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摘要：压力流（虹吸式）屋面雨水排除系统，由于采用了一种具有良好整流功能的下沉式雨水斗，雨水斗在排水时处于淹没泄流状态，避免了空气进入，管内流速快，排水能力相比重力排水有很大的提高，并且也提高了管道内部的清洁能力；另外，在设计的流量范围内，接入悬吊管的雨水斗的数目不受限制，因此减少了立管和埋地管的数量；由于单一系统的悬吊管不需要坡度 ，屋面下占用空间小，主立管可以设置在靠近外墙处，建筑物内部可以不需做管道井，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。
关键词：压力流（虹吸式）雨水排水系统 虹吸式雨水斗 原理 水力计算
中图分类号：S276文献标识码： A 文章编号：
虹吸式雨水排水作为一门国内新型的屋面雨水排放技术，集中了雨水排放系统的众多优点，并越来越广泛地应用在大型公用建筑、厂房、大型体育场馆等建筑上。
一、压力流（虹吸式）屋面雨水排水系统的技术优势
屋面雨水排除系统按照其水力特征可分为重力流系统和压力流系统。重力流多斗雨水排除系统是传统的排除大屋面多天沟雨水系统，是工程设计中常用的方法。主要工作原理是利用雨水斗收集的雨水经悬吊管排到立管后，由排出管进行排放。重力流屋面雨水排除系统受其水力特性的限制排水能力小、立管多、管径大，对于大屋面工业厂房及公共建筑物屋面雨水排除系统来说则更显突出。压力流（虹吸式）屋面雨水排除系统，由于采用了一种具有良好整流功能的下沉式雨水斗，雨水斗在排水时处于淹没泄流状态，避免了空气进入，管内流速快，排水能力相比重力排水有很大的提高，并且也提高了管道内部的清洁能力；另外，在设计的流量范围内，接入悬吊管的雨水斗的数目不受限制，因此减少了立管和埋地管的数量；由于单一系统的悬吊管不需要坡度 ，屋面下占用空间小，主立管可以设置在靠近外墙处，建筑物内部可以不需做管道井，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。可见压力流（虹吸式）屋面雨水排除系统与重力流相比有明显的技术优势。
二、虹吸式屋面雨水排水系统的工作原理
虹吸式屋面雨水排水系统和重力式屋面雨水排水系统均由雨水斗、雨水悬吊管、雨水立管、雨水埋地管组成，但因为虹吸式屋面雨水排水系统的最大改进和技术进步是开发了一种具有良好整流功能的下沉式雨水斗。下沉式雨水斗置于屋面层中，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斗内，斗内带孔隙的整流罩使处于涡流状态的雨水变得均匀分散，并破坏其形成旋涡的条件，当雨水斗在其额定设计流量时处于淹没泄流排水状态，排水时不会渗入空气。虹吸式屋面雨水排水系统自雨水斗连接管以下，管道内呈负压，从而对下落的雨水柱产生抽吸力，使常规靠重力流的雨水变成压力流雨水，加快雨水排放。在悬吊管与立管的交叉点处负压最大，其后立管上的负压减小，至临界点负压消失，管道内的压力为零，水流状态转为重力流。
三、虹吸式雨水排水系统在大面积、大坡度工程中的设计与施工
邯郸文化艺术中心工程长约590米，宽约280米，根据建筑物的特点及使用功能，划分为以上3个区域（如下图），包括博物馆、大剧院、图书馆及城规馆。中间最高点为44.45m，两侧最高点为35.50m。
123
博物馆大剧院图书馆及城规馆
1、汇水区域划分
从上图可以看出1和3区域，屋面坡度很大，天沟沿屋面四周分布，屋面雨水汇集到天沟内，由天沟内的虹吸雨水系统排出。根据以述屋面特点，对屋面汇水区域进行划分，并对其水平投影面积计算，结果如下：
2、天沟布置
邯郸文化艺术中心屋面雨水沿中心线向两侧下流，然后天沟的雨水从建筑的两端向中心大剧院方向下流，考虑屋面特点、排水方向、建筑结构构造等因素，两侧平行布置。天沟高度随屋面曲线的位置变化，两侧高中间低，分段布置雨水斗，根据屋面的坡度、分段面积及水量不同，以此确定雨水斗的布置间距。主天沟收集的雨水，进入虹吸系统的排水立管，从出户管排出建筑外。由于屋面坡度较大，天沟断面非矩形，在天沟的水力计算中，应以新的流量计算公式计算天沟的排水量，天沟沿屋面倾斜，雨水过水断面应按梯形断面进行流量设计。天沟布置见下图：
屋面天沟布置
3、水力计算
以下图所示部位为例，对该区域进行水计算。
根据公式qw=fWq5/100× k1
式中 qw ——屋面雨水流量（L/S）
fW ——屋面汇水面积（M2）
q5/100——重现期5min暴雨强度值（L/S）
k1——系数
雨水计算：
计算按邯郸地区10年重现期按5分钟暴雨强度5.50L/s×100m2设计，局部50年重现期按5分钟暴雨强度7.39L/s×100m2设计。由于屋面坡度较大，天沟也是斜的，所以分段布置雨水斗，这块面积的雨水总量为：
qw=fWq5/100× k1
qw=993×5.50/100×1
=54.66 L/S
由于所采用的TY90型雨水斗的最大流量可以达到30L/S,所算面积最大水量为54.66 L/S，所以该区域布置两个TY90型的雨水斗。
4、雨水斗的安装
天沟底部为斜面设计，为了使雨水斗更好的隔绝空气，快速注水，雨水斗应保持水平安装。因此需要加工雨水斗找平件来解决此问题，天沟材质为不锈钢，找平件同样采用不锈钢材质并加工成为一个90°三角形，与天沟宽度相符，并采用氩弧焊接的方式与天沟通体焊接，确保天沟不渗不漏。
雨水斗安装示意图
5、挡水板的安装
根据天沟的坡度及雨水斗所对应的汇水面积来测算水量，根据结果制定了挡水板的数量及安装位置，虹吸雨水斗在斗前水深为6CM的时候，虹吸效果最佳，同时实现快速的排放，挡水板的主要作用为，增加水在天沟内的流动时间，从而使此区域内的虹吸雨水斗更加有效的排除积水。
水流方向
挡水板安装侧视图
挡水板安装俯视图
从挡水板安装的俯視图中可以看出，挡水板有效的改变水流的方向，避免瞬间冲到雨水斗处，使雨水斗能有效的排除此段积水，也为下游的雨水斗减轻了负担，使水量基本做到平衡，降雨初期，雨水在挡水板的作用下，成S形流动，雨量增大时，雨水可越过挡水板，使雨水斗有时间排除积水。
6、系统安装说明
（1）虹吸系统各部件包括雨水斗、HDPE管材及管件；
（2）水平管段的充满度不应小于60%，最小流速不小于1.0m/秒。管路系统工作负压不大于-800mba以避免水中空气分离出来造成系统震动加剧。
（3）雨水斗下方自带的连接短管为HDPE材料，以保证雨水斗同管道连接时采用焊接，保证系统的气密性。
（4）由于虹吸系统出户管道雨水流速大，为了减小雨水对出户检测井的冲刷，所有虹吸雨水排水系统的出户检查井材质均采用混凝土，且下游排水管均放大，降低流速。
（5）管道三通的做法：
系统管道三通要求做成顺水三通,当立管需用90°弯头时中间要加衔接管以减少局部阻力,维持管道流速。
（6）管道穿楼面做法：
管道穿过楼面要加装套管，套管内径较立管外径大2号，套管与管道间填充难燃材料填充，板下安装阻火圈，如图。
四、结语
（1）该工程屋面为钢网架结构，采用虹吸式屋面雨水排水系统，大大克服了重力流屋面雨水排水系统排水立管多，管径偏大，排水能力偏小的缺点，减轻了屋面的荷载，从而节省了工程的造价。
（2）虹吸雨水系统立管较重力雨水系统立管小，方便管道布置，节约室内空间，增加了美观性。并且由于系统流速高，系统具有较好的自清效果。
（3）虹吸式雨水系统的使用减少了屋面下空间的占用，解除了诸多建筑造型的限制，有利于建筑物的美观设计。
（4）虹吸式屋面雨水排水系统是利用较小管径排放大流量雨水的最理想的排水系统，随着我国经济的高速发展，虹吸式屋面雨水排水系统必将在大型公共建筑和厂房的设计和建设中发挥更加重要作用。
参考文献：
1、魏兰存。虹吸式雨水排水系统的应用与研究，科技资讯、2010。
2、张友科。虹吸式屋面雨水排水系统应用，山西建筑、2009。
3、陈伟。浅述虹吸式屋面雨水排水系统技术与应用，福建建设科技、2011。
关键词：压力流（虹吸式）雨水排水系统 虹吸式雨水斗 原理 水力计算
中图分类号：S276文献标识码： A 文章编号：
虹吸式雨水排水作为一门国内新型的屋面雨水排放技术，集中了雨水排放系统的众多优点，并越来越广泛地应用在大型公用建筑、厂房、大型体育场馆等建筑上。
一、压力流（虹吸式）屋面雨水排水系统的技术优势
屋面雨水排除系统按照其水力特征可分为重力流系统和压力流系统。重力流多斗雨水排除系统是传统的排除大屋面多天沟雨水系统，是工程设计中常用的方法。主要工作原理是利用雨水斗收集的雨水经悬吊管排到立管后，由排出管进行排放。重力流屋面雨水排除系统受其水力特性的限制排水能力小、立管多、管径大，对于大屋面工业厂房及公共建筑物屋面雨水排除系统来说则更显突出。压力流（虹吸式）屋面雨水排除系统，由于采用了一种具有良好整流功能的下沉式雨水斗，雨水斗在排水时处于淹没泄流状态，避免了空气进入，管内流速快，排水能力相比重力排水有很大的提高，并且也提高了管道内部的清洁能力；另外，在设计的流量范围内，接入悬吊管的雨水斗的数目不受限制，因此减少了立管和埋地管的数量；由于单一系统的悬吊管不需要坡度 ，屋面下占用空间小，主立管可以设置在靠近外墙处，建筑物内部可以不需做管道井，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。可见压力流（虹吸式）屋面雨水排除系统与重力流相比有明显的技术优势。
二、虹吸式屋面雨水排水系统的工作原理
虹吸式屋面雨水排水系统和重力式屋面雨水排水系统均由雨水斗、雨水悬吊管、雨水立管、雨水埋地管组成，但因为虹吸式屋面雨水排水系统的最大改进和技术进步是开发了一种具有良好整流功能的下沉式雨水斗。下沉式雨水斗置于屋面层中，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斗内，斗内带孔隙的整流罩使处于涡流状态的雨水变得均匀分散，并破坏其形成旋涡的条件，当雨水斗在其额定设计流量时处于淹没泄流排水状态，排水时不会渗入空气。虹吸式屋面雨水排水系统自雨水斗连接管以下，管道内呈负压，从而对下落的雨水柱产生抽吸力，使常规靠重力流的雨水变成压力流雨水，加快雨水排放。在悬吊管与立管的交叉点处负压最大，其后立管上的负压减小，至临界点负压消失，管道内的压力为零，水流状态转为重力流。
三、虹吸式雨水排水系统在大面积、大坡度工程中的设计与施工
邯郸文化艺术中心工程长约590米，宽约280米，根据建筑物的特点及使用功能，划分为以上3个区域（如下图），包括博物馆、大剧院、图书馆及城规馆。中间最高点为44.45m，两侧最高点为35.50m。
123
博物馆大剧院图书馆及城规馆
1、汇水区域划分
从上图可以看出1和3区域，屋面坡度很大，天沟沿屋面四周分布，屋面雨水汇集到天沟内，由天沟内的虹吸雨水系统排出。根据以述屋面特点，对屋面汇水区域进行划分，并对其水平投影面积计算，结果如下：
2、天沟布置
邯郸文化艺术中心屋面雨水沿中心线向两侧下流，然后天沟的雨水从建筑的两端向中心大剧院方向下流，考虑屋面特点、排水方向、建筑结构构造等因素，两侧平行布置。天沟高度随屋面曲线的位置变化，两侧高中间低，分段布置雨水斗，根据屋面的坡度、分段面积及水量不同，以此确定雨水斗的布置间距。主天沟收集的雨水，进入虹吸系统的排水立管，从出户管排出建筑外。由于屋面坡度较大，天沟断面非矩形，在天沟的水力计算中，应以新的流量计算公式计算天沟的排水量，天沟沿屋面倾斜，雨水过水断面应按梯形断面进行流量设计。天沟布置见下图：
屋面天沟布置
3、水力计算
以下图所示部位为例，对该区域进行水计算。
根据公式qw=fWq5/100× k1
式中 qw ——屋面雨水流量（L/S）
fW ——屋面汇水面积（M2）
q5/100——重现期5min暴雨强度值（L/S）
k1——系数
雨水计算：
计算按邯郸地区10年重现期按5分钟暴雨强度5.50L/s×100m2设计，局部50年重现期按5分钟暴雨强度7.39L/s×100m2设计。由于屋面坡度较大，天沟也是斜的，所以分段布置雨水斗，这块面积的雨水总量为：
qw=fWq5/100× k1
qw=993×5.50/100×1
=54.66 L/S
由于所采用的TY90型雨水斗的最大流量可以达到30L/S,所算面积最大水量为54.66 L/S，所以该区域布置两个TY90型的雨水斗。
4、雨水斗的安装
天沟底部为斜面设计，为了使雨水斗更好的隔绝空气，快速注水，雨水斗应保持水平安装。因此需要加工雨水斗找平件来解决此问题，天沟材质为不锈钢，找平件同样采用不锈钢材质并加工成为一个90°三角形，与天沟宽度相符，并采用氩弧焊接的方式与天沟通体焊接，确保天沟不渗不漏。
雨水斗安装示意图
5、挡水板的安装
根据天沟的坡度及雨水斗所对应的汇水面积来测算水量，根据结果制定了挡水板的数量及安装位置，虹吸雨水斗在斗前水深为6CM的时候，虹吸效果最佳，同时实现快速的排放，挡水板的主要作用为，增加水在天沟内的流动时间，从而使此区域内的虹吸雨水斗更加有效的排除积水。
水流方向
挡水板安装侧视图
挡水板安装俯视图
从挡水板安装的俯視图中可以看出，挡水板有效的改变水流的方向，避免瞬间冲到雨水斗处，使雨水斗能有效的排除此段积水，也为下游的雨水斗减轻了负担，使水量基本做到平衡，降雨初期，雨水在挡水板的作用下，成S形流动，雨量增大时，雨水可越过挡水板，使雨水斗有时间排除积水。
6、系统安装说明
（1）虹吸系统各部件包括雨水斗、HDPE管材及管件；
（2）水平管段的充满度不应小于60%，最小流速不小于1.0m/秒。管路系统工作负压不大于-800mba以避免水中空气分离出来造成系统震动加剧。
（3）雨水斗下方自带的连接短管为HDPE材料，以保证雨水斗同管道连接时采用焊接，保证系统的气密性。
（4）由于虹吸系统出户管道雨水流速大，为了减小雨水对出户检测井的冲刷，所有虹吸雨水排水系统的出户检查井材质均采用混凝土，且下游排水管均放大，降低流速。
（5）管道三通的做法：
系统管道三通要求做成顺水三通,当立管需用90°弯头时中间要加衔接管以减少局部阻力,维持管道流速。
（6）管道穿楼面做法：
管道穿过楼面要加装套管，套管内径较立管外径大2号，套管与管道间填充难燃材料填充，板下安装阻火圈，如图。
四、结语
（1）该工程屋面为钢网架结构，采用虹吸式屋面雨水排水系统，大大克服了重力流屋面雨水排水系统排水立管多，管径偏大，排水能力偏小的缺点，减轻了屋面的荷载，从而节省了工程的造价。
（2）虹吸雨水系统立管较重力雨水系统立管小，方便管道布置，节约室内空间，增加了美观性。并且由于系统流速高，系统具有较好的自清效果。
（3）虹吸式雨水系统的使用减少了屋面下空间的占用，解除了诸多建筑造型的限制，有利于建筑物的美观设计。
（4）虹吸式屋面雨水排水系统是利用较小管径排放大流量雨水的最理想的排水系统，随着我国经济的高速发展，虹吸式屋面雨水排水系统必将在大型公共建筑和厂房的设计和建设中发挥更加重要作用。
参考文献：
1、魏兰存。虹吸式雨水排水系统的应用与研究，科技资讯、2010。
2、张友科。虹吸式屋面雨水排水系统应用，山西建筑、2009。
3、陈伟。浅述虹吸式屋面雨水排水系统技术与应用，福建建设科技、2011。