1. 研究目的与意义（文献综述包含参考文献）

建筑排水系统的通气方式及选择

摘　要：本文结合工程设计工作体会,介绍了建筑排水系统的各种通气方式，分析各种通气方式的过程、影响因素及特点；给出了不同建筑物的通气方式的选择原则；列举了单立管通气系统的优势及其应用。

关键词：建筑排水系统，通气方式，过程特点，选择原则，诱导式内通气方式

Ventilation of the Building Drainage System and Its Selection

Abstract : According to the past work experience, all kinds of ventilation iof building drainage design were introduced; it analysis a various of ventilation mode process , influencing factors and characteristics; selection principle of different building ventilation were described; it cited the advantages of its application of the single riser ventilation system .

Key words : construction of drainage systems , ventilation mode , the process characteristics , selection principles

1 前言

通气系统是建筑排水系统中一个重要的组成部分。通气系统的好坏直接影响排水系统的排水能力、室内的空气质量和用户使用的舒适程度[1]。通气系统的主要作用有：①使室内污水管道中的有毒有害气体通过通气管排至屋顶释放；②平衡室内排水管道中的气压波动。当通气系统设置不合适, 造成通气不充分等情况时, 排水系统管道内的气压波动无法得到缓解, 将会造成卫生器具内水封的波动, 甚至破坏水封, 使水封丧失其保护隔断的作用[2]； ③有利于排水管内空气的不断疏通更新, 减轻废气对管道的锈蚀[3]。随建筑层数增加和排水量加大，通气呈现越来越复杂的趋势。 一般对层数不高卫生器具不多的建筑物仅将排水立管上端延伸出屋面便可实现通气, 即伸顶通气方式。高层建筑中, 卫生器具完善, 用水量较大, 排水立管延伸补气的技术不能满足稳定系统内压力的要求, 因此必须设置通气管系。有通气管系的排水系统排水能力增加,排水安全可靠, 但耗费管材较多, 不经济,且在技术上也不一定很完善。因此国内外吕前正在研究推广新型单立管排水系统[4-5]。

2　各种建筑排水系统的通气方式及选择

2.1 低层建筑伸顶通气

在每层的横立管接头处, 覆盖立管断面部分被横管排水水舌, 形成水舌阻隔[6],水流在下落过程中形成水塞流或水膜流。由于排水量不大, 立管因排水的强烈抽吸作用而产生的气体亏空，可以通过伸顶通气管进行补充。而对于水流以下各层的管中空气, 因为受到压缩，并在压差作用下可以直接从出户管中排出。这样立管中同时有水流和气流, 水的流动虽然主要是水膜流, 但由于水流只受到水分之间及管壁的吸附作用, 水流是松散而不密实的, 对管中空气具有极强的夹带作用。伸顶通气方式包含了排水立管中空气与外界空气（包括屋顶空气进人伸顶通气管和与出户管相连的窖井中空气与出户管中空气相通）的交换和立管内及横立管之间空气的交换。在这种方式中, 水气流动的平衡，决定了排水立管及横管内部空气的交换与平衡。这种在同一排水立管及其横管中进行气流交换的方式称为内通气方式。由于这种方式中水气自然流动, 没有受到人为设置的特殊结构的引导, 为区别于新型单立管排水系统通气情况, 故又称为自然内通气方式。

这种通气方式一般只适于层数不太高、卫生器具不多的建筑物, 也可在高层建筑中同其它通气方式联合使用。伸顶通气管径一般与排水立管相同或比排水管径小一号,通气管出口不宜设在建筑物的屋檐檐口阳台、雨篷等的下面, 以免影响周围空气卫生条件。为防止雨雪或脏物落人排水立管, 通气管顶端应装网状或伞状通气帽。通气管穿过屋面处应防止漏水[6-7]。

2.2 高层建筑专设通气管系统

高层建筑中，排水量随着排水器具数量的曾多而大幅度提高。因为排水量大会造成排水立管中水流状态不稳定，而通气距离增加会使排水系统气压波动过大，从而导致水封破坏，专设通气管系统则解决了这类问题。在水流过的横立管处, 由于水流的强烈抽吸作用产生负压，专设通气管可以及时逸出气体降低正压, 补充空气降低负压。由于专用通气立管与排水立管分离, 使逸气及补气不受排水过程干扰。对于设有环形通气管和器具通气管的通气系统, 由于采用单独的通气管进行逸气补气, 平衡排水系统气压, 因此排水立管本身承担的通气作用大大减少, 这种湿式互补通气方式是一种变形的专用通气方式。依靠排水立管和横管以外的管道通气的方式又称为外通气方式[8]。

这种通气方式的排水系统是历史最久,最广泛采用的全部由管道和普通连接配件组成的排水和通气系统。系统性能良好, 运行可靠, 维护管理简单。但与新型单立管系统相比, 耗用管材多, 造价高, 排水及通气系统复杂, 安装空间大。尤其是排水立管多的高层住宅和高层宾馆, 这类问题显得更为突出[9]。

2.3 中高层建筑单立管排水系统通气方式

对于中高层建筑，普通的伸顶通气方式显然会造成通气不足，而过多的通气管道又会使排水系统复杂化，为简化排水系统而开发的各种单立管排水系统通气方式, 从表面上看秉承了低层建筑伸顶通气方式的特点, 实质上它们之间有显著不同。新型单立管中, 水流经过横立管接头的特殊配件在立管中形成水膜旋流。在离心力作用下和管壁的限定下, 形成稳定而密实的水流, 因此空气分子不会大量挟带进入水流中, 从而加大了立管中气流断面, 使气流速度及气压变化减小。空气在旋流作用下形成稳定的空气芯, 空气芯周围与水膜旋流间的界面形成清晰稳定的气水界而, 气流阻力是引起气压波动的主要原因。旋流时水流相对垂直方向的下落速度大幅度下降，可减小气压波动。水流经过横立管接头特殊配件时还会产生溅水现象和泡沫流。这些气水混合体泡沫流使水流进一步分散, 增大阻力, 因此泡沫流的下降速度大大减小, 很大程度地降低了气流阻力, 缓解了气压波动。这种利用特殊结构使水气流动按人们的意愿进行, 从而缓解气压波动保护水封的通气方式, 称为诱导式内通气方式[2]。

3 特殊单立管排水系统的优势与应用

单立管排水系统：建筑管网排水是由一根管道实现，采用了特殊管件在一根管道中实现了既排水又通气。这项新工艺主用于大于等于10层的多层、高层建筑，将取代普通双立管系统。目前特殊单立管系统主要分为两类：苏维托系统和加强旋流器系统[9]。

3.1 特殊单立管排水系统优势对比

系统名称	普通单立管	普通双立管	特殊单立管
排水能力	小	中、大	大
结构特点	气水同管直流	气水分管直流	气水同管混流
水封保护	易破坏	稳定	稳定
占空间	小	大	大
噪音	大	小	小
成本	小	大	小
建筑体	低层	高、超高	高、超高
后期维护	易	难	易

3.2 特殊单立管排水系统特点

1、 单管排水又排气：高层建筑不需要排气立管，单管实现排气和排水。通过管件内部叶片形成螺旋水流下水，水流贴管壁旋转减速排出，同时形成中空排气。 　

2、 节约成本和空间：由于省去了排气管，所以节省了排气管和管件的成本，而且整个排水系统只占一个排水管空间。同时，该系统的噪音很低。

3、 耐压、抗震、耐腐蚀：除了独特的排水技术，还有良好的铸造和热处理工艺以及严格的质量检验，铸铁制件耐压性能更好，更适合高层建筑。防震要求能达到左右摇摆30度角，不发生漏气和漏水。内外表面都有厚度为0.8mm的防锈涂装，有很高的耐酸碱腐蚀性能。

4、 纤细、轻量、寿命长：与传统排水系统相比，要达到相同排水效果时管件直径更小。因为管径小，没有排气管，排水系统重量自然轻。由于卓越的防腐性能，使产品使用寿命比一般铸铁管件使用寿命更长久。

5、 安装维修更简捷：单管系统安装和维修都更方面简捷，又节省了安装人工和费用成本。安装时就可以逐层检测，不存在双管系统安装中排水和排气管道配合的问题，每套系统每层只需要打一个安装孔，并且可以通过压力检测口接头逐层安装，逐层检查，保证系统安装质量[10-11]。

3.3 系统设计

1、特殊单立管排水系统的排水立管顶端应设伸顶通气管，其管径同排水立管管径。 　

2、接入上部特制配件的横支管管径不得大于立管管径。与下部特制配件连接的排水横干管或排出管，其管径不得小于立管管径，一般可比立管管径大一级。 　

3、特殊单立管排水系统排水立管管径不应小于100mm。 　

4、采用下部特制配件的特殊单立管排水系统，其底层排水管可不单独排出。 　

5、同层不同高度的横支管接入上部特制配件时，管径大的位置在上，管径小的位置在下；同层同一高度的横支管接入上部特制配件时，应在平面不同位置分别接入。 　

6、跑气器的跑气管应从跑气器顶端接出，再接至排水横干管或排出管中心线以上位置。 　

4 结语

建筑排水系统的关键间题是顺畅通气、保护水封和室内空气质量。通气方式的选择

决定了排水系统的复杂程度。 低层建筑适于使用以自然式内通气方式为特点的伸顶通气排水系统。高层建筑排水系统以外通气方式为主、自然式内通气方式为辅，虽然通气效果良好，但其复杂性早已受到各方人士的关注。从通气方式看，诱导式内通气方式具有优良的通气效果，排水系统简单，是未来通气方式的发展趋势。我国有关专家在吸取国外经验的基础上，针对我国的实际情况，从理论到技术实践上，对特殊单立管排水系统进行了研究、推广和应用。技术规程与标准图的完善对设计、施工和使用单位进一步采用特殊单立管排水系统起了也起了很大的推动作用[15]。

参考文献:

[1] 大原工业大学.哈尔滨建筑工程学院，湖南大学. 建筑给排水工程（新一版）.中国建筑工业出版社

[2] 张晓燕.施锦岳.王紫玉.室内建筑排水通气方式影响探讨.给水排水,Vol.34 增刊 2008

[3] 胡建春.建筑排水的通气方式及其应用.有色金属加工，2000（5）.

[4] 刘希孟.郭玉茹.高层建筑给排水工程. 哈尔滨工业大学出版社

[5] 廖足良.张勤.程民权.建筑排水系统通气方式特性分析.给水排水，1996(1)

[6] 廖足良.建筑排水系统通气方式特性分析.给水排水,1996(6).

[7] 袁玉梅.特殊单立管排水系统在我国的发展.给水排水,1997(2).

[8] 杨文玲.高层建筑给水排水工程.重庆建筑大学自编教材.1993

[9] 孙明星.板上恭助. 日本建筑给排水的新技术及新动向[J]. 给水排水,1996,22(12):37-41.

[10] 马信国.建筑排水技术发展的若干问题.给水排水,2006,32(4)63-69.

[11] 钱维生.高层建筑给水排水工程. 同济大学出版

[13] 赵世明.建筑排水立管中的压力.中国给水排水,1988,(1):36-40.

[14] 赵锂. 住宅建筑给水排水设计. 给水排水，2000,26(7)：44-47.

[15] 崔佑民.特殊单立管排水系统的应用和推广.给水排水，2005，中国会议

2. 研究的基本内容、问题解决措施及方案

题目：典雅大厦建筑给排水设计

1.工程概况：

典雅大厦项目所在地为江苏省扬州市，为扬州高力国际汽博城有限公司项目。该项目地下一层，地上12层。建筑高度为地上39米，地下－4米。项目用途为酒店式公寓。地下室建筑面积7335平方米，一层建筑面积4163平方米，二层到十二层每层建筑面积3100平方米。市政水压为3.0公斤。

2.设计任务：

⑴ 给水、室内排水、消防、室外雨水排放及自动喷淋系统的选择以及计算；

⑵ 主要设备的选型与计算。

3.设计成果要求：

⑴设计说明书、设计计算书各一份。

⑵施工图纸一份

1） 地下室给排水平面施工图1张；

2） 一层给排水平面施工图1张；

3） 二层给排水平面施工图1张；

4） 三~五层给排水平面施工图1张；

5） 六层给排水平面施工图1张；

6） 七~十二层给排水平面施工图1张；

7）机房层给排水平面施工图1张；

8）厨房、卫生间大样图1张；

9）给水系统图1张；

10）排水系统图1张；

11）雨水系统图1张；

12）消防系统图1张；

13）自喷系统图1张；

14）图纸施工说明1张。

4.系统方案：

4.1 给水系统：

由于高层建筑对消防给水的安全可靠性能要求严格，故高层建筑应独立设计生活给水系统、消防给水系统。高层建筑，若只采用一个给水系统供水，建筑低层的配水点所受的静水压力很大，易产生水锤，损坏管道及附件，流速过大产生水流噪音；低层压力过大，开启水龙头时，水流喷溅严重，使用不便。根据建筑给排水设计手册上卫生器具的最大静水压力不得超过0.35MPa，因此高层建筑给水系统必须分区。设计任务书给定了市政给水管网提供常年的水压为0.3MPa。根据给水最小所需压力估算方法：第一层0.10MPa,第二层0.12MPa，二层以上增加一层压力需增加0.04MPa。得0.3MPa的压力能直接供到第六层。所以-1到5层为一个区，上面6到12层为一个区，总共两个区。-1到5层用市政管网直接供水，其中底层和2到6层单独设立管。

考虑到本设计对象是12层的高层建筑。市政管网提供的压力不能全部直接供水，故必须对生活用水进行提升或加压。

拟设定两种方案(并联式)：

①下层直接供水、上层设水泵、水箱的给水方式

②下层直接供水、上层采用变频水泵加压供水的方式

两种方式的优缺点比较如下：

名称	优点	缺点
水池-水泵-水箱	水池、水箱储存一定的水量，停水、停电时上层可延时供水，供水可靠性提高	①设有水箱，增加了水质的二次污染机会 ②安装维护较麻烦，投资较大，有水泵振动、噪声干扰较大
变频给水	①不需要设水箱，减少了结构负担，减少了二次污染 ②供水水压趋于稳定，各区供水自成系统，互不影响	一次性投资很大， 变频调速器价格昂贵、技术复杂

结论：实际设计中，越来越多的工程都逐渐地放弃了设水箱的这种给水方式，其中的一大原因就是水箱的二次污染问题。现在的科技水平发展很快，变频技术的发展也日渐成熟起来，一些变频技术的缺点也在逐渐被克服。所以针对本建筑，采用变频给水。具体阐述如下：地下一层到五层采用城市管网水压直接供水，六层以上采用地下室变频水泵机组联合分区供水。

由于高层建筑对给水系统防噪声、水锤及水嘴出水量的稳定等要求较为严格，因此设计计算时管道流速宜比低层建筑取得小些，一般干管、立管宜为1m左右，支管宜为0.6~0.8m/s。

4.2 排水系统：

根据《给排水设计手册-建筑给排水》第二版，排水系统划分为合流制和分流制两种。分流制：指粪便污水与生活废水，生产污水与生产废水在建筑物内部分开用管道排至室外。合流制：指粪便污水与生活废水，生产污水与生产废水在建筑物内部混合用同一根管道排到室外。

排水系统采用分流制或合流制，要根据污水性质、污染程度、结合室外排水制度和有利于综合利用及处理要求等确定。室外为合流制，而生活污水必须经过局部处理（化粪池）后才能排入室外合流制下水道，有条件将生活废水与生活污水分别设置管道采用分流制排出，本建筑没有中水回用系统，可不用污废水分流。

基于上述条件，结合本设计的具体情况拟定本设计的排水系统排水方式为合流制。

为了保护存水湾水封，使排水系统内的空气压力与大气压取得平衡。使排水管内排水畅通，形成良好的水流条件。把新鲜空气补入排水管内，使管内进行换气，预防因室外管道系统积聚有害气体而损伤养护人员、发生火灾和腐蚀管道等隐患。减少排水系统的噪声。排水系统应设置通气系统。

结论：室内，室外均采用污废水合流。

4.3 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。雨水排水系统分为内排水系统和外排水系统两类，屋面设雨水斗的雨水排除系统为内排水系统，否则为外排水系统。

本设计采用外排水系统。普通外排水由檐沟和敷设在建筑物外墙的立管组成。根据降雨量和管道的通水能力确定1根立管服务的屋面面积，再根据屋面形状和面积确定立管的间距。

4.4 消防给水部分：

高层建筑必须设置室内、室外消火栓给水系统。室外消防管网的进水管不宜少于两条，并宜从两条市政给水管道引入，当其中一条进水管发生故障时，其余进水管应仍能保证全部用水量。室外消防给水管道应布置成环状，环状管网应采用阀门分成若干独立段。消火栓至高层建筑外墙的距离为5~40m，距路边距离不宜大于2m，距地面高度为1.1米两个消火栓之间距离一般不大于25m,最大不超过30m。本设计采用消防水泵和屋顶水箱联合供水，消防水池设于地下室。室外消火栓用水量为20L/s，室内消火栓用水量为20 L/s，每根竖管的最小流量是10 L/s，每只水枪的最小流量是5 L/s，两支水枪能同时到达任一着火点，火灾延续时间为2h。消防立管设置在楼梯间、管道井内，消火栓应该尽量靠近立管。

4.5 自动喷淋系统：

自动喷水灭火系统包括湿式自动喷水灭火系统、干式自动喷水灭火系统、预作用喷水灭火系统、雨淋喷水灭火系统和水幕系统等。本设计拟采用湿式自动喷水灭火系统,为喷头常闭的灭火系统，管网中充满有压水，当建筑物发生火灾，火点温度达到开启闭式喷头时，喷头出水灭火，根据喷头数量和防火分区进行分组设置。该系统具有灭火及时、扑救效率高的优点。自动喷水灭火系统初期用水由屋顶水箱供给，屋顶水箱设在屋顶水箱间。