高层建筑排水管道系统的排水特性分析

 摘 要：由于高层建筑使用和居住的人数众多，所以其排水管道系统经常会因为超出荷载而产生诸多的问题，产生了排水管道系统内的隐患，对排水系统的正常运行造成了影响，因此，研究高层建筑排水管道系统的排水特性对高层建筑排水系统的使用有着非常重要的意义。 

　　关键词：高层建筑 排水管道系统 排水特性 

　　排水管道系统作为高层建筑中功能系统的重要组成部分，更需要对其进行深入的研究。同时，由于高层建筑的建设地点不同，建设高度不同和建设特征不同等差异，因此更需要对其排水性能进行差异化的分析，通过多种实验方法来共同进行，确保高层建筑排水管道系统排水性能的稳定。 

　　1、排水管道对排水特性的影响 

　　本次研究选择了双立管排水系统作为研究对象，在高层建筑的排水管道中，气体和液体在进行碰撞的时候会产生一定的物理反应，这样就会导致排水管道内的压力瞬间产生出较大的变化，对保持管道的稳定性是非常不利的。因此需要在排水系统中设置专用的通气管道，这也就是本文所研究的双立管排水系统。 

　　考虑到普通民用高层建筑的特点，本次实验选择了高层建筑的中间楼层：15层，在排水管道上安装压力传感器，通过压力传感器来检测不同流量情况下的系统最大压力变化值和最小压力变化值。 

　　最终研究结果显示：排水流量会直接的影响到排水系统内的压力。当排水流量都为3.6L/s的时候，排水系统内正压和负压的变化值分别为300Pa和-301Pa，在排水流量达到4L/s的时候，排水系统内的正压和负压变化值分别为440Pa和-410Pa，符合正常UPVC排水管的压力标准。再次，我们取本次实验的中间值，普通的双立管排水系统，排水管材为UPVC，在高层建筑15层的通水能力在3.6L/s4L/s之间。 

　　同时，本次的研究结果还证明：当排水系统的总高度大于10层，那么排水管道的正压力和负压力都会出现较大的变化，我们以通水能力在3.8L/s进行计算，当水流以3.8L/s进行排水的过程中，排水系统内的正压为388Pa，负压为401Pa，压力波动大都集中在400Pa左右，因此可以看出，10层以上高层建筑的通水能力是根据由排水管道内的正压和负压共同决定的。 

　　我们再来研究10层或10层以下的数据，研究结果表明，在高层建筑10层及10层以下的排水系统中，排水管道的负压变化较大，且变化波动的程度要远远的大于正压。通过结果我们可以看出，排水系统中的排水特性是根据排水系统中的压力所决定的，并且随着高层建筑高度的不同，影响其压力的压力源也不同。 

　　2、单立管排水系统的排水特性对比 

　　2.1单立管系统的通水能力 

　　臧振武在其硕士论文中以排水系统15层排水，并在系统14层至1层安装压力传感器，用以实时监测排水系统各楼层的压力变化情况，由于天气因素会对实验结果产生一定干扰，在实验塔的15层和33层安装了多功能便携式气象站，以求掌握实验时的外界因素，保证实验数据的准确性。经过实验发现当普通UPVC单立管排水系统在高层部分采用定流量方式以2.5L/s的流量排水时，系统气压波动比较明显，随着楼层高度降低，负压的变化幅度逐渐减小。 

　　2.2楼层的压力分布 

　　相关的研究表明在15层以同等大小流量排水时，发现对于同一排水流量排水系统各层最大压力值变化随楼层降低而增大，当流量为0.5L/s时，排水系统各层最大压力变化幅度较小，当流量为2.5L/s时，变化幅度最大。流量不管多大，系统最大压力变化所在的楼层均为最低层，当压力检测楼层一致且顶层排水流量相同时，压力变化幅度随流量增大而增大，流量越小时压力随楼层的变化越不明显。 

　　2.3排水检测方法的特性对比 

　　相关的实验表明，普通UPVC单立管排水系统以定流量排水时，系统各层的通水能力比较稳定，变化范围在1.8L/s2.2L/s，并且表现出通水能力随系统高度降低有缓慢增大的趋势。同时发现在排水时间间隔为1s时，对排水安全最不利，以定流量检测方法时，系统压力减小幅度不大，采用瞬间流检测方法时，系统压力减小幅度较大，当排水流量大小一定时，负压变化值均大于正压变化值，因此在建筑排水系统设计时要确保高层部分的通气能力。 

　　3、双立管排水系统的排水特性 

　　3.1双立管系统的通水能力 

　　通过相关的实验发现，双立管系统最大正压变化值、最大负压变化值均随排水流量的增加而增大。当流量在3.8L/s时，达到破封的判定标准；通过不同流量时系统的压力变化值发现双立管排水系统在缓解正压变化与负压变化方面均有比较明显的效果，系统较高时，双立管排水系统的排水安全方面更加可靠。 

　　3.2各楼层的压力分布 

　　通过不同流量下的正压分布可以看出，对于同一排水系统，在相同的楼层位置，排水流量越大该层的压力变化值越大，压力随流量的变化规律更为突出。其次是与单立管系统相比，双立管系统压力变化值随测压楼层的变化规律更为明显，单立管系统的结构相对简单，补气方式比较单一，双立管系统负压变化的规律性相对较弱。 

　　4、排水管件对排水特性的影响 

　　4.1弯头对排水特性的影响 

　　本次实验分别采用立管底部的45度弯头和90度弯头，通过对比不同角度弯头排水过程中所产生的数据来分析其对排水特性的影响。 

　　实验结果表示，当使用90度弯头来连接排水管的时候，如果排水流量大于1L/s，水流所引起的最大正压要大于45度的配件，如果流量较小，那么90度和45度的压力值无太大变化。 

　　此实验结果表明，不同角度的弯头会产生不同的排水特性，在高层建筑的排水系统中，水和气是并存的，如果层数较低，那么当水和气共同下落的时候，所产生的速度较小，动能较弱，并不会引起太大的水跃现象，如果层数较高，下降速度较快，水跃现象较为严重，那么则应该采取45度的弯头，这样当进行排水管的连接时，管道内部的断面会大于90度的弯头，这样就会平稳管道内的气体，降低压力的变化幅度。 

　　4.2管坡对排水特性的影响 

　　在测试管坡的时候，实验采取45度的弯头，排水管坡度分为0.026和0，其余参数与上述实验一致。 

　　实验结果显示，当排水管坡度为0.026的时候，系统最大负压值为-350Pa，当排水管的坡度为0的时候，系统最大负压的变化值为-220Pa。产生这一变化的主要原因为：当坡度为0的时候，排水管内的气体和水体进入到排水管并下降的速度几乎为0，因此，这种下落的状态会产生必要的负压变化。 

　　在正压的实验中，当坡度为0.026的时候，排水管内的正压为209Pa，当坡度为0的时候，排水管内的正压为195Pa，由此可以看出，坡度的大小对排水系统内正压的影响不大。但从实际的情况来说，高层建筑中的很多排水设备都需要一定的坡度，所以，在实际设计的过程中，排水管道仍然需要一定的坡度。 

　　结语 

　　前人主要通过经验法、终限理论法、实测法对高层建筑排水管道系统特性进行了研究，发现当排水点楼层为15层时，达到了水封破坏的判定值，定流量排水检测方法的压力变化值受排水点楼层高度影�的规律性更明显，排水支管坡度对单立管排水系统的最大正压变化值和最大负压变化值均会产生一定影响，在以后的高层排水管道系统建设中需要通过多种实验方法来共同进行，以此确保高层建筑排水管道系统排水性能的稳定，通过对排水特性的研究有利于为建筑排水设计提供数据参考。 

　　参考文献 

　　[1]何传正.排水系统水封设计的新概念[J].给水排水，2014（3）. 

　　[2]袁玉梅.特殊单立管排水系统在我国的发展[J].建筑给排水，2015（4）.