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摘要：由于近几年建筑技术的飞速发展，使得人们对大面积、大容量、大空间的建筑需求量越来越大。屋面排水随着建筑技术的发展也在不断的进步，对屋面排水系统的技术要求也越来越高、越严格，传统的排水技术已经不能满足人们对于现代建筑屋面排水的要求。而压力流（虹吸式）屋面雨水排水系统的应用必将是大势所趋。
关键词：虹吸式屋面排水系统；设计要点；原理；雨水斗
Abstract: in recent years due to the rapid development of construction technology, allowing people to large area, large capacity, large space building demand is more and more big. Roof drainage along with the development of construction technology is also in constant progress, the roof drainage system technical requirements also more and more high, the more strict, traditional drainage technique can not satisfy people for modern building roof drainage requirements. And pressure flow (siphon) roof rainwater drainage system application will be the trend of The Times.
Keywords: siphon roof drainage system; Design; Principle; Rainwater head
中图分类号：TD744文献标识码：A 文章编号：2095-2104（2012）
虹吸技术自发明到第一次应用于现代技术，再到上世纪90年代在我国现代建筑的首次应用以来，伴随着越来越多的空间建筑的出现和建筑屋面形式的多样化，压力流（虹吸式）屋面排水系统（简称虹吸式排水系统）得到了广泛应用，尤其是在机场航站楼、交通枢纽站、会展中心、大型的商业建筑以及大型工业厂房中。虹吸式排水系统在我国的广泛应用，不仅为选择屋面排水的方式提供了除重力流排水的另一种排水方式外，还由于其能快速的把屋面雨水排放、安装简单、能适应现代建筑造型等优点，备受众多业主和单位的青睐。
虹吸式排水系统的工作原理及其特点
1.工作原理：虹吸式排水系统的原理就是在降雨过程中，通过特殊的隔绝空气的雨水斗实现水、气分离，雨水在管道中因为重力的作用而流动，当雨量不断加大到一定程度时，雨水在管道内达到流满状态，由于管道的排水出口与进水口之间的高度差进而造成的压强差，使得上部管道产生负压，形成虹吸现象，当高度差越大时，压差也越大，虹吸现象越明显，排水的效果也越好。
因此在降水初期，屋面雨水的水量还没有超过雨水斗的高度时是无法形成虹吸现象的，排水还是以重力流排水方式为主；随着降雨量的不断增加，且超过雨水斗高度时，利用防漩涡雨水斗控制进入雨水斗的雨水量和调整流态减少漩涡产生，进而减少了雨水进入排水系统是夹带的空气量，使得排水管道呈现满流真空状态，再利用建筑高度的落差和雨水下降时的势能，使雨水经过雨水悬吊管转入雨水立管跌落时形成虹吸现象，此时雨水立管内的负压值达到最大。雨水通过管道内的负压产生的抽吸作用排出室外；降水进入末期，雨量也随之减少，排水系统又进入到重力流状态。
2虹吸式屋面排水系统与重力流雨水排水系统的相比有以下特点：
2.1适用范围较广，适用于各种类型、不同用途的建筑屋面，平屋顶同样也能适用，解决了传统的重力流排水系统无法解决的很多问题。由于虹吸式排水系统的排水能力加大，斗前的水位也不是很高，荷载要求也较低，使得屋面雨水斗的布置更具有灵活性。
2.2该系统的管内水流流速至少是1m/s，能很好的对管道内附着的杂质等进行清洗，预防了管道阻塞，并通过雨水将杂质带出管道，能使管道具有很好的自清自洁能力。
2.3由于排水的能力大大加大，相同管径的排水泄水流量能力也加大，因此可以降低管径1/2至2/3，这样排水的立管数量也会相应减少，节约了安装空间。
2.4横贯的排水悬吊管可以不需要坡度来进行铺设，减少了施工量和材料消耗，节约了安装空间，同时也为建筑机电和设备提供了安装空间。
2.5管材及管件(配件)的使用量的减少，使得所需地下埋管数量减少，有效控制了现场施工量和土方开挖、回填工作量。
二、虹吸式屋面雨水排水系统的主要组成构件
不管是虹吸式屋面排水系统还是重力流屋面排水系统，它们的构成均是由雨水斗、雨水悬吊管、雨水立管、雨水埋地管组成。
雨水斗是雨水系统中最主要也是最关键的一环，常见的雨水斗一般是以不锈钢、HDPE、聚丙烯、铝合金等材质组成，且为了适应不同的建筑类型分为了DN50~DN150等多种规格以供选择。雨水斗要求具有良好的整流、稳流功能，产生虹吸所需要的雨水斗的斗前水深小，处在淹没泄流排水状态下，具有不漏气、排水量大的特点。
2.管道是排水系统的主要组成部分，管道的变径可以加速雨水的排放，为了保证虹吸式排水系统的安全可靠，使其持续高效的运行，管道需要有一定的承压能力，接口处要有良好的密封性。并且管道還需要有良好的防火性能，具有降低噪声，吸收排水时产生震动的能力和抵抗温度变化引起的变形和老化能力。目前市面上虹吸式排水系统主要采用的是镀锌钢管、无缝钢管、不锈钢管、HDPE管等。
设计要点
设计时水力计算要求
1.1各雨水斗至过渡段的水头损失是允许误差应小于10KPa。水头损失允许误差按照下列公式进行计算：ΔP=Δhver·ρ·g－∑10.13(l·R+Z)
式中ΔP——水头损失允许误差，单位kPa；
Δhver——雨水斗至出户管过渡段的几何高差，单位m；
ρ——水的密度，取ρ=1000kg/m3计算；
g——重力加速度，取9.18m/s2；
∑10.13(l·R+Z)雨水斗至计算点的总水头损失，单位kPa；其中l·R为沿程水头损失，Z为局部水头损失。R ——水力坡降
1.2系统内的最大负压计算值应根据安装地的海拔高度、管道材质和管件的最大、最小工作压力等确定，但不应低于90kPa。悬吊管内的压力按下列公式计算：Px=Δhx·ρ·g－Vx2·ρ/2－Σ（L·R+Z）式中Px——悬吊管内压力，单位kPa； Δhx——雨水斗顶面至悬吊管管中的几何高差，单位m； Vx——计算点的流速，m/s； ρ——水的密度，4℃时，ρ=1000kg/m3； g——重力加速度，9.81m/s2。 Σ（L·R+Z）雨水斗至计算点的总水头损失，单位kPa。
1.3管道的沿程阻力系数应按下列公式计算：
R=λ·L/Dj·v2/2g
式中 R———水力坡降；
λ———摩阻系数；
Dj———管道的计算直径，m；
V———流速，m/s；
g———重力加速度，9.81m/s2。
设计安装的要点
虹吸式屋面排水系统在设计安装时，应对雨水斗、系统各个管道以及辅助固定系统给与足够重视。首先在设计安装时虹吸式屋面排水系统中的雨水排水管系雨水斗至过渡段总水头损失与过渡段流速水头之和不得大于雨水斗至过渡段的几何高差；雨水斗顶面至悬吊管管中的高差不应小于1米；雨水斗顶面至过渡段的高差在立管管径小雨等于DN75时应大于3米，在立管管径大于等于DN90时应大于5米；悬吊管设计流速不宜小雨0.75m/s，立管设计流速不应小于2.2m/s，不宜大于10m/s；虹吸式屋面雨水排水管系过渡段下游的流速不宜大于2.5m/s，当流速大于2.5m/s时就要采取相应的消能措施，因为速度过大，使得在排水过程中系统内的气泡就会增加，并在压力的作用下破裂，是整个管道产生剧烈振动，这时就需要安装固定系统来固定和吸收这些振动，从而避免振动对建筑结构产生的影响。
设计和安装固定系统还能使管道从建筑物的结构上脱离出来，把大管段的涨缩分割成若干个小管段涨缩，然后通过固定系统将其吸收，进而减少了甚至取消伸缩节的安装，这样既保证了排水过程中虹吸作用不因气泡的破裂而破坏，又节省了施工工序，减少了材料的使用。最后过渡段下游管道还应按照重力流雨水排水系统的设计方法设计。
除了对雨水斗、系统管道、辅助固定系统三方面的设计要求外，还应对系统的后期检修措施，防溢流措施和超设计重现期雨水的排放措施进行设计和完善。尤其是在设计时采用的新的设计降雨历时，设计降雨强度，以及计算雨水流量，都应该应符合国家标准的相关规定。设计重现期时应根据建筑物不同的重要程度、汇水区域的性质、气象特征等因素确定。因此对于一般建筑物设计重现期不宜小于2~5年，重要的公共建筑屋面，生产工艺不允许渗漏的工业厂房屋面设计重现期应根据该的重要性和溢流造成的危害程度来确定，不宜小于10年。
总结
由于压力流（虹吸式）屋面排水系统的自身特点，在建筑行业的屋面排水设计和安装中得到了广泛的应用的同时，也取得了较好的社会效益和经济效益。但是虹吸式屋面排水系统并不是所有的建筑和建筑形式都适用，因此在在设计屋面雨水排水排水系统时，应根据建筑设计布局，并结合各种屋面排水系统的特点，选择适当的雨水排水系统及管材，以确保屋面雨水排水系统的排放能力满足设计规范的要求。与重力流系统相比，在大面积、大跨度工业厂房与公共建筑物中，选用压力流虹吸式雨水排水系统具有明显的优势。但对于屋面面积较小的建筑以及高层建筑，仍然建议采用重力流雨水排水系统。
参考文献
[1]潘俊杰,何蓉.压力流虹吸式屋面雨水排水系统的设计与应用探讨[J].中国给水排水.2011-07-17.
[2]赵磊阳.浅议屋面雨水虹吸排水系统的设计[J].科技风.2011-12-15.
[3]丁淳.压力流（虹吸式）屋面雨水排水系統设计问题探讨[J].2010-02-10.
[4]陈伟.浅述虹吸式屋面雨水排水系统技术与应用[J].福建建设科技.2011-03-25.
关键词：虹吸式屋面排水系统；设计要点；原理；雨水斗
Abstract: in recent years due to the rapid development of construction technology, allowing people to large area, large capacity, large space building demand is more and more big. Roof drainage along with the development of construction technology is also in constant progress, the roof drainage system technical requirements also more and more high, the more strict, traditional drainage technique can not satisfy people for modern building roof drainage requirements. And pressure flow (siphon) roof rainwater drainage system application will be the trend of The Times.
Keywords: siphon roof drainage system; Design; Principle; Rainwater head
中图分类号：TD744文献标识码：A 文章编号：2095-2104（2012）
虹吸技术自发明到第一次应用于现代技术，再到上世纪90年代在我国现代建筑的首次应用以来，伴随着越来越多的空间建筑的出现和建筑屋面形式的多样化，压力流（虹吸式）屋面排水系统（简称虹吸式排水系统）得到了广泛应用，尤其是在机场航站楼、交通枢纽站、会展中心、大型的商业建筑以及大型工业厂房中。虹吸式排水系统在我国的广泛应用，不仅为选择屋面排水的方式提供了除重力流排水的另一种排水方式外，还由于其能快速的把屋面雨水排放、安装简单、能适应现代建筑造型等优点，备受众多业主和单位的青睐。
虹吸式排水系统的工作原理及其特点
1.工作原理：虹吸式排水系统的原理就是在降雨过程中，通过特殊的隔绝空气的雨水斗实现水、气分离，雨水在管道中因为重力的作用而流动，当雨量不断加大到一定程度时，雨水在管道内达到流满状态，由于管道的排水出口与进水口之间的高度差进而造成的压强差，使得上部管道产生负压，形成虹吸现象，当高度差越大时，压差也越大，虹吸现象越明显，排水的效果也越好。
因此在降水初期，屋面雨水的水量还没有超过雨水斗的高度时是无法形成虹吸现象的，排水还是以重力流排水方式为主；随着降雨量的不断增加，且超过雨水斗高度时，利用防漩涡雨水斗控制进入雨水斗的雨水量和调整流态减少漩涡产生，进而减少了雨水进入排水系统是夹带的空气量，使得排水管道呈现满流真空状态，再利用建筑高度的落差和雨水下降时的势能，使雨水经过雨水悬吊管转入雨水立管跌落时形成虹吸现象，此时雨水立管内的负压值达到最大。雨水通过管道内的负压产生的抽吸作用排出室外；降水进入末期，雨量也随之减少，排水系统又进入到重力流状态。
2虹吸式屋面排水系统与重力流雨水排水系统的相比有以下特点：
2.1适用范围较广，适用于各种类型、不同用途的建筑屋面，平屋顶同样也能适用，解决了传统的重力流排水系统无法解决的很多问题。由于虹吸式排水系统的排水能力加大，斗前的水位也不是很高，荷载要求也较低，使得屋面雨水斗的布置更具有灵活性。
2.2该系统的管内水流流速至少是1m/s，能很好的对管道内附着的杂质等进行清洗，预防了管道阻塞，并通过雨水将杂质带出管道，能使管道具有很好的自清自洁能力。
2.3由于排水的能力大大加大，相同管径的排水泄水流量能力也加大，因此可以降低管径1/2至2/3，这样排水的立管数量也会相应减少，节约了安装空间。
2.4横贯的排水悬吊管可以不需要坡度来进行铺设，减少了施工量和材料消耗，节约了安装空间，同时也为建筑机电和设备提供了安装空间。
2.5管材及管件(配件)的使用量的减少，使得所需地下埋管数量减少，有效控制了现场施工量和土方开挖、回填工作量。
二、虹吸式屋面雨水排水系统的主要组成构件
不管是虹吸式屋面排水系统还是重力流屋面排水系统，它们的构成均是由雨水斗、雨水悬吊管、雨水立管、雨水埋地管组成。
雨水斗是雨水系统中最主要也是最关键的一环，常见的雨水斗一般是以不锈钢、HDPE、聚丙烯、铝合金等材质组成，且为了适应不同的建筑类型分为了DN50~DN150等多种规格以供选择。雨水斗要求具有良好的整流、稳流功能，产生虹吸所需要的雨水斗的斗前水深小，处在淹没泄流排水状态下，具有不漏气、排水量大的特点。
2.管道是排水系统的主要组成部分，管道的变径可以加速雨水的排放，为了保证虹吸式排水系统的安全可靠，使其持续高效的运行，管道需要有一定的承压能力，接口处要有良好的密封性。并且管道還需要有良好的防火性能，具有降低噪声，吸收排水时产生震动的能力和抵抗温度变化引起的变形和老化能力。目前市面上虹吸式排水系统主要采用的是镀锌钢管、无缝钢管、不锈钢管、HDPE管等。
设计要点
设计时水力计算要求
1.1各雨水斗至过渡段的水头损失是允许误差应小于10KPa。水头损失允许误差按照下列公式进行计算：ΔP=Δhver·ρ·g－∑10.13(l·R+Z)
式中ΔP——水头损失允许误差，单位kPa；
Δhver——雨水斗至出户管过渡段的几何高差，单位m；
ρ——水的密度，取ρ=1000kg/m3计算；
g——重力加速度，取9.18m/s2；
∑10.13(l·R+Z)雨水斗至计算点的总水头损失，单位kPa；其中l·R为沿程水头损失，Z为局部水头损失。R ——水力坡降
1.2系统内的最大负压计算值应根据安装地的海拔高度、管道材质和管件的最大、最小工作压力等确定，但不应低于90kPa。悬吊管内的压力按下列公式计算：Px=Δhx·ρ·g－Vx2·ρ/2－Σ（L·R+Z）式中Px——悬吊管内压力，单位kPa； Δhx——雨水斗顶面至悬吊管管中的几何高差，单位m； Vx——计算点的流速，m/s； ρ——水的密度，4℃时，ρ=1000kg/m3； g——重力加速度，9.81m/s2。 Σ（L·R+Z）雨水斗至计算点的总水头损失，单位kPa。
1.3管道的沿程阻力系数应按下列公式计算：
R=λ·L/Dj·v2/2g
式中 R———水力坡降；
λ———摩阻系数；
Dj———管道的计算直径，m；
V———流速，m/s；
g———重力加速度，9.81m/s2。
设计安装的要点
虹吸式屋面排水系统在设计安装时，应对雨水斗、系统各个管道以及辅助固定系统给与足够重视。首先在设计安装时虹吸式屋面排水系统中的雨水排水管系雨水斗至过渡段总水头损失与过渡段流速水头之和不得大于雨水斗至过渡段的几何高差；雨水斗顶面至悬吊管管中的高差不应小于1米；雨水斗顶面至过渡段的高差在立管管径小雨等于DN75时应大于3米，在立管管径大于等于DN90时应大于5米；悬吊管设计流速不宜小雨0.75m/s，立管设计流速不应小于2.2m/s，不宜大于10m/s；虹吸式屋面雨水排水管系过渡段下游的流速不宜大于2.5m/s，当流速大于2.5m/s时就要采取相应的消能措施，因为速度过大，使得在排水过程中系统内的气泡就会增加，并在压力的作用下破裂，是整个管道产生剧烈振动，这时就需要安装固定系统来固定和吸收这些振动，从而避免振动对建筑结构产生的影响。
设计和安装固定系统还能使管道从建筑物的结构上脱离出来，把大管段的涨缩分割成若干个小管段涨缩，然后通过固定系统将其吸收，进而减少了甚至取消伸缩节的安装，这样既保证了排水过程中虹吸作用不因气泡的破裂而破坏，又节省了施工工序，减少了材料的使用。最后过渡段下游管道还应按照重力流雨水排水系统的设计方法设计。
除了对雨水斗、系统管道、辅助固定系统三方面的设计要求外，还应对系统的后期检修措施，防溢流措施和超设计重现期雨水的排放措施进行设计和完善。尤其是在设计时采用的新的设计降雨历时，设计降雨强度，以及计算雨水流量，都应该应符合国家标准的相关规定。设计重现期时应根据建筑物不同的重要程度、汇水区域的性质、气象特征等因素确定。因此对于一般建筑物设计重现期不宜小于2~5年，重要的公共建筑屋面，生产工艺不允许渗漏的工业厂房屋面设计重现期应根据该的重要性和溢流造成的危害程度来确定，不宜小于10年。
总结
由于压力流（虹吸式）屋面排水系统的自身特点，在建筑行业的屋面排水设计和安装中得到了广泛的应用的同时，也取得了较好的社会效益和经济效益。但是虹吸式屋面排水系统并不是所有的建筑和建筑形式都适用，因此在在设计屋面雨水排水排水系统时，应根据建筑设计布局，并结合各种屋面排水系统的特点，选择适当的雨水排水系统及管材，以确保屋面雨水排水系统的排放能力满足设计规范的要求。与重力流系统相比，在大面积、大跨度工业厂房与公共建筑物中，选用压力流虹吸式雨水排水系统具有明显的优势。但对于屋面面积较小的建筑以及高层建筑，仍然建议采用重力流雨水排水系统。
参考文献
[1]潘俊杰,何蓉.压力流虹吸式屋面雨水排水系统的设计与应用探讨[J].中国给水排水.2011-07-17.
[2]赵磊阳.浅议屋面雨水虹吸排水系统的设计[J].科技风.2011-12-15.
[3]丁淳.压力流（虹吸式）屋面雨水排水系統设计问题探讨[J].2010-02-10.
[4]陈伟.浅述虹吸式屋面雨水排水系统技术与应用[J].福建建设科技.2011-03-25.