于重力流状态和两相流状态,排水能力达不到设计要求,而且雨水流速偏小,不能对管道形成有效的冲刷力,管道容易堵。重现期取值太小,则遇特大暴雨时,建筑的安全得不到保障。因此应根据工程实际情况,结合本地的气象条件、气象资料,合理选取暴雨重现期。
       第三、管径的选取必须经过水力计算。要尽可能的控制管道内雨水流态和负压值,就必须经过严格的水力计算,合理地确定各段的管径。目前,国内外对虹吸雨水系统的计算方法主要有两种,一种是基于满流状态的伯努力方程,其方法是国内水力学课程的基础之一,经过了科学的验证。另一种是基于两相流技术的计算,这种方法是建立在生产厂家自己大量试验基础上的,是半经验的计算方法,是普遍适用,还是只对厂家自己的产品适用还有待定论。目前只有少数专业厂家掌握该项技术,而一般的设计单位缺乏试验的条件,还不能完全掌握此计算方法。
       第四、悬吊管的热力补偿,由于热胀冷缩作用,悬吊管的涨力需要受到控制,否则会对建筑的结构造成威胁。现在大多数专业厂家采取用专用的紧固系统,使管道与建筑的结构脱离开来,把大管段涨缩分成若干小管段涨缩,通过紧固系统吸收,从而可以取消伸缩节,保证虹吸不因管道的缝隙而破坏。
       第五、要特别注意管道内的震动和噪声问题,由于管道内的压力变化有正有负,在未达到满管虹吸状态时还夹杂有空气的作用,系统在运行中会有较大的震动和噪声,虽然震动可以被紧固系统吸收一小部分,但对结构的影响不能忽视,应提醒相关专业在结构计算中考虑此部分的荷载。而噪声问题,目前只能采取一定的消声措施,完全解决的办法还没有出现,因此对于环境噪声控制严格的建筑,需要认真研究确定系统的方案。

 

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