虹吸式雨水系统在设计及施工中应注意问题的探讨

虹吸式雨水系统在设计及施工中应注意问题的探讨

作者：许传珍 李刚 张赞

来源：《建筑工程技术与设计》2014年第16期

【摘 要】 虹吸式雨水排水系统在我国工程中使用较少，但发展却非常迅速。由于虹吸雨水系统不同于传统重力流雨水系统的显著特点，在设计和施工过程中尤其要引起注意。 【关键词】 虹吸雨水 HDPE（高密度聚乙烯） 安装固定系统 虹吸雨水斗

在北京建筑市场上，跨度大的公共建筑，有国外设计公司参与设计的建筑（如奥运场馆等）越来越多的采用虹吸式屋面雨水排水系统。

虹吸式雨水排水系统定义及工作原理：虹吸式屋面雨水排水系统是利用能够隔绝空气的虹吸式雨水斗通过精密的管道水力平衡计算，依靠建筑物的势能完成雨水排放的系统。雨水通过密闭的管道系统形成满管流，在立管处跌落产生虹吸作用，将屋面的雨水迅速排放。 虹吸是由于密闭系统中大气的压力不同，以流体的流动来自发平衡系统中压力的物理现象。虹吸式屋面雨水排放技术就是基于以上技术而衍生的。它利用重力作用，在管道内产生局部真空，从而产生虹吸现象。虹吸式屋面雨水系统的原理就是依靠特殊的雨水斗的设计，实行汽水分离，从而使雨水立管中为满流状态，当立管中的水达到一定的容量时，虹吸作用就产生了。在降雨过程中，由于连续不断的虹吸作用，整个系统得以快速排除屋顶上的雨水。 系统组成： 屋面雨水排水系统一般由虹吸式雨水斗、无坡度悬吊管、立管和雨水出户管（排出管）组成。

从八、九十年始，虹吸式屋面雨水排水系统在国内逐渐采用，如北京凯宾斯基饭店，东莞国际会展中心、上海科技馆、浦东国际机场、北京世贸商城，北京锋尚国际公寓等一批大型项目已建成，投入使用多年，系统运行良好。目前北京在建或施工完成的有中国国家体育场、北京大学体育馆、301医院外科大楼、北京大学人民医院新病房楼等。

随着使用虹吸雨水排水系统的工程越来越多，与之不相适应的是，到目前为止还没有一本正式的相关国家规范。目前最权威的是由中国工程建设标准化协会批准并发布（其批准编号为CECS183：2005），自2005年7月1日起实施的《虹吸式屋面雨水排水系统技术规程》。另外，在北京市场上，能够完成虹吸雨水系统设计计算并有一定实力的企业只有几家，竞争还不够充分，价格偏高，不利于虹吸雨水技术的发展。

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以下结合北京大学人民医院新病房楼虹吸雨水系统管材材质确定的过程来说明虹吸雨水工程招标方案中管材、配件材质的确定方法。

虹吸雨水系统常用管材有镀锌钢管、铸铁管、HDPE（高密度聚乙烯）以及不锈钢管等。镀锌钢管优点是强度高、价格较低，缺点是可选择的管径比较少，如果建筑结构复杂，由于精确计算将会出现很多非标管径，市场上不易买到，因此，此管材较适用于系统简单，投资预算低的建筑；铸铁管的优点是价格低，但其生产过程中对环境造成的污染及管道强度较低等因素，使其很难成为虹吸雨水工程的理想管材；而不锈钢管又因为投资成本较高、压接或焊接难度较大等因素，在使用中也受到了一定的；HDPE（高密度聚乙烯）管材以其密度小，强度大，抗冲击，便于施工，不易变形破裂，管材光滑度好，耐酸耐腐，使用寿命长等特点，目前已经成为最为流行的虹吸雨水管材。

虹吸雨水系统相对于传统的重力流雨水系统有很多显著的特点：

（1）基于虹吸雨水系统的满流设计，相同雨水流量下，相对于传统重力流系统，管道截面大大缩小，从而节省了管道用量。

（2）管径设置灵活，不受传统计算方法的，为了产生虹吸现象，系统的管径有可能随雨水流向由大变小，因此出现这种情况，不能简单的判断为设计或下料错误，这主要是由其虹吸原理及系统设计时的精确计算决定的。

（3）施工过程中不须要考虑管道的坡度。传统的重力流系统雨水悬吊管须有坡度，因而占据的建筑空间大，需要更高的层高来满足悬吊管的持续坡度，而虹吸雨水系统由于雨水排放的动力来源于虹吸而非重力，可以最大限度的减小占用的空间，建筑适用性、灵活性较强，非常适合于设备、管线布置复杂的建筑。 （4）管道必须设置专门的安装固定系统。

安装固定系统的主要功能是安装与固定管道。以下因素是不容忽视的：

其一，在排水过程中，某一时刻在管道内部会发生振动，安装固定系统的主要功能之一是吸收这些振动，而避免振动对建筑结构产生的影响，如果振动不加以防范，可能会影响建筑结构的使用寿命；其二，在刚性安装的排放系统中，由于热胀冷缩受到阻隔而产生的力会对建筑结构产生破坏，安装固定系统可以吸收热胀冷缩导致的管道位移，从而对建筑结构起到保护作用。

（5）采用虹吸雨水排水系统的建筑物屋面必须设置溢流口（图2）。为保证屋面安全，避免超大暴雨（超过设计采用暴雨强度）不能及时排出而对屋面造成的破坏，应在每个汇水区域分别设溢流口或溢流装置，溢流装置的计算可参考《虹吸式屋面雨水排水系统技术规程》。

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在配合北京大学人民医院新病房楼虹吸雨水工程施工的过程中也积累了一些经验，下面列举一些工程中常出现的问题：

（1） 材质为HDPE的虹吸雨水管道支架及配件的间距应符合下表要求。 达不到上表要求的系统管道可能会造成焊口开裂，使用寿命降低等情况。

（2）支、吊架与墙、柱、梁、板的固定如果不牢固，由于雨水流动时虹吸系统产生的震动大于重力流系统，这将会造成支、吊架的脱落，发现不及时可能会造成严重后果。 （3）虹吸雨水系统施工过程中，管道的布置尽量紧贴建筑结构板底或梁底，最大可能的减少与其它管线的交叉。由于虹吸雨水系统设计的核心是通过专用软件进行精确计算，因此管道长度、走向如发生变化都须进行再次计算，以验证管径是否发生变化。如果安装之前不进行各专业系统管线的综合排布，安装遇到问题后不断的进行重复计算、设计变更，将会对工期及效益产生影响，甚至造成亏损。

（4）雨水斗的安装必须与土建专业密切配合，配合不好会使雨水斗与屋面防水层结合不好，导致屋面漏雨。

对于虹吸式屋面雨水排放系统来说，最主要的要求就是要避免空气进入管道系统，如果空气直接进入管道系统，那么它会在管道内形成气团，气团会大大阻碍排水效果，结果就会和传统的重力式排放系统一样。

（5）防止溢流口设计遗漏。北京市虹吸雨水系统设计的现状是：建筑设计院进行虹吸雨水设计时经常依赖于专业虹吸雨水公司（设计兼材料供货），由于溢流口往往不参与材料报价，在专业公司设计完成返回设计院进行会签时可能漏掉溢流口。这就要求施工单位在施工准备阶段就应联合土建施工单位进行图纸会审，如土建、给排水图纸均未出现溢流口，应及时提醒设计单位补充设计。这样可以避免后期施工对结构及防水层的破坏。 参考文献

1. 标准化协会 《虹吸式屋面雨水排水系统技术规程》2005 2.《全国民用建筑工程设计技术措施—给水排水》2009：132

3.归谈纯 虹吸式屋面雨水排水系统热点问题探讨 《中国给水排水》2006（4）：41