真空排水系统的原理及发展

1、摘要本文介绍了德国*公司研制的真空排水系统的历史及基本原理，并且和传统的重力排水系统作以比较，并以上海南站及F1赛场为实例列举了真空排水的诸多特点，阐述了其发展方向。关键词真空排水提升密闭重力沼坡进入21世纪以来，全球经济飞速发展，人们在生活水平大跨步提高的同时，对绿色环保提出了更高的要求，建设一个环保舒适的居住及工作环境成为城市发展的重点。科技正是通过需求而推动，真空排水系统正是在这种背景下，具有环保、节水、低成本等诸多优点，摆脱了建筑史上排水重力坡度的局限性，使得在施工过程中管道的铺设更具灵活性，深受个性化设计的青睐。1860年荷兰工程师Liemur提出了真空排污系统，1950年瑞典工程师

2、Liljendahl发明了系统中所使用的真空连接阀门装置，1980年德国*公司为医院放射科提供专门减少衰变处理量，在室内安装真空座便器，大大起到80%节水的效果。1987年*公司又首次将此设计运用到住房外部的排水管而无须改变原先内部房屋的重力排水结构，使得这一利用空气作为传输介质的理念能将室内外排水设计完美而经济地得到结合。使用真空的原理是一种依靠气压差产生挟裹污水的高速气流，并把污水从器具中取走的排水系统，其具备的优势在于：1.可以简单地解决排水沼坡，使污水可以任意地提升；2 .管道管径小，埋深浅，施工更为方便快捷；3 .没有外溢，不会污染地下水，环保程度高；4 .整体密闭性强，没有气味，清

3、洁度高；5 .系统安全自检性强。我们的系统主要分为室内和室外两个系统：一、室内系统由真空泵站（真空泵、污水泵及真空罐）、真空座便器、控制装置（管道及真空控制阀）组成。室内系统的工作原理是当污水达到一定水量时，真空控制阀会自动开启。真空泵站中的真空泵使管道内维持着0.6bar的负压，污水将以4m/s的速度通过真空管道进入真空泵站中的真空罐。真空排水避免了传统的重力向下的排水局限性，所以管道布置具有任意性。我们可以看到地下室的洗脸盆及洗衣机的污水通过管道被提升再进入真空罐。污水在真空罐内存储到一定水位后，污水泵会开启，把污水排入市政管道。室内系统的设备要求，洗脸盆、小便斗、浴缸等可采用一般通用洁具

4、，根据水量的不同，可以有多个洁具连接一个真空控制阀；座便器必须由德国*公司提供的特殊真空座便器，它保证了每次冲洗只要1升的水，并将真空控制阀整合在座便器内，将整个系统变为一种由空气作为传输介质的负压密闭状态之中。为了保证真空管道的承受力，一般采用抗压能力1.0兆帕，HD-PE/SDR11标准的材质。真空泵为间歇性运作，在管道内负压低于0.4bar时才由自动控制柜控制开启，以维持一定的真空度。真空泵平均每天工作时间为4小时。真空罐将污水进行收集，当达到一定液位后排放到市政下水道中。整个系统通过PLC系统监控泵站运行。案例介绍：上海南站使用环境：上海铁路南站作为适应21世纪需求的标志性建筑，是上海

5、铁路枢纽规划的入门，由法国设计师设计成全封闭形高圆形顶屋面，同时，整个广场工程以站屋为中心,下。根据建筑的功能,将广场工程中的主要功能建筑：商场、车库及南北联系通道设于地采用污、废合流排水系统，对每个集中点（如厕所、厨房、空调机房排水等）采用重力排水立管需要把地下一、二层污、废水汇集到集水池中，在设潜水排水泵提升至室外，但地下广场面积很大，集水池布置点分散，引向室外的排出口多，若使用传统重力排水，气味将是一个很难根本解决的问题并且众多的透气管延出屋顶，影响整个建筑的美观。解决方案：通过采用真空卫生排水系统，南、北广场地下建筑内各设一套360型的一体化泵站，其真空泵站由真空收集罐、真空泵、污水泵

6、及自控面板组成。真空管道和每个出水点连接，灵活绕开其他管道，接入真空泵站。在施工上，降低了难度和施工周期，同时，密闭的真空管道不会溢出难闻的污水气味，只需一根排气管伸出屋顶。该项目由上海华东建筑设计研究院总设计，预计在2005年完成整个项目。二、室外系统*公司的室外系统包括真空泵站（污水泵、真空泵、真空罐）、真空管道、收集箱组成。室外系统的工作原理是不改变建筑物内原重力排水，使用真空收集箱作为功能设备，连接其出水口，通过气动传感原理将内部真空阀门打开，从而使进入的污水处于真空负压状态。污水及废水就会通过收集箱吸入真空管道，再进入真空泵站中的真空罐。室外的真空管道可以随意绕过各种障碍物，甚至在同

7、一沟渠内将污水管同其它管线布在同一平面。一个中心真空泵站的辐射半径最高可达3公里而不需要另外的提升泵，在有水系的地方可以将真空管道直接沿着桥下布管；在野外管线长，放坡大或是地下室有卫生间，需将集水池深挖的情况下，真空管道只需埋深地下60cm至1.2m。真空泵站的工作原理和室内系统相同。根据水量的不同，一个真空收集箱可以连接多幢低层建筑物，其连接的真空管道最大管径在250mm。系统中每隔100m有一个90mm管径的检查管，管道设计成波浪形和锯齿形剖面。真空泵站可以埋入地下。系统除了泵房之外，其他地方均不耗电，既环保，又节约了能源。案例介绍：上海国际赛车场使用环境：上海国际赛车场位于上海市嘉定区安

8、亭镇，包括占地2.5平方公里的赛车场和占地2.8平方公里的配套区，赛道由曾经设计马来西亚雪邦”赛道的德国Tilke公司进行设计，从空中俯瞰整个车场呈现一个土”字。整个赛道全长5.451公里，且属软土地基，使得管道埋深在地下68m。由于赛区中不允许建有泵站及管道，内部排水只能通过3个传统重力泵站分级提升传递，加上赛区的管线分布只能往周边分布，造成在下管线的分层交错情况严重，施工相当困难。赛车场将于2004年3全部建成。解决方案：真空系统应用在总长为5.6公里的两圈赛道看台卫生间，总共有44个卫生间。每个卫生间包括10个马桶、20个小便池、8个水池，峰值流量较大。我们在每圈看台的终端卫生间内部设置

9、一个真空泵房，分别用于解决北圈1.5公里和南圈3.5公里的卫生间排水，总管管径最大为250mm。另外，由于赛车场使用时的绝对高峰及非赛时期污水存留的气味，在每个真空泵站内我们增加了空压机将残留在管底的少量污水一次性清空，彻底消除了隐患。真空排水解决了建筑物内外坡度提升的难题，它的适用场合包括：卫生设备使用频繁，用水费用高的场合；制使得重力管道无法铺设的地没有坡度，缺少空间，天花板低，或者其它结构上的限方;需要重建或改造，但条件困难和地基不牢固的昂贵场合地势比较平坦，水系复杂，地质条件不好的软土、流沙型地带；亏水需要从很远的地方传送到市政下水道或是污水处理厂的地区;真空系统相对传统的重力排水具有较大的优势，无需泵的分段提升、检修方便、经济成本也相对较为合理。在中国的水资源正处于紧缺的阶段