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給水排水|虹吸雨水排水原理

 成原理:利用屋面與地面高差産生的能量,在屋面積水達到一定高度時,使得管道内不進入空氣,以滿管流狀态(即虹吸狀态)排水時産生負壓,管道内形成抽吸作用将雨水迅速排掉。

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實現:基于形成原理,利用“伯努利”方程,經過周密計算,有效控制和平衡管道内雨水的流速、壓力,使得雨水管道在短時間内達到滿管流狀态(即虹吸狀态),快速将雨水排出室外。

 

一、虹吸排水系統原理

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虹吸屋面雨水排放系統采用特殊設計的雨水鬥,使雨水在很淺的天溝水深下,即可在管道中形成滿流狀态。利用建築物的高度和落水具有的勢能,在管道中造成局部真空,使雨水鬥及水平管内的水流獲得附加的壓力而形成虹吸現象。利用虹吸作用,極大地加快水在排水管内的流速,快速排放屋面雨水。

二、虹吸排水系統組成

 

虹吸式屋面雨水排水系統由防漩渦雨水鬥、雨水懸吊管、雨水立管、埋地管、雨水出戶管、45度彎頭、偏心異徑短束節、Y型順水三通以及一些輔料組成(管道設計必須滿足當地國家規範并能抵抗正、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)。

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三、虹吸排水系統演示

降雨初期,雨量一般較小,懸吊管内是一有自由液面的波浪流→→随着降雨量的增加,管内逐漸呈現脈動流,拔拉流→→降雨量再增大,系統出現間歇式虹吸現象,出現滿管氣泡流和滿管汽水混合流,并逐步趨于穩定→→降雨量進一步增大,系統達到設計狀态,出現水的單向流狀态,穩定且全面的系統虹吸形成;具體形成的圖如下:

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四、虹吸排水系統的優勢

傳統重力排水系統:橫管需要一定坡度 立管較多,影響美觀管道和配件使用量大,使用壽命較短大範圍的地面開挖工作,現場施工量大,後期裝修費用較高。

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虹吸雨水排放系統:橫管不需要坡度、管徑較小,便于建築處理 、減少立管和雨水鬥數量、系統壽命長、最小的地面開挖工作,雨水井少、施工簡單快捷、可節省大量裝修費用。

五、虹吸排水與重力排水的比較

傳統重力式雨水排放系統是利用雨水本身重力作用,由屋面雨水鬥需經過排水系統自流排放。水流夾帶空氣進入整個雨水排放系統,空氣約占管道30-70%空間,且排水懸吊管必須具備一定坡度。虹吸式雨水排放系統通過特制雨水鬥能有效阻隔空氣進入,通過全系統壓力平衡計算,大大減少了雨水進入排水系統時夾帶的空氣量,最終達到氣與水分離的效果,在管内形成滿管流。利用建築物高度與地面落差勢能形成虹吸作用,屋面雨水快速排幹。

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兩種排水系統優劣對比傳統重力排水虹吸式排水

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重力排水與虹吸排水比較方案

1重力流排水系統:

 

重力流排水系統是雨水由天面天溝彙集後經過雨水鬥下接的立管靠重力自流排出。這種系統管線并不能被水完全充滿。水沿立管管壁流下時,一般情況下隻占立管斷面的一部分,甚至小部分為水,一部分為空氣。重力流排水系統是傳統的屋面排水方式。具有設計施工簡易,運行安全可靠的特點,其缺點是管道設置相對較多,占據空間位置較多。

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重力流雨水系統, 需要控制系統的流量在所設計的重力流态範圍之内。否則, 超流量的雨水進人系統, 流态會超越重力無壓流, 劇烈的壓力波動會對系統造成破壞, 發生諸如立管損壞、室内檢查井冒水等安全事故。

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2虹吸式雨水排放系統:

 

在降雨初期,利用重力原理進行排水。當降雨量加大,屋面上的水位達到一定高度時,雨水鬥會自動隔空氣,從而産生虹吸,系統也轉變為高效的排放系統,抽吸雨水向下排放。對大型屋面可“分區排水”,整個屋面排水系統可由數個子系統組成,每個子系統一個天溝,這樣天溝可避開伸縮縫。

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系統的設計是當天溝内雨水深度達到一定深度時,首先是尾管充滿水達到虹吸條件,繼而使整個系統産生虹吸,即可使天面雨水快速排放。因虹吸排水流速很大,要通過消能井再排入市政雨水排水系統。而當雨量較小時,該虹吸系統也隻有作為重力流系統使用。這樣,虹吸排水系統可用比重力流排水系統小得多的管線能排出幾十年一遇的暴雨雨水。

在相同排水量的情況下,虹吸排水系統所需的鬥前水深要小于重力流系統。比如,計算表明排水量為40L/s 時,用直徑300mm 的重力流雨水管,其鬥前水深100mm,而直徑100mm 的虹吸雨水管,其鬥前水深僅需85mm,這對屋面的建築和結構設計都非常有利。虹吸系統所用管徑不僅比重力流小,而且可比重力流“少”。即一個橫管,一個立管,可以上接十餘個雨水鬥,而重力流系統則要多根立管。

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另外虹吸系統的橫管可以水平安裝,而重力流系統其橫管必須有不小于0.005 的坡度,将使橫管末端降低,從而影響使用空間或影響建築結構處理。虹吸系統的立管因數量少,可利用樓梯間、立柱旁等處敷設,不占用更多的使用空間,橫管也可以敷設在非敏感的公共走廊等處。總之,給建築設計一個有利的條件。

 

 

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