虹吸式屋面雨水自动排水系统优化设计

全红

(南宁职业技术学院建筑工程学院，广西 南宁530008)

作者简介：全红（1969—），女，高级工程师，主要研究方向为给水排水、建筑设备、环境保护等，fgfd2526@163.com.

摘要：针对当前雨水排水系统实时性和安全性差、环保率低的问题，提出并设计虹吸式屋面雨水自动排水系统。依据系统排水原理与环节分析，设计自动排水系统框架，以系统设计中管材与管件选取、悬吊管道方向和立管位置确定等关键技术为支撑，将系统设计主要流程定义为：根据降水强度及重现期确定屋面水平投影面积与屋面汇水面积，确定屋面降水强度，据此分配虹吸式雨水斗数目、构建屋面雨水自动排水管网；绘制水力相关计算图，计算管径及系统水力，得到管段沿程与局部阻力损失值、管道流速及管道节点压力值，根据以上参数进行寻优计算，完成系统优化设计。实验结果表明，所设计系统的排水效率和环保率高、安全性好，整体更具优势。

关键词：虹吸式；雨水排水系统；自动排水管网；排水安全性

中图分类号：TU823文献标识码：A文章编号：2095-509X(2019)09-0123-04

如今，建筑房屋面积逐渐扩大，以往的重力流排水体系因悬吊管安装过程中需要一定坡度，严重限制了美观与节省空间方面的需求［1-2］。在新型建筑中，只依靠传统排水工艺，会使排水管道增多，管径也要变大，影响了建筑物的实用性。当前气候不断变化的情况下雨水带来的灾害是城市发展中的关键阻碍因素之一。很显然传统的屋面排水体系已经无法满足当前建筑物的需求［3］。

目前关于屋面雨水排水和城市排水的研究很多，文献［4］提出一种海绵体视野下的屋雨水蓄排系统。海绵体指的是海绵城市建设中的城市配套设施，这些设施组成海绵体排水体系。该体系具有渗透、蓄水、排水等作用，可实现雨水的排出，且安装简便，对暴雨和洪涝等灾害有着很好的弹性适应性，但存在排水实时性和安全性差的问题。文献［5］提出一种基于多目标优化模型的雨水管网改建排水系统。构建以减少工程量和提升排水性能为目标的管网改建模型，通过NSGA-Ⅱ多目标优化算法对所建模型进行求解并寻优，根据寻优结果得到最佳排水可行途径。该系统能够比较稳定地实现雨灾排水，但存在环保率低的问题。

针对当前相关研究成果存在的问题，本文提出并设计了虹吸式屋面雨水自动排水系统（以下简称虹吸式排水系统），分析虹吸式排水系统的原理与环节，设计系统框架及关键技术，据此设计系统工作流程、计算系统各参量,完成虹吸式排水系统的优化设计。

1虹吸式排水系统

1.1虹吸式屋面雨水自动排水原理与环节分析

虹吸式排水系统在降水时相当于从屋面一个较为平稳的水池中实施泄水操作，并经屋面排水管体系，由排水管道排出，且管道是压力流充满的状态。总体来说，屋面雨水排水过程就是一个虹吸式排水流程。虹吸式排水流程分成3个环节：初始环节、过渡环节、饱和环节。

在初始环节：即降水初期，虹吸式排水系统运行状态和重力式排水系统相似，雨水在重力状态下自然落下。在过渡环节：屋面天沟中积水深度不断增加并超过雨水斗表面高度，该过程历时比较短暂，雨水斗泄流量会快速增加。在饱和环节：如果天沟中积水深度比雨水斗表面高，系统则会瞬间进入饱和的状态。此状态掺气量是0，仅需降水的强度可以保障天沟中积水深度比雨水斗表面高，系统就会以稳定的状态工作。