虹吸式屋面雨水排放系統(tǒng)應(yīng)用
虹吸雨水排放系統(tǒng)最早應(yīng)用于歐洲，從20世紀(jì)60年代起步，發(fā)展到現(xiàn)在已經(jīng)有近50年的歷史了，而我國直到90年代初才從德國引進(jìn)。經(jīng)過十幾年大量的試驗(yàn)和深入的研究，我國已經(jīng)成功的研制出壓力流(虹吸)屋面雨水排放系統(tǒng)。
虹吸式雨水排放系統(tǒng)適用于工業(yè)廠房、庫房、公共建筑的大型屋面雨水的排放。其關(guān)鍵技術(shù)為不摻氣的新型雨水斗，該種雨水斗采用特殊的構(gòu)造，使雨水在進(jìn)入雨水排放系統(tǒng)前得到整流，最大限度地將空氣隔離在雨水排放系統(tǒng)之外，為系統(tǒng)內(nèi)形成滿管流提供條件。
虹吸雨水的形成過程經(jīng)歷三種流態(tài)，重力流、兩相流、滿管壓力流。在降雨初期，雨水剛剛匯集，斗前水深不大，雨水斗內(nèi)不能有效阻止空氣進(jìn)入，此時(shí)其流態(tài)為非滿管流，氣水逆向流動(dòng)，此階段為重力流。隨暴雨的發(fā)展，雨水越聚越多，斗前水深加大，空氣進(jìn)入的越來越少，管道內(nèi)形成斷斷續(xù)續(xù)的滿管流和摻有氣泡的滿管流——兩相流，當(dāng)斗前水深達(dá)到一定高度，不再有空氣摻入時(shí)，便形成滿管壓力流態(tài)。
通過對(duì)管道的管徑、高差的控制，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)管道內(nèi)雨水的流態(tài)的控制，使系統(tǒng)大部分時(shí)間工作在虹吸壓力滿管流的流態(tài)。使管道內(nèi)滿管流形成一定的負(fù)壓，斗前水面受到管道內(nèi)外壓差的作用，增大了管道的流量，大大增強(qiáng)了雨水系統(tǒng)的排水能力。這便是虹吸式雨水排放系統(tǒng)的工作原理。與傳統(tǒng)雨水系統(tǒng)相比，虹吸雨水系統(tǒng)管徑小，排水量大，立管少，對(duì)建筑立面和空間影響小。
虹吸式雨水排放系統(tǒng)應(yīng)用中應(yīng)注意以下的幾個(gè)問題。首先，斗前水深的控制。斗前水深太小，不能有效地形成虹吸滿管流，系統(tǒng)不能在虹吸狀態(tài)下運(yùn)行，排水能力便不能達(dá)到設(shè)計(jì)要求的狀態(tài)。斗前水深太大，給屋面增加荷載，為結(jié)構(gòu)安全帶來隱患，可能需要提高結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度，而造成工程造價(jià)的提高。尤其對(duì)輕鋼結(jié)構(gòu)的屋面，其承載力需結(jié)構(gòu)工程師校核并相應(yīng)提高，而且對(duì)此種屋面，其天溝與與屋面不能完全密閉，斗前水深過高，可能使雨水通過其間縫隙滲漏至室內(nèi)。在設(shè)計(jì)中必須予以重視，合理控制天溝深度、斗前水深及屋面、天溝的承載力，并設(shè)置必要的溢水系統(tǒng)，防止積水過高，造成危險(xiǎn)。
第二、合理地選取暴雨重現(xiàn)期。重現(xiàn)期選取太大時(shí)，造成管徑偏大，系統(tǒng)大部分工況運(yùn)行于重力流狀態(tài)和兩相流狀態(tài)，排水能力達(dá)不到設(shè)計(jì)要求，而且雨水流速偏小，不能對(duì)管道形成有效的沖刷力，管道容易堵。重現(xiàn)期取值太小，則遇特大暴雨時(shí)，建筑的安全得不到保障。因此應(yīng)根據(jù)工程實(shí)際情況，結(jié)合本地的氣象條件、氣象資料，合理選取暴雨重現(xiàn)期。
第三、管徑的選取必須經(jīng)過水力計(jì)算。要盡可能的控制管道內(nèi)雨水流態(tài)和負(fù)壓值，就必須經(jīng)過嚴(yán)格的水力計(jì)算，合理地確定各段的管徑。目前，國內(nèi)外對(duì)虹吸雨水系統(tǒng)的計(jì)算方法主要有兩種，一種是基于滿流狀態(tài)的伯努力方程，其方法是國內(nèi)水力學(xué)課程的基礎(chǔ)之一，經(jīng)過了科學(xué)的驗(yàn)證。另一種是基于兩相流技術(shù)的計(jì)算，這種方法是建立在生產(chǎn)廠家自己大量試驗(yàn)基礎(chǔ)上的，是半經(jīng)驗(yàn)的計(jì)算方法，是普遍適用，還是只對(duì)廠家自己的產(chǎn)品適用還有待定論。目前只有少數(shù)專業(yè)廠家掌握該項(xiàng)技術(shù)，而一般的設(shè)計(jì)單位缺乏試驗(yàn)的條件，還不能完全掌握此計(jì)算方法。
第四、懸吊管的熱力補(bǔ)償，由于熱脹冷縮作用，懸吊管的漲力需要受到控制，否則會(huì)對(duì)建筑的結(jié)構(gòu)造成威脅。現(xiàn)在大多數(shù)專業(yè)廠家采取用專用的緊固系統(tǒng)，使管道與建筑的結(jié)構(gòu)脫離開來，把大管段漲縮分成若干小管段漲縮，通過緊固系統(tǒng)吸收，從而可以取消伸縮節(jié)，保證虹吸不因管道的縫隙而破壞。
第五、要特別注意管道內(nèi)的震動(dòng)和噪聲問題，由于管道內(nèi)的壓力變化有正有負(fù)，在未達(dá)到滿管虹吸狀態(tài)時(shí)還夾雜有空氣的作用，系統(tǒng)在運(yùn)行中會(huì)有較大的震動(dòng)和噪聲，雖然震動(dòng)可以被緊固系統(tǒng)吸收一小部分，但對(duì)結(jié)構(gòu)的影響不能忽視，應(yīng)提醒相關(guān)專業(yè)在結(jié)構(gòu)計(jì)算中考慮此部分的荷載。而噪聲問題，目前只能采取一定的消聲措施，完全解決的辦法還沒有出現(xiàn)，因此對(duì)于環(huán)境噪聲控制嚴(yán)格的建筑，需要認(rèn)真研究確定系統(tǒng)的方案。
