虹吸式雨水排水系统在航站楼应用.doc
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1、虹吸式雨水排水系统应用技术一、工程概况航站楼工程轴线长672m、宽221m,建筑面积157700m2,建筑高度39.9m,屋面面积约60000,A、B区屋面为阶梯状单曲屋面,C、D、E区及指廊为双坡屋面,其中A、B区部分采用平面采光天窗,C、D、E区采用凸式立体采光天窗。整个屋面由金属屋面雨水采用62套虹吸式雨水排水系统排入室外管网。本工程虹吸式雨水斗为DN89、DN125二种规格,屋面水雨槽内设计有2个、3个和4个虹吸式雨水斗组合来形成一个排水系统,排水管道采用DN30065的不锈钢排水管接入室外管网。二、虹吸式雨水排水系统理论分析1 虹吸性排水系统特点及区别1)重力式排水系统,即目前广泛采
2、用的雨水排放系统,该系统由普通雨水斗、雨水立管、埋地汇总管组成。其主要工作原理是利用屋面雨水本身的重力作用由屋面雨水斗经排水管道自流排放。排水管道按非满流状态设计,管道必须要有一定的坡度。为了达到比较好的排放效果,在安装管道时要求排水横管的最小坡度为2%。为安全起见规范还规定宜采用单斗排水,即一个雨水斗对应一根雨水立管。重力雨水排水系统特点:气液二相流雨水斗数量多管径大立管数量多水平集水管需要坡度 雨水检查井数量多大屋面工程,地面需布置排水沟影响建筑美观。2)虹吸系统即压力流雨水系统,是利用能够隔绝空气的虹吸式雨水斗和精密的管道水力平衡计算,依靠建筑物的势能,雨水通过密闭的管道系统形成满管流,
3、在立管处跌落产生虹吸作用,将屋面的雨水迅速排放的新型雨水排放系统。它不仅能解决一些传统重力式雨水系统无法做到的设计难点,而且在节省管材和施工量上,有着传统系统无法比拟的优点。虹吸雨水排水系统特点:满管流雨水斗布置灵活管径缩小 管道走向可以根据需要灵活设置水平集水管不要坡度雨水斗检查井数量少 大屋面工程,无需设置室内检查井有利于建筑美观。2 虹吸雨水系统的工作原理虹吸式雨水排水系统由雨水斗、雨水悬吊管、雨水立管、雨水埋地管组成。虹吸式雨水排水系统的最大改进和技术进步是开发了一种具有良好整流功能的雨水斗。雨水斗在其额定设计流量时处于淹没泄流排水状态,不渗气;设计排水量大;雨水斗淹没泄流的斗前水深小
4、。雨水斗共由六部分组成:保护盖(Protection cover )、固定旋钮(Wing nut for fixation)、 保护罩(包括防涡流装置)(Guarding Hood)、 雨水斗斗体( Outlet Body)、 固定套环(Fixed Sealing)、 固定环(Fixed fixation ring)。在虹吸系统中,所有的管子在指定的降水强度下将达到1的流量系数。管子内的压力亦有别于大气压强。通过利用建筑物(雨水斗与排放点的高度差距)所产生的压头,管径设计可达到满管流。采用了虹吸式雨水斗的屋面雨水排水系统,在降雨过程中相当于从屋面上的一个稳定水面的水池中泄水,经屋面内安装的排水
5、管道系统,从排出管排出,屋面雨水的排水过程是一个虹吸排水过程。虹吸式排水系统的管道在设计降雨强度下呈负压,但在比较小的降雨强度或降雨过程的末期,降雨量减小,雨水斗淹没泄流的斗前水位降低到其一定的值,雨水斗开始有空气渗入,排水管道内的真空被破坏,排水系统会从虹吸压力流的工况转向重力流。虹吸式雨水排水系统管道内设计状态下的压力分布与一般的重力式雨水排水系统有明显的区别。虹吸式屋面雨水排水系统自雨水斗连接管以下,管道内呈负压,在悬吊管与立管的交叉点处负压最大,其后立管上的负压减小,至临界点负压消失,管道内的压力为零,水流状态转为重力流。从上面的分析可以得出,雨水斗的进水水面至临界总高度是有效作用高度
6、,在设计计算中充分利用;另一方面对雨水斗至悬吊管的末端的总水头损失应有所限制,以控制悬吊管末端的最大负压值。如图。3 虹吸式雨水斗的技术特性1)虹吸式雨水斗的基本结构虹吸式雨水斗有DN50DN150等多种规格,其材质有铸铁、铝合金钢、不锈钢、高密度聚乙烯(HDPE)、聚丙烯(PP),下沉的雨水斗置于屋面层中,上部设有进水格栅。在降雨过程中,通过格栅盖进入雨水斗的屋面雨水落入深斗内,斗内带孔隙的整流罩,使处于涡流状态的雨水平稳地以淹没泄流流出进入排水管。下沉式的雨水斗最大限度的减小了天沟的进水深度,使屋面承受的雨水荷载降至最小,同时又使雨水斗的出口获得较大的淹没水深,消除了在设计流量下工作时的渗
7、气现象,提高了雨水斗的额定流量。虹吸式雨水斗带有格栅,格栅间隙形状可以是孔状或细槽状,间隙口直径不小于6mm,且不大于15mm。2)虹吸式雨水斗的额定流量的确定任何型式的雨水斗的泄流量都随斗前水位的增加而加大。对于虹吸式雨水斗,要求在正常的工作条件下,雨水斗不渗入空气。这样就有一个临界水位,当雨水斗前的水位小于该水位时雨水斗开始有空气渗入,虹吸式屋面雨水排水系统的压力流状态被破坏。所以,虹吸式雨水斗的额定流量是以不渗入空气为确定原则,相应的斗前水深,以DN50雨水斗为例,当泄流量为6L/s时,斗前水深降至45mm,水流出现乳化现象,数量降至40mm,渗气量为0.2L/s。虹吸是雨水斗的斗前水深
8、不宜大于55mm。两个雨水斗之间的间距不超过20m。3)水力计算虹吸式屋面雨水排水系统的水力计算包括对系统中每一管路的水力学工况作精确的计算。计算结果包括每一计算管段的管径、计算长度、流量、流速、压力。(1) 各雨水斗至过渡段的水头损失允许误差小于5kPa。水头损失允许误差按下列公式计算:P=hverg(LRZ)式中P水头损失允许误差,kPa;hver雨水斗至出户管过渡段的几何高差,m;水的密度,4时,=1000kg/m3;g重力加速度,9.81m/s2;(LRZ)雨水斗至计算点的总水头损失,kPa;其中LR为沿程水头损失,Z为局部水头损失。(2) 系统内的最大负压计算值根据安装地的海拔高度、
9、管道材质、管材和管件的最大、最小工作压力等确定,但不低于90kPa。悬吊管内的压力按下列公式计算:Px=hxgVx2/2(LRZ)式中Px悬吊管内压力,kPa;hx雨水斗顶面至悬吊管管中的几何高差,m;Vx计算点的流速,m/s;水的密度,4时,=1000kg/m3;g重力加速度,9.81m/s2。(LRZ)雨水斗至计算点的总水头损失,kPa。(3) 管道的沿程阻力系数按下列公式计算R=L/Djv2/2g式中R水力坡降;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。(4) 过渡段下游管道按重力流雨水排水系统设计。另外还需要的资料为当地的暴雨强度公式和该建筑物的
10、屋面汇水面积。(5) 虹吸排水系统的水力计算符合下列规定及要求:虹吸式雨水斗采用径检测合格的产品,有权威机构测试提供的水力参数。雨水斗的排水能力(流量)满足设计雨水量的要求。雨水斗顶面至过渡段的几何高差H 减去系统的压力降(总水头损失),大于过渡段流速水头(m/H2O)。悬吊管最小设计流速不宜小于1m/s,立管设计流速不宜小于2.2m/s,管道最大流速宜小于6m/s,且不得大于10m/s。系统中各斗到过渡段的水头损失允许误差小于10 kpa,如果超出允许范围调整管径重算,同时各节点的压力差值不大于10 kpa(DN75)或5 kpa (DN100)。系统内的最大负压计算什根据系统安装志气的气象
11、资料,管道材质,管道和管件的最大、最小工作压力等确定。金属管最大负压绝对值小于80kpa;塑料管视产品的力学性能而定,但不得大于70kpa。如管道水力计算中负压超出以上规定值调整管径(放大悬吊管管径或缩小立管管径)重算。系统高度(雨水斗顶面至过渡段的几何高差H)和立管管径的关系满足,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。当悬吊管管中心与雨水差距顶面的高差小于 1m时,校核雨水斗在系统中形成虹吸的最小流量(L/S),并大于1.1倍的在单斗、单立管系统(立管高度大于4m)中形成虹吸的最小流量。虹吸排水系统过渡段下游的流速
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