论文导读：重力流系统常用的UPVC管（胶水粘接）无法在压力流雨水排放系统中使用。在塑料管中推荐使用HDPE管，这种管材有良好的物理和化学性能，掺有碳黑的管材显著地提高了防紫外线的能力。虹吸式（压力流）屋面雨水排水系统，采用虹吸式雨水斗，排水能力有很大的提高。
关键词：压力流雨水排放系统，虹吸式雨水斗，管材
前言
八十年代初，欧洲研究开发出一种新的屋面雨水排放技术―虹吸雨水系统（也称有压流雨水系统），该技术主要应用于大型屋面建筑的雨水排放。经过近二十年的发展，该技术逐步成熟完善，并在各个国家迅速推广应用。中国给排水界于九十年代初开始涉足该领域的研究，当时因设计四机库而较早接触虹吸雨水系统的航空航天设计院的专家，与清华大学联合开发出该系统的核心技术―雨水斗和管道压力计算程序，并在国内的机场建筑工程中进行推广，经过十几年左右的调整完善，目前在技术上已处于世界先进行列。
1.虹吸式屋面雨水排放系统的工作原理及组成
1.1虹吸式屋面雨水排放系统的原理
虹吸式屋面雨水排放系统采用特殊的雨水斗，并利用复杂的计算来控制各段雨水管的管径，平衡各雨水斗的压力和流量，避免管道中的掺气，从而使雨水管道中很容易形成液态单相流状态，单相流迅速流动产生负压，于是形成虹吸效应，屋面雨水被迅速抽吸。
1.2虹吸式屋面雨水排放系统的组成
虹吸式屋面雨水排放系统主要由虹吸雨水斗、雨水管道组成，但通常为多斗系统（即多个雨水斗接入一根横管和立管），如下图。
1.2.1虹吸雨水斗
与传统的雨水斗相比，虹吸雨水斗特别设计了整流器，因而在淹没水深较浅的情况下也能防止旋涡的生成，避免空气被抽吸掺入。有关实验表明，淹没水深为4cm时，虹吸雨水斗就能实现管内不掺气的完全满流状态，而普通雨水斗的淹没水深须达到40m。雨水斗按材质分类有铸铁雨水斗、铸铝雨水斗和不锈钢雨水斗，排出管的管径主要有DN50、DN75和DN100三种规格，其对应的试验排水能力分别为6L/s、12L/s、24L/s，根据工程实践经验，其实际排水能力可以达到试验排水能力的两倍左右。而DN100普通雨水斗的排水能力为15.5L/s，且是相对固定的。下图为国家标准图集（01S302）中的虹吸雨水斗构造详图。
1.2.2悬吊管
悬吊管在虹吸雨水系统中是必不可少的，虹吸现象就在悬吊管与立管的连接处产生，而且悬吊管把多个雨水斗连在一起，节省了立管。因系统中雨水的流动是由负压推动，属于有压流，所以悬吊管不需要设坡度，而且根据计算悬吊管多为DN50和DN75的小管，可以大大节省屋面下的空间。重力流系统的悬吊管多为DN100～DN150，坡度为2%～1%，与其他管道的设置经常产生矛盾。
1.2.3立管
虹吸式屋面雨水排放系统的立管比重力流系统大大减少，因为雨水斗数量少，并且用悬吊管汇集到立管，不过虹吸雨水系统的立管管径较大，须隐藏在管井内。重力流系统多为单斗系统，造成建筑内立管林立，对装修影响很大。
1.2.4管材
压力流雨水排放系统的悬吊管及立管内呈负压和正压交替状态，管内水的流速高，因而对管材的承压能力、接头严密性能要求较高， 一般采用的管材及连接方式如下：
a. 铸铁管 -- 卡箍连接
b. HDPE管 -- 热熔对接
c. 涂塑钢管 -- 螺纹连接
d. 不锈钢管 -- 焊接
重力流系统常用的UPVC管（胶水粘接）无法在压力流雨水排放系统中使用。在塑料管中推荐使用HDPE管，这种管材有良好的物理和化学性能，掺有碳黑的管材显著地提高了防紫外线的能力；管材可热熔连接，方便牢固；异形管件可临时焊制。由于压力流雨水排放系统中既有正压也有负压，对管材有一个限制负压下渗气量的问题，HDPE管负压下的抗渗气性优于其它塑料管材。
2．虹吸式屋面雨水排放系统的技术优势
降雨过程中屋面承接的雨水沿屋面坡向汇集到檐沟和天沟，经雨水斗、悬吊管及立管、排出管排出。从水力学的观点可分为重力流屋面排水系统和压力流屋面排水系统两类。不同的屋面雨水排水系统，采用不同的设计计算方法。此前，我国的屋面排水系统按重力流设计，屋面重力流雨水排水系统采用重力式雨水斗，雨水斗的排水状况是自由堰流，流入雨水斗的雨水掺入空气，形成水气混合流，雨水斗的设计流量小；按重力流计算的悬吊管要求不大于0.8的充满度和大于5%的坡度，因此需要较大的管径和坡降；为了维持连接在同一悬吊管上的各个雨水斗的正常工作，限定连接雨水斗的数量不多于4只，导致雨水立管的根数增加。重力流屋面雨水排水系统受其水力特性的限制，造成排水立管多、管径大、排水能力小，对于大面积工业厂房及公共建筑屋面雨水排水系统则更显突出。虹吸式（压力流）屋面雨水排水系统，采用虹吸式雨水斗，排水能力有很大的提高；在符合水力计算的条件下，接入悬吊管的雨水斗的个数不受限制，因此减少了立管和埋地管的数量；悬吊管不需坡度，安装方便、美观；系统按虹吸流计算，可以减少选用管道的管径，管内流速增加，有利于提高自净能力；由于单一系统的悬吊管长度可达150m，主立管可以靠近外墙，建筑物内可以不需做管道井，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，虹吸式（压力流）屋面雨水排水系统与重力流相比有明显的技术优势。
3．设计步骤
1计算屋面面积；2计算总的降雨量；3布置雨水斗，组成屋面雨水排水管网；4绘制水力计算草图，标注各管段的长度；5估算管径：对水平悬吊管采用悬吊管的总阻力损失值700mbar，除以总等效长度，计算出单位管长的压力损失的估算值，以此选出各管段的管径。立管与排出管管径可采用相应的控制流速初选管径，一般立管可比悬吊管最大直径小一号；6进行第一次水力计算，计算结果若已满足本文第5章的要求，则可按计算结果绘成正式图纸；7若第一次计算不满足本文第5章的要求，则应对系统重新布置，然后再次进行水力计算，直至满足为止，按最后结果绘制图纸。
4．虹吸式屋面雨水排放系统水力计算要点
水力计算的目的是充分利用系统提供的可利用水头，减小管径，降低造价；使系统各节点由不同支路计算的压力差限定在一定的范围内；保证系统安全、可靠、正常地工作。
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