虹吸排水教程

大纲

一、 前言

建筑雨水排水系统

建筑雨水排水系统是建筑物给排水系统的重要组成部分，它的任务是及时排除降落在建筑物屋面的雨水、雪水，避免形成屋顶积水对屋顶造成威胁，或造成雨水溢流、屋顶漏水等水患事故，以保证人们正常生活和生产活动。

建筑雨水排水系统的分类

根据不同的分类标准，雨水系统有不同的类别：

1）屋面雨水系统按照管道的设置位置不同可分为：外排水系统和内排水系统。 外排水是指屋面不设雨水斗，建筑物内部没有雨水管道的雨水排放方式。

2）按照屋面有无天沟可以分为檐沟外排水和天沟外排水

3）根据系统是否与大气相通分为密闭系统和敞开系统

4）按雨水中水流的设计流态可分为重力半有压流雨水系统、重力无压流雨水系统和压力流雨水系统（虹吸式雨水系统）

5）根据立连接雨水斗的个数分为单斗、多斗雨水排水系统

二、术 语

2.0.1 虹吸式屋面雨水排水系统 siphonic drainage systems of

roof

按虹吸满管压力流原理设计、管道内雨水的流速、压力等可有 效控制和平衡的屋面雨水排水系统。一般由虹吸式雨水斗、管材

(连接管、悬吊管、立管、排出管)、管件、固定件组成。

2.0.2 虹吸满管压力流 full-bore flow

水充满管道(可有适量掺气)、水流运动可用不可压缩流体的

伯努利(Bernoulli)方程描述、管道中有明显负压的一种流态。

2.0.3 虹吸式雨水斗 siphonic roof outlet

用于虹吸式屋面雨水排水系统的雨水斗。它具有气水分离、

防涡流等功能。其斗前水深可有效控制，当斗前水位稳定达到设

计水深时，系统内形成虹吸满管压力流。

2.0.4 连接管 spigot pipe

虹吸式雨水斗至悬吊管间的连接短管(又称尾管)。通过改变

连接管的管径、长度，可调节雨水斗的进水量和系统的阻力。

2,0.5 悬吊管 hanged pipe

悬吊在屋架、楼板和梁下或架空在柱上的雨水横管。

2.0.6 溢流口 overflow

当降雨量超过系统设计排水能力时，用来溢水的孔口或装置。

2.0.7 溢流系统 overflow systems

排除超过设计重现期雨量的雨水系统。溢流系统可以是重力

系统或虹吸系统。溢流系统不得与其他系统合用

2.0.8 固定件 fastening system

用于固定水平管和立管的装置。固定件具有吸收管道振动、

限制管道因热胀冷缩导致的位移、避免管道因悬挂受力而变形，以

及不影响管道水平受力等作用

2.0.9 过渡段 transition section

水流流态由虹吸满管压力流向重力流过渡的管段。过渡段设

置在系统的排出管上，为虹吸式屋面雨水排水系统水力计算的终

点。在过渡段通常将系统的管径放大。

二、 虹吸排水的发展史 虹吸排水起源于欧洲国家，从20世纪60年代起步，发展到现在已经有已

有四十多年的发展历程。一九六八年（Olavi- Ebeling博士）在欧洲首次提出了利用虹吸原理排水的新概念。一九七二年欧洲建成了第一个商业化的虹吸式屋面雨水排放系统。从而实现了屋面雨水排放技术方面的重大突破。而我国直到90年代初才从德国引进。经过十几年大量的试验和深入的研究，我国已经成功的研制出完善的压力流（虹吸）屋面雨水排放系统。

三、 虹吸排水的应用领域

自从上个世纪九十年代初期国内建筑业便开始采用虹吸（屋面雨水）排水系统。特别是在一批大型项目，如厂房、机场、体育馆、展览馆等建筑中的实践应用均取得良好的排水效果，而且至今系统运行良好。

四、 虹吸排水的内容

1、 虹吸排水的原理及特点

（1） 原理

虹吸式排水系统在降雨初期，屋面雨水高度未超过雨水斗高度时，整个排水系统工作状况与重力排水系统相同。

随着降雨的持续，当屋面雨水高度超过雨水斗高度时由于采用了科学设计的防漩涡雨水斗，通过控制进入雨水斗的雨水流量和调整流态减少漩涡，从而极大地减少了雨水进入排水系统时所夹带的空气量，使得系统中排水管道呈满流状

态，利用建筑物屋面的高度和雨水所具有的势能，在雨水连续流经过雨水悬吊管转入雨水立管跌落时形成虹吸作用，并在该处管道内呈最大负压。屋面雨水在管道内负压的抽吸作用下以较高的流速被排至室外。

（2） 特点

虹形成虹吸式屋面雨水排放的前提条件是：必须具备拥有良好气水分离装置雨水斗。在设计降雨强度下，雨水斗不掺入空气，降雨过程中利用雨水斗与出户管之间的高差所形成的压差，经屋面内排水系统，从户外排除管排出。在这一过程中，排水管道中是全充满的满管压力流状态，屋面雨水的排放过程是一个在虹吸作用的结果。因此，把这样的系统称为虹吸式屋面雨水排放系统。

虹吸式雨水排放系统管内压力和水的流动状态是不断变化的过程。

降雨初期，雨量一般较小，悬吊管内是一有自由液面的波浪流（水舌流）。根据雨量大小的不同，部分情况下初期无法形成虹吸作用，是以重力流为主的流态。随着降雨量的增加，管内逐渐呈现脉动流，拔拉流，进而出现满管气泡流和满管汽水混合流，直至出现水的单向流状态。

降雨末期，雨水量减少，雨水斗淹没泄流的斗前水位降低到某一特定值（根据不同的雨水斗产品设计而不同），雨水斗逐渐开始有空气掺入，排水管内的虹吸作用被破坏，排水系统又从虹吸流状态转变为重力流状态。

2、 虹吸排水的构造及各部分的作用

虹吸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。

（1） 雨水斗

一般来说，雨水斗的设计是整个虹吸系统的能否按设计要求工作的关键所在之一，它的稳流性越好，产生虹吸所需的屋面汇水高度越低，总体性能就越优越。 标准型的雨水斗，它是由雨水斗底座（PE材料），碟片（ASA），格栅顶盖(PE)组成。另外根据需要可提供通用型的绝缘底座，固定件，法兰片，焊接片，防火保护帽，微型加热电圈等配件。雨水斗额定流量分12L/s 、25L/s、40L/s、60L/s和72L/s等，最常用的为25L/s和40L/s两种额定流量的雨水斗。

压力流(虹吸式)雨水斗材质为HDPE、铸铁或不锈钢。其各部分有不同的结构功能。雨水斗置于屋面层中，上部盖有进水格栅。降雨过程中，雨水通过格栅盖侧面进入雨水斗，当屋面汇水达到一定高度时，雨水斗内的反涡流装置将阻挡空气从外界进入同时消除涡流状态，使雨水平稳地淹没泄流进入排水管。虹吸式雨水斗最大限度减小了天沟的积水深度，使屋面承受的雨水荷载降至最小，同时提高了雨水斗的额定流量。目前比较领先的产品，完全可以做到部分通用。它的最大优点在于对于不同功能及材料的屋顶系统，产品具有广泛的适用性。换句话说，一种雨水斗通过于相应的配件组合就能适合不同的屋顶，例如：混凝土屋顶，金属屋顶，木屋顶，考虑人行走或绿化的屋顶，屋面不平呈梯形结构的屋顶等。雨水斗是整个虹吸系统的关键部分。对于整个虹吸式屋面雨水排放系统而言，最主要的就是要避免空气通过雨水斗进入整个系统。如果空气直接进入雨水斗，会在管道内形成气团，这样会大大降低系统排水效率，最终和传统重力式排水系统一样。因此，虹吸式屋面雨水排放系统所采用的雨水斗必须具有优化设计的反涡流功能的盖罩，防止空气通过雨水斗入口处的水流带入整个系统，并有助于当斗前水位升高到一定程度时，形成水封完全阻隔空气进入。雨水斗的设计安装也有一

定严格的要求:

（1）雨水斗离墙至少1米。

（2）雨水斗之间距离一般不能大于20米。

（3）平屋顶上如果是沙砾层，雨水斗格栅顶盖周围的沙砾厚度不能大于60mm，最小粒径必须为15mm。

（4）如果雨水斗是安装在檐沟内，且采用焊接件的话，檐沟的宽度至少是350mm，檐沟内的雨水斗安装开口为70mm x 270mm至290mm x 290mm。

（5）如果雨水管是安装在混凝土屋顶面层内，那么屋顶至少有160mm厚。

（6）断面呈连续梯形的屋面雨水斗开口，为安装固定件，尺寸必须是280mm x 280mm，如果开口大于300mm x300mm，屋顶则需加固。

（7）如果屋顶是混凝土的，雨水斗下连的雨水管管径至少是35mm (用电焊管箍连接件连接)，与此对应的屋顶厚度是180mm至190mm。

（8）带隔离层的屋顶隔离层厚度至少40mm。如果隔离层厚于180mm，雨水斗的底座必需延伸至能与管径56mm的连接管相连的恰当长度。

（2） 系统管道

管道作为虹吸式屋面雨水排放系统最主要的部分，必须确保系统安全可靠，高效持续的运行。虹吸式系统作为一个特殊的排水系统，其管道必须保证完全的密封性和完备的防火措施，并且做到尽可能降低噪声，吸收震动，抗击冲击外力，最大程度满足抗温度变化引起的形变。管道的完全抗渗漏并不意味着系统密封性得到满足。一般情况下，对于抗渗漏的要求是允许发生小范围的渗漏，只要有补救措施即可。但是虹吸系统一旦发生渗漏，并不易发现。当突然出现暴雨的降雨强度，则可能立即造成整个系统崩溃。进而因为屋面雨水无法及时排放，超过屋面可负荷的荷载强度，引起屋面坍塌。当然，微小的不密封并不一定会造成渗漏，但是足以造成漏气，一旦排水管道内出现气团，虹吸式排水的效率马上大大降低，严重的甚至会破坏虹吸作用。由于虹吸系统是利用负压排水的，因此管道的管壁必须具备相当的承压能力。但是也不是完全的刚性体。因为虹吸系统的负压一般不大于-0.08Mpa。过大的负压会导致管内水流流速过快，发生气蚀现象，对于金属管道或者是金属质地的连接处产生极大的伤害（-0.09Mpa已经接近气蚀的临界值）。同时负压过高也会给系统带来极大的震动，减少系统的使用寿命。

A 附录：气蚀

定义： 如果气穴产生过程发生在金属零件内壁附近，这些零件的内表面由于受到局部液压撞击的长期作用而出现撞击坑疤的腐蚀过程。

疲劳破坏

当液体在与固体表面接触处的压力低于它的蒸汽压力时，将在固体表面附近形成气泡。另外，溶解在液体中的气体也可能析出而形成气泡。随后，当气泡流动到液体压力超过气泡压力的地方时，气泡变溃灭，在溃灭瞬时产生极大的冲击力和高温。固体表面经受这种冲击力的多次反复作用，材

料发生疲劳脱落，使表面出现小凹坑，进而发展成海绵状。严重的其实可在表面形成大片的凹坑，深度可达20mm。

气蚀的机理

气蚀的机理是由于冲击应力造成的表面疲劳破坏，但液体的化学和电化学作用加速了气蚀的破坏过程。

减少气蚀的有效措施是防止气泡的产生。首先应使在液体中运动的表面具有流线形，避免在局部地方出现涡流，因为涡流区压力低，容易产生气泡。此外，应当减少液体中的含气量和液体流动中的扰动，也将限制气泡的形成。

选择适当的材料能够提高抗气蚀能力。通常强度和韧性高的金属材料具有较好的抗气蚀性能，提高材料的抗腐蚀性也将减少气蚀破坏。

气蚀的危害

1、产生振动和噪声。气泡溃灭时，液体质点互相撞击，同时也撞击金属表面，产生各种频率的噪声，严重时可听见泵内有“劈啪”的爆炸声，同时引起机组振动。

2、降低泵的性能。汽蚀产生了大量的气泡，堵塞了流道，破坏了泵内液体的连续流动，使泵的流量、扬程和效率明显下降。

3、破坏过流部件。因机械剥蚀和电化学腐蚀的作用，使金属材料发生破坏，通常受汽蚀破坏的部位多在叶轮出口附近和排液室进口附近。汽蚀初期，表现为金属表面出现麻点，继而表面呈现海绵状、沟槽状、蜂窝状、鱼鳞状等痕迹；严重时可造成叶片或前后盖板穿孔、甚至叶轮破裂，酿成严重事故。

HDPE管材具有的优势在后面将会做专门的讲解。

（3） 辅助的固定系统

安装固定系统的主要功能是辅助安装与固定管道。虹吸式雨水管道系统的固定装置包括与管道平行的方形钢导轨，管道与方形钢导轨间的连接管卡(根据不同的管径，每隔0.8至1.6米布置管卡)，用于固定钢导轨的吊架及镀锌角。安装固定系统还包括管卡配件，这些配件可以固定管道的轴向，利用锚固管卡安装在管道的固定点。气水混合流的排水过程中，有一个非常重要的要求，是关于在系统各部位内负压的限制，规定负压不得低于-0.8公斤。其原因在于，当负压在-0.92公斤左右时，系统内的气泡会在压力的作用下破裂，使整个管道说系统产生剧烈振动。 因此，为保证系统的正常运行，管道振动的危害是一个不容忽视的问题。如果振动不加以防范，可能会影响减少建筑结构的使用寿命，也可能会导致整个系统的破坏。安装固定系统的主要功能之一是吸收这些振动，从而避免振动对建筑结构产生影响。由于温度的变化，管道必然会发生热胀冷缩的现象。在系统内部形成拉力或压力，对于管道连接处形成作用。

安装固定系统可以防止在刚性安装的排放系统中，由于热胀冷缩受到阻隔而产生

的力会对建筑结构的破坏，吸收热胀冷缩导致的管道位移。同时，还可以避免管道因为悬挂受力而变形。

无论是系统震动带来的外力，还是热胀冷缩引起的内力，甚至是悬挂管道承受的重力，都由连接件传至方形导轨，避免引起系统的变化，减少对于建筑结构的影响。

固定系统除了可以起到固定管道，转移管道受力的作用，还有助于增加屋面到水平管的间距，而不影响管道的水平受力。

总而言之，固定系统虽然是虹吸式雨水排放系统的辅助部分，却起到至关重要的保护的作用。

在整个降雨过程中，随着降雨量的增加或减小，悬吊管内的压力和水流状态会出现反复变化的情况。

与悬吊管相似，立管内的水流状态也会从附壁流逐渐向气泡流，气水浮化流过渡，最终在虹吸作用形成的时候，出现接近单向流的状态。

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。

3、 虹吸排水的优越性

这是目前国际上最先进的虹吸技术。该技术采用强制虹吸式雨水斗，斗前水深较潜。计算流态为汽水混合流，考虑渗气因素，因此与实际情况极为接近。悬吊为水平安装，采用全系统压力平衡计算，一般为计算机软件计算。管材材质，粗糙度和管件的当量长度是计算重点所在。虹吸会在一定瞬间激发。该技术对系统的整体性及计算精度有很高的要求。而计算精度又与大量的实验及工程经验数据有直接关系。该系统产生虹吸的效率很高，系统对屋面的负荷要求较小。系统工作稳定性高，系统寿命可以充分保障。属于成熟的虹吸技术。虹吸式排水系统是利用能够隔绝空气的虹吸式雨水斗和高精度管材、管件，通过利用建筑物的势能，雨水通过密封的管道系统形成满管流，在立管处跌落将层面的雨水迅速排放的新型排放系统，产生虹吸作用。

屋面雨水虹吸排水系统具有很大的推广价值。在现代建筑中，科学技术的发展、新型材料的应用，人们对建筑的实用性、美观性的要求越来越高。因此，虹吸屋面雨水排水系统具有广泛的发展前景和空间。特别是在厂房、机场、体育馆、展览馆、高层裙房等跨度大，结构复杂的屋面，它不仅能够解决一些传统重力式排水系统无法做到的设计难点，而且在节省管材和施工量上有着传统无法比拟的优点。

虹吸系统的优势.

1、比重力系统管径小1/2至2/3.

2、横管不需要坡度.

3、屋面雨水斗布点灵活.

4、可减少与减小屋面预留洞要求.

5、管道走向灵活可根据各种设计要求设置.

6、管道材料可灵活选配.

7、可控制屋面和天沟中的水深.

8、水流速度快具有自洁管道功能

4、 虹吸排水的管材特点

（1） HDPE管与PVC及铸铁管相比较

1》 由碳水化合物组成，对人体及动植物无害。使用周期长，焚烧后不产生有

害物质（如PVC焚烧后会产生盐酸），生产及运输过程中比铸铁管小号更

少的能源。

2》 2.1排水管表面光滑，排水能力是铸铁管的1。5倍；

HDPE 0.0015~0.015mm；新铸铁管 0.2~0.3；

旧铸铁管 0.5~1.6。

2.2相同管径坡度，HDPE管排水能力远远高于铸铁管。

坡度：i=0.025，充满度：h/d=0.5时：

铸铁管Dn50=0.64L/s，Dn75=1.9，Dn100=4.08；

HDPE管Dn50=1.32L/s，Dn90=3.59，Dn110=6.12。

高。）

3》 HDPE排水重量轻、强度高，满足现代建筑要求。

如：HDPE 50*3.0 0.453kg/m；75*3.0 0.7kg/m；

铸铁管 50 5.75kg/m； 75 9.16kg/m；

4》 热熔连接，安全可靠。

各种管材在某一相同测试条件下，HDPE属于弹性材料，弹性模量低，密度小，能最大限度避免噪音，防止噪音传播。

6》 HDPE排水管抗冲击性能好，安全性高，可保证放心使用50年。

6.1 HDPE排水管抗冲击性能远好于PVC。HDPE属于柔性材料，在GB/T标准中无抗冲击性能检测的要求。HDPE管断裂伸长率大于350%，最高可用于240m建筑中。

HDPE管能够使用在0.6Mp的压力下，也可用于有压排水中。

PVC管非常脆，在正负压的反复作用下易产生疲劳破损。（在高层建筑中更为明显）

6.2施工安全性高

施工现场意外撞击、摔打，对HDPE排水管的影响较小，在低温下搬运、施工不易破损，也不会留下隐患。

一般的PVC排水管在常温下，尤其在低温下，非常容易破损，在施工中必然留下隐患，给用户和施工单位都带来巨大的损失。

对北京、上海、重庆、广州、哈尔滨等城市的排水管使用状况调查显示：约35%的业主反映排水管存在漏水问题，绝大多数是PVC管。

（2） HDPE管材的优良特性

HDPE管材的优势

承压性能良好，管壁在外荷载作用下，不会破裂。能抵抗冲击压力，减少水锤冲击破坏，保证系统的安全运行，维持虹作用的负压。

管道连接方式方便灵活。管道可根据需要，采用不同的连接方法，如：对焊、电焊管箍连接、法兰连接、螺纹连接、伸缩管接头等。HDPE还可以和钢管，铸铁管，陶瓷管等其它管材的管道连接。只需通过专门的加热电焊机就可以进行操作。 HDPE管道是在热力条件下生产的，材料本身的张力在制造过程中已消减，所以成品以后可能产生的尺寸微变不会有任何危害，将热胀冷缩引起的危害降至最小。从物理和化学性质上看，HDPE管道的防腐能力极强，不受各种酸、碱、盐所引起的电化学反应的影响。HDPE管道比金属管更耐磨损。抗极端温度在 – 400c ～1000c。管子重量轻，施工方便，可以事先预制，安装工效大大提高。

HDPE管作为一种新型的节能管材，从我国目前建筑行业住宅产业化，设计标准化，材料集约化，建筑生产施工工厂化，管理科学化的发展趋势来看，是有很大的发展潜力。

（1）运输方便

HDPE密度低，重量轻，耐久性能好，便于运输及施工安装。

（2）抗寒性

HDPE满管水结冰的情况下会随着弹性伸缩，冰融化后恢复原状，避免了低温结冰对管子的破坏。

(3)曲绕性

HDPE具有良好的柔韧性，可蠕变。在穿越伸缩缝或受外力震动影响时，管子能随震动偏移，不会遭到破坏。

导热系数低

HDPE导热系数低，间歇性的热水排放不会影响建筑内环境温度。

抗磨损性

HDPE有很好的柔韧性，具有良好的抗磨损性。

抗热性

HDPE在80度高温通水使用中，在不受外力干扰下，可以安全的使用，并且能在较短时间内承受100度水温。

抗冲击、挤压

HDPE管具有良好的抗冲击性能，避免在低温下被撞击而破损，能够长期在正负压力作用下安全使用。在暗装时，如有硬物作用于管材，HDPE能够通过蠕变消除应力集中，避免开裂造成漏水。

防结露

HDPE导热系数为0.43w/mk，属于不良导热体，较金属、PVC管不易结露，避免污染了建筑装饰。牢固性

HDPE焊接牢固，焊缝强度等于或大于管材强度，暗装安全可靠。

低噪音

HDPE是软性材料，弹性模量低，产生的噪音小，提供了好的居家、办公环境。

抗化学性

HDPE是惰性材料，不易与其他物质发生化学反应。

抗阳光辐射

HDPE管材含有炭黑，黑色材料能够抵抗紫外线，祈祷抗老化、脆化作用。 防堵塞

HDPE管材内壁光滑，水利条件好，流量大，不会产生沉积现象。

非毒性

HDPE无毒无味，卫生安全可靠，可用于食品生产线和饮用水管道。燃烧后产生二氧化碳和水，不会产生有害气体。

5、 虹吸排水的设计及技术规范

虹吸设计

虹吸系统的反方案设计包括两个方面：

方案初步设计

系统深化校核

方案初步设计

虹吸系统的初步设计主要包括暴雨强度、汇水面积、雨水斗型号及数量等的确定和雨水斗、管道的布置。

1）暴雨强度

在选择暴雨强度和重现期时要考虑建筑物用途和其重要性等等因数，并结合《建筑给排水设计规范》来确定，虹吸系统的重现期不应小于规范要求。一般虹吸系统的暴雨重现期不小于当地5年，取10年居多，也会因建筑物要求适当增高。因一些地区暴雨强度有两个或更多的计算公式，设计时最好有相应设计师提供的具体数据，保证设计取值准确。

没有溢流的雨水系统是不安全的。溢流的功能主要是雨水系统事故排水和超量雨水的排除。建筑物的溢流可以以溢流口或溢流系统的方式设置。溢流口是在天沟或其他集水区域的侧墙上一定高度设置的排水口；溢流系统又可以分为重力式和虹吸式。溢流口或溢流系统应设置在溢流时雨水能通畅流达的场所，溢流口或溢流装置的设置高度应根据建筑屋面允许的最高溢流水位等因素确定，最高溢流水位应低于建筑屋面允许的最大积水深度，没有具体要求时，将溢流系统或溢流口的进水最低点设在天沟最低点以上100mm至150mm位置。

溢流重现期选择一般是与虹吸系统相结合的。如：一般要求虹吸系统及溢流的总排水能力不低于当地50年重现期。欧洲国家VDI协会设计规范认为，屋面溢流装置必须能够满足百年一遇的降雨强度下 时的雨水流量进行校核。溢流系统的暴雨强度就是总的暴雨强度减去相应的虹吸系统暴雨强度，因为50年的暴雨强度比10年的暴雨强度一般相差不会超过10年暴雨强度的一半，这样就使溢流的暴雨强度比虹吸的暴雨强度小很多，响应的流量负荷也小很多，我们可以在天沟两端或在天沟中间位置设置溢流系统或溢流口。

2）汇水面积

汇水面积计算是方案初步设计的关键，汇水面积准确才能保证系统正常的工作和建筑的安全，汇水面积是汇集的降雨最终可以排放到计算天沟里的全部面积。 应根据建筑图纸及相关资料计算屋面汇水面积。屋面汇水面积计算的一般要求：

1、一般坡屋面按水平投影面积计算；

2、高出汇水面的侧墙，应将侧墙面积的1/2折算为汇水面积。同一汇水区内高出的侧墙多于一面时，按有效受水侧墙面积的1/2折算入汇水面积；

3、高层建筑裙房屋面，应附加其高出部分侧墙面积的1/2；

4、半球形屋面或斜坡较大的屋面，其汇水面积等于屋面的水平投影面积与竖向投影面积的1/2相加之和。

不同地区的暴雨强度因气候及降雨差异数值也是不同的，各地有各自的公式

参数。现在有很多共享软件可以计算各地所需的雨水暴雨强度数值，简化计算步骤、减少计算时间。

3）雨水斗

流量计算完成后，就要确定雨水斗的数量及型号。

雨水斗数量及型号的决定因数不只取决于总汇水量，还要满足天沟中相邻两雨水斗间距不大于20m，雨水斗的数量要满足最大的一个因素要求。

按要求取数值较大的。

为雨水斗数量，因此取值为整数，计算时不足整数部分进1。

雨水斗数量确定后就可以确定相应雨水斗的流量，单斗流量小于 时采用 额定流量的雨水斗，单斗流量大于 而又小于 时采用额定流量为 的雨水斗。这两种额定流量的雨水斗使用居多，虹吸系统中过大流量和过小流量的雨水斗都会造成浪费，过大流量斗会相应的使管道管径增大，过小流量则会增加雨水斗的数量。

4）系统布置

根据所计算的有关数据，确定雨水斗的数量和分布位置，在图纸上绘制雨水斗位置和管道系统的布置设计，除了在建筑平面图纸上布置雨水斗和管道，还要进行系统的设计。

系统设计应符合有关规范规定并具备以下要求：

1、当连接有多个虹吸式雨水斗时，雨水斗宜与雨水立管做对称布置，以减少管道用量；雨水斗的排水连接管应连接在悬吊横管上，不得直接接在雨水立管的顶部。

2、虹吸式雨水斗应设置在每个汇水区域屋面的最低点或天沟内的最低点。

3、每个汇水区域的雨水斗数量不宜少于2个。

4、2个雨水斗之间的距离不宜大于20m。

5、设置在裙房屋面上的雨水斗距裙房与塔楼交界处的距离不应小于1m，且不大于10m。

6、对于汇水面条中大于5000 m2的大型屋面，宜设置不少于2组独立的虹吸排

水系统。

在进行初步的图纸设计时应与设计院相关的设计人员沟通、协调以免与其他专业产生冲突。 需要注意的是，管道布置根据不同的工程有不同的要求，可能在柱边，也可能有固定的管道井，严格按要求来布置的。立管位置宜布置在距离雨水井较近的位置，这样可以减少埋地管道的长度和相应的施工量。

系统深化校核 系统深化校核即为系统的水力计算，主要目的是确定系统的管道管径和系统

的充满度。 虹吸系统的管道管径是虹吸现象产生的基础，系统的水力计算，应包括对系统中每一管路水力工况的精确计算。计算结果应包括设计暴雨强度，汇水面积、设计雨水流量、每一计算管从段的管径，计算长度、流量、流速压力等。

随着计算机技术的发展进步和对虹吸排水系统水力的精确度的更高要求，这

部分工作都由厂商开发的专业设计软件完成。但在中国国内厂商开发的软件还没有得到权威的认证，计算结果不能确保完全准确。得到人证达到标准的计算软件大都是欧洲的厂商所开发的，至今为止流传至国内并可以准确应用的不超过两家。 在系统水力计算时要注意管道内的压力值和雨水流速：根据管道的呈压能力负压一般不得低于 ，雨水流速横管控制在 立管流速在 。

系统深化时要注意充满度的选取，一般情况下60%的充满度就可以形成虹

吸，但速度相对很慢，影延长虹吸形成时间，使屋面雨水排除不及时，我们选择充满度时宜在80%以上的。

虹吸排水系统水力计算思路可分以下步骤：

1、计算各斗汇水面内的设计雨水量；

2、计算系统的总 （最不利点雨水斗至过渡段长度）；

3、确定系统的计算当量 来估算;

4 ，

5、 ，注意流速

应不小于1m/s；

6、检查系统高度和立管管径的关系是否满足要求；

7、精确计算管道计算长度 （直线+配件当量长）；

8、计算系统的压力降(即总水头损矢) ，有多个计算管段时逐段累计；

9、检查是否满足 ；

10符合要求，应调整管径；

11

虹吸排水系统的水力计算应符合下列规定及要求：

1、虹吸式雨水斗应采用径检测合格的产品，应有权威机构测试提供的水力参数。雨水斗的排水能力应满足设计雨水量的要求。

2、雨水斗进水口至过渡段的几何高差 减去系统的压力降（总水头损失），应大于过渡段流速水头。

3 小于 ，且不得大于 。

4、系统中各斗到过渡段的水头损失允许误差应小于 ，如果超出允许范围应调整管径重新算，同时各节点的压力差值不大于 或 。

5小工作压力等确定。金属管最大负压绝对值应小于 ；塑料管视产品的力学性能而定，但不得大于 。如管道水力计算中负压超出以上规定值应调整管径重算。

6、系统高度和立管管径的关系应满足：在立管管径不大于DN75时，宜大于3m；在立管管径不小于DN90时，宜大于5m。如不满足，可增加立管根数，减小管径。

7 1m时，应校核雨水斗在系统中形成虹吸的最小流量（L/S），并应大于1.1倍的在单斗、单立管系统中形成虹吸的最小流量。

8、虹吸排水系统过渡段下游的流速应控制在 以内，当流速大于 时应采取消能措施。

9当缺少管配件的实验数据时，可采用公式估算。

式中：

—

—局部阻力系数

—流速

—重力加速度

从虹吸系统至过渡段的转换宜按估算。雨水斗的值应由产品供应商提供，缺

少资料时可按估算。

计算机软件系统设计水力计算，在各项系统水力校核工作完成后输出水力计

算书和系统轴测图方案等完成虹吸排水的系统深化校核。

虹吸系统设计的两个方面都很重要，初步设计决定了雨水的正常排放；深化

校核决定了系统是否可以形成虹吸和形成虹吸的时间。初步设计一般是虹吸专业设计单位配合设计院完成，深化校核主要以虹吸专业设计单位为主来完成。在深化设计时还要结合各品牌材料的物理和化学性质来完成，不同厂商根据生产的材料和软件系统计算出的系统结果之间也可能有差异，所以不同的设计软件适用于不同管道品牌，他们之间不一定通用，保证系统安全应使用相应的品牌软件来进行计算。

软件计算

现在国内的北京泰宁，国外的吉博力，瓦文，以及其他的虹吸排水系统提供商，应用专业的计算软件，可以通过输入数据，直接输出系统图，材料表，并且有些已经实现了三维的计算输出。走在了行业的前列。

虹吸排水系统安装

虹吸系统安装准备工作

首先应了解建筑物的结构，土建及其它工种的施工进度，并根据设计的施工

图纸和相关技术文件资料，制定“虹吸屋面雨水排放系统施工组织设计方案”及 “施工进度计划”。其内容编制应包括以下几点：工程概况/ 编制的依据和目的/ 施工工艺和施工方法/ 安全生产措施/ 保证质量措施/ 施工顺序/ 劳动力用量计划和机械（机具）用量计划/ 施工进度计划工作的编制。可根据工程的开工、竣工

时间及总工期的要求，屋面排水单项工程的施工顺序，各分区或分段工序持续的时间及其各分段工序的搭接关系等做出安排，在这个基础上制订施工进度计划和进度计划表。

计算工程材料用量、机械（机具）用量和劳动力用量计划，并组织进场，以

保证正常施工。然后应组织施工人员进场登记注册，员工必须提供身份明和技术操作证明等，复印件留底存档。开始对所有施工人员进行安全生产技术交底，交底人和受交底人应在“安全技术交底”文件上签字存档。安装前还必须组织施工人员进行“虹吸排水系统安装技术培训”。安装技术内容有：系统的组成/ 系统材料的施工工艺和操作规程/ 系统安装的技术质量要求和工程验收规范的要求等。系统安装材料进场后，必须自行检验做好记录和收集产品合格证明文件等，并报项目监理机构验收。

雨水斗安装

虹吸式雨水斗的组成部件一般有：防叶罩/ 反旋涡装置/ 斗体/ 安装片等。斗

体材质有：铸铁/ 铝合金/ 不锈钢/ 高密度聚乙烯（HDPE）/ 聚丙烯（PP）等。安装前应根据系统设计的斗体位置和形状、规格、尺寸，配合土建做好预留工作。钢质天沟可采用等离子或其它有效切割方式直接取孔。如遇复合材料屋面，直接在屋面上安装的，屋面材料需在工厂预制生产且施工现场开挖取孔会对其结构产生破坏的结果，须由设计单位向屋面材料供应商，提供详细的屋面斗体安装数量，位置尺寸及斗体形状、规格尺寸等资料。

雨水斗的安装顺序：

 斗体安装

 反旋涡装置安装

 防叶罩安装

 其它辅助部件安装

斗体在与建筑屋面板或混凝土天沟的连接，其安装的可靠性应牢固，连接必

须紧密，并配合屋面防水施工。斗体应安装在适当找坡的混凝土或其它复板材料屋面的坡底或天沟内。斗体的固定可采用将斗体临时固定在预留孔内，在斗体的周围浇灌混凝土或其它可将斗体与屋面板有效连接的材料凝固。有带安装片的雨水斗，可将斗体置入预留孔内，使安装片紧密的贴在屋面上，用螺栓植入屋面板

内将其固定或采用钢钉锚固植入板内固定，这样的安装方式必须能保证雨水斗固定牢固，否则应有其他固定措施。斗体固定牢固后应配合屋面防水施工和屋面隔热层及保护面层施工。防水施工必须保证防水材料与斗体可靠粘接，斗体边缘连接密闭，不渗不漏；屋面隔热层、保护层施工应在雨水斗周围留出能保证雨水斗均匀进水的空间范围。对于钢质天沟内安装的斗体，在取孔后可直接采用电弧焊机焊接，也可采用雨水斗与天面钢板法兰夹接，无论哪种连接方式都要确保安装紧密，不渗不漏。施工完成后天沟内或屋面上应做闭水试验，以检验安装后防水效果。

雨水斗安装的注意事项：

;

雨水斗各部件应按说明要求的顺序进行安装

斗体的安装应保证固定牢固

雨水斗进水口应采取临时封堵措施，临时封堵应不漏水，以防止施工中突遇雨期屋面雨水直接流入室内或流入施工中的管道内选择几个靠近外墙面的雨水斗，连接临时管道出外墙面，作为施工临时屋面排水措施 系统管道安装 用于虹吸屋面雨水排放系统安装的管道材料有：高密度聚乙烯（HDPE）/ 钢管（镀锌钢管，涂塑钢管）/ 不锈钢管/ 铸铁管等。系统一般由：雨水斗/ 连接管/ 悬吊管/ 立管/ 排出管（埋地管）/ 管件配件和管道固定系统固定件等构成。在应用中系统材料不同，其水力特性也相对不同。系统组件，管道固定件安装的准确度都会对设计系统水力产生影响，为保证系统水力计算精度的应用，使水力计算结果与系统的实际水工况相一致，在施工过程中应尽量减少误差，严格按照设计各项指标要求进行安装。

在虹吸屋面雨水排放系统中，高密度聚乙烯（HDPE）管材具有卓越的理化性能和耐腐蚀性能，与金属管材相比，HDPE管同样具有一定的强度、钢度、柔韧性、搞冲击性、耐磨性、耐腐蚀性等。国外的使用经验表明，HDPE管连接方便、可靠施工简单维修少，使用寿命长、经济优势明显，因此，较多的虹吸供应商选择了HDPE管材，并开发了配套组件和特别适合HDPE管固定安装的管道固定系统和固定件。

高密度聚乙烯管材（HDPE）的连接工艺。在虹吸屋面雨水排放系统应用中，HDPE管连接可采用对口热熔连接和电焊管箍连接。绝不可采用粘接口连接。热熔连接多用于预制管段，首先将管道放在专用焊接设备的夹具上对齐，使两段管道的中心轴线保持在同一直线上，如管口有偏差应调平夹牢，清除管端的杂质，使用管口创刀或管道切割机具创切，管口应垂直于管中心轴线，移动管道对齐应使两段管道管端平整，紧密无间隙，然后用电加热板进行加热，加热时间应控制得当，可根据管道的壁厚和不同季节环境温度的影响适当调整，并观察管端加热时管口的软化、膨胀情况，当管端软化程度与管壁厚一半相当，管口膨胀高度相当于管壁厚的1/4时，即可撤除电加热盘，（注意加热时不可对管道加压）电加热盘撤除后应立即将两管道段靠紧、施加压力，使熔融表面连成一体，此时两管端表面会外翻，外翻半径到相当于管壁厚一半即可。施加压力应保持到接口自然冷却，绝不能采用浇水或其它快速冷却方式。电焊管箍连接，此方式多用于预制完成的管段在排水管道系统中的连接，具体操作如下：对接的两管道管口应创切平整，对口无间隙或在允许的微小间隙范围内，管道端部表面就清洁无杂质，可使用细砂布磨刷。套入电热熔套管前须用色笔作记号，记号应标明电热熔套管套入的深度以确保两段管道紧密连接，套紧后用电熔焊机加入电流焊接。焊接时管道内应干燥，绝不能有水滴溢出。电热熔焊接过程由电熔焊设备自动控制，但焊接完后应观察电热熔套管表面变形是否过大，一般允许有规则的围绕套管边缘少许凹陷，如遇变形严重应切除，并重新处理。 管段的预制。对于预制的管段长度不宜超过10m，以便于施工安装。预制管

应根据施工现场实测的尺寸要求进行加工，系统中悬吊横管预制应将雨水斗连接管一起预制以方便面安装。预制过程中，雨水斗之间距离应换算成所应用的管道长度和管配件长度尺寸，制作过程因个人的施工经验而定，预制完成的管段安装时应保证雨水斗连接管均保持垂直度。

HDPE 管道固定件由各种规格，型号的管卡，安装在墙上或承重结构上的安装片，以及连接管卡与安装片的螺纹杆组成。固定系统是由方钢、方钢连接件、方钢吊卡，螺纹杆，承重结构上安装的安装片以及方钢与HDPE管道连接的各种规格型号的管卡，和其它五金配件。安装片的固定一般采用膨胀螺栓植入墙体，柱内

或承重结构上，在钢结构建筑中可采用焊接，焊接后须在焊接部位作防腐处理。安装时应放线对直，以减少偏差，安装间距应符合各管径管道支架允许最小间距。横管管卡间距一般不大于10倍管径；立管管卡间距一般不大于15倍管径。固定系统的悬挂点安装片间距一般不大于2.5m，连接杆件和管卡应在管管道组装前安装完毕。固定系统的方钢和其他配件应配合悬吊管的组装进行安装，其安装技术要求和具体尺寸要求可参见《虹吸式屋面雨水排水系统技术规程》第五章，第四节的要求进行。高密度聚乙烯管（HDPE）必须设置锚固管卡，锚固点间距为不大于5m。并应在直线管道的首、尾和Y型支管的每个方向上设置，在固定系统的直线方钢中有断开处和方钢的两端也必须设置。 管道安装顺序 一般由先地下部分再安装地上部分管道。如埋地管道先安装再进行立管、悬吊管和雨水斗连接管安装。系统管道可按照设计施工图上标注的规格、型号，并根据现场实测尺寸分段在工作区内预制，再搬移到现场位置安装。埋地管部分的预制安装应将检查口及以下排出管部分一起预制，其长度如超过10m以上，但小于20m，视安装现场敷设难、易程度，确定是否分段预制，埋地开挖深度、宽度应满足施工要求。沟槽底部和管道周围应铺垫细砂，其厚度不小于10公分，与室外雨水井连接的部位应涂刷粘结剂滚砂处理以保证连接可靠性。立管管道安装，立管一般为等径直管无Y型支管连接，预制长度可以适当延长，加快安装速度。如遇安装具体部位穿越楼层较多，而层高又低，无法进行管道预制的情况，可将管道在现场部位采用电焊管箍连接组装，安装时应考虑锚固点的设置。悬吊管的组装，应配合管道固定系统安装。悬吊管预制时可将管道固定系统同时在工作区组装，然后再吊装到现场安装位置上，这种方法在实际的安装过程中可能产生误差的机率较大，为减小误差产生，安装时可分成两个步骤，先将管道固定系统的方钢按设计要求吊装好，布置几个管卡在钢导管上，以便吊装管道时作临时固定，再将悬吊管吊装，然后根据管卡的固定间距逐一安装，完成整个悬吊管系统的组装。HDPE管道的悬吊管部分是配合管道固定系统安装的，管道固定系统的方钢与HDPE管连接应采用导向管卡和锚固管圈配合固定。导向管卡之间设置间距为10倍管径。锚固管圈配合导向管卡使用在每5m间距内必须设置，导管的道、尾端也应设置， 立管与悬吊管连接处及两边必须设置。

悬吊管管段连接一般采用电焊管箍。焊接时应注意管道内是否有积水存在，

在实际的工程施工中经常遇到雨季，屋面的雨水经雨水斗渗漏下来或雨水斗的临时封堵遭破坏，使管内积水。这种情况一般是清除管内积水，重新封堵雨水斗排水口，以保证管内干燥，在实践经验中这样的处理方法有时很难达到要求，可用作闭水试验用的橡胶球封堵有积水一端管道，使积水不再流向连接部位，焊接完成后再取出。系统管道的连接短管与雨水斗的连接应采用电焊管箍连接方式 。 在虹吸屋面雨水排放系统安装过程中，较为特殊的是其提出了无坡度敷设，

并且在国家工程建设标准化协会制定的“虹吸规程”中无明确提出是否设置坡度，或管道排空坡度，实际上在应用中应尽可能的作管道排空坡度（0.003）敷设，在理论上系统排水能力强，流速快，此时管内具有自结能力，这是系统水力产生虹吸时才有的现象，而虹吸排水系统部份的排水时间是在非满流状态运行，而且无坡度敷设的水平悬吊管在施工安装过程中，并不能保证绝对的水平，导致管道产生较小的倒坡存在，局部倒坡管段积水或堆积泥沙和颗粒状物等可能在无雨季时管内干燥时凝固，形成块状物体对系统运行产生影响。且HDPE管材在应用中，必须配合管道固定系统安装，方钢以吸收塑料管热胀冷缩时产生的轴向应力，因为方钢的热膨张等数小于塑料管材，可以减少塑料管材因膨胀过大造成的危害，而在固定系统内，两个锚固点之间热膨胀形变，导致管道在管卡之间变形弯曲，由于重力因素管段向下成弧线形变，再加上环境温度的影响，大空间，大面积屋面的建筑物，多为厂房和重要的建筑物；其生产机械设备所产生的热能，或人流密集型新散发出的热量，均可能在建筑物内产生对流。而排水管道悬吊管敷设的位置恰好接近屋顶，是建筑内空间的最高处，其受空气对流的影响经常性地处于温度较高状态，一般可能超过40℃，这使管道变形的可能性增大，积水和淤泥堆积也就相对严重，对系统的正常运行可能造成的危害增大。因此建议在条件允许的情况下，尽量作管道排空坡度（0.003）敷设，以确保系统的安全运行。 虹吸屋面雨水排放系统中，各种材料的应用，其管道安装技术应符合相关的

“”及《建筑给水排水及采暖工程施工质量验收规范》

GB50242-2002中的有关规定要求进行施工。其系统的设计和施工应符合《虹吸式屋面雨水排水系统技术堆程》CECS183：2005的规定要求。

6、 虹吸排水设计实例

7、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。 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。