虹吸雨排原理及优缺点分析

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。