第5章建筑排水系统

会计学1第5章建筑排水系统5.1.1分类

1．生活排水系统（分为生活污水系统、生活废水系统、优质生活废水系统）2．工业废水系统（按水质分为生产废水和生产污水）3.雨水排水系统（，按排水方式可分为外排水雨水系统、内排水雨水系统、混合式雨水排水系统）第1页/共67页5.1.2排水体制

排水体制又称“排水系统的体制”，生活污水、工业废水和雨水采取合用或独立管渠排除方式所形成的排水系统，是排水系统设计的关键，它影响环境保护、投资、维护管理等方面。排水体制有合流制排水系统和分流制排水系统两大类。分流制排水系统是指不同水质污废水和雨水采用两个或两个以上独立的管渠系统予以排除的排水体制。若将其中两类或三类污废水合流排除称为建筑合流排水体制第2页/共67页5.1.3系统的组成

1.卫生器具或生产设备受水器2.排水管系3.通气管系4.清通设备（一般在横支管上设清扫口或有清通门（盖板）的90°弯头或三通接头；在立管或较长的横管上设检查口；在室内埋地管上设检查口井；在室外埋地管上设检查井）5.提升设备6.污水局部处理构筑物第3页/共67页5.1.4排水管道的类型

普通单立管排水系统：仅有排水立管而无通气立管的生活排水系统特制配件单立管排水系统：无通气立管，而排水立管上装设有具备通气功能的特制配件的生活排水系统。此时排水体制为合流制，适用于各类多层、高层建筑。双立管排水系统：具有排水立管和通气立管的生活排水系统三立管排水系统：此时排水体制多为分流制。第4页/共67页a.无通气立管的单立管排水系统定义及适用条件：这种形式的立管顶部不与大气连通，适用于立管，卫生器具少，排水量少，立管顶端不便伸出屋面的情况。第5章建筑内部的排水系统5F4F3F2F1F1B第5页/共67页b.有通气立管的单立管排水系统定义及适用条件：水立管向上延伸，穿出屋顶与大气连通，适用于一般多层建筑。第5章建筑内部的排水系统5F4F3F2F1F1B第6页/共67页c.特制配件单立管排水系统定义及适用条件：在横支管与立管连接处，设置特制配件代替一般的三通；在立管底部与横干管或排出管连接处设置特制配件代替一般弯头。适用于各类多层、高层建筑。第5章建筑内部的排水系统7F3F2F1F1B第7页/共67页2.

双立管排水系统定义及适用条件：由一根排水立管和一根通气立管组成。适用于污废水合流的各类多层和高层建筑。第5章建筑内部的排水系统5F4F3F2F1F1B第8页/共67页3.三立管排水系统定义及适用条件：由一根生活污水立管，一根生活废水立管共用一根通气立管组成，属外通气系统，适用于生活污水和生活废水需分别排出室外的各类多层、高层建筑。第5章建筑内部的排水系统5F4F3F2F1F第9页/共67页5.2卫生器具及其布置

5.2.1卫生器具：卫生器具按作用分为以下几类一、便溺用卫生器具：便溺用卫生器具设置在卫生间或厕所内，用来收集生活污水。有大便器（坐式大便器、蹲式大便器、大便槽）和小便器（挂式、立式、小便槽）二、盥洗沐浴用卫生器具有洗脸盆、盥洗槽、浴盆、淋浴器、净身器三、洗涤用卫生器具有洗涤盆、化验盆、污水盆第10页/共67页5.2.2冲洗设备

冲洗设备是便溺用卫生器具的配套设备，有冲洗水箱和冲洗阀两种。一、冲洗水箱

按冲洗的水力原理分冲洗式、虹吸式两类按启动方式分为手动式、自动式以安装位置分为高水箱和低水箱

第11页/共67页冲洗水箱的优缺点优点是具有足够冲洗一次所需的贮水容量，可以调节室内给水管网的同时用水负担，使水箱进水管管径大为减少；水箱浮球阀要求的流出水头仅20~30kPa，一般室内给水压力均易满足；冲洗水箱起到空气隔断作用，不致引起回流污染。缺点是占地大、有噪声、进水浮球阀容易漏水、水箱及冲洗管外壁易产生凝结水，自动冲洗水箱浪费水量第12页/共67页二、冲洗阀优点：它体积小、外表洁净美观、不需水箱，使用便利缺点是构造复杂，容易阻塞损坏，要经常检修。要求流出水头较大（约100kPa），引水管也较大（20~25mm）延时自闭式冲洗阀具有冲洗时间、冲洗水量均可调整，节约用水、工作压力较低，50kPa流出水头时仍可工作，且有空气隔断措施的优点，现已广泛使用，见图5-16。

第13页/共67页5.3排水管材与附件5.3.1排水管材一、塑料管硬聚氯乙烯塑料管（UPVC管）、芯层发泡UPVC管、螺旋UPVC管二、铸铁管三、钢管、不锈钢管（管径小于50mm）四、带釉陶土管（埋地管）第14页/共67页5.3.2排水管道的附件检查口：设在立管（离地1.0m）或较长的横管上。底层和顶层设，其余隔1-2层设一个。清扫口：在横支管上检查井：设在室外埋地管上。生活污水管道不宜在建筑物内设检查井。当必须设置时，应采用密闭措施，即设检查口井存水弯S型存水弯、P型存水弯、瓶式存水弯及带通气装置的存水弯、存水盒地漏：地漏的作用是排除地面积水，厕所、盥洗室、卫生间及其它需经常从地面排水的房间应设地漏。第15页/共67页5.4排水管道的布置与敷设5.4.1布置与敷设原则一、排水通畅，水力条件好；二、使用安全可靠，不影响室内卫生；三、总长度短、占地小、工程造价低；四、施工安装简单，维护管理方便，美观大方。5.4.2排水横支管的布置与敷设要点排水横支管不宜太长，尽量少拐弯不得穿过沉降缝、烟道、风道、伸缩缝避免穿越对建筑装修有特殊要求的大厅、过厅及餐厅第16页/共67页5.4排水管道的布置与敷设5.4.3排水立管的布置与敷设要求排水立管应设在靠近最脏、杂质最多、排水量最大的排水点处；排水立管不得穿越卧室、病房等对卫生、安静要求较高的房间，并不得靠近与卧室相邻的内墙；排水立管宜靠近外墙，以减少埋地管的长度，便于维护与清通

第17页/共67页5.4排水管道的布置与敷设5.4.4横干管及排出管的布置与敷设要求排出管宜以最短的长度排出室外，尽量少在室内拐弯。埋地管不得布置在可能受重物压坏处或穿越生产设备基础，不宜穿越埋地基梁。特殊情况应与有关专业协商处理；建筑物层数较多时，为防止底层卫生器具因受立管底部出现的正压等原因造成污水外溢，按表5-6考虑底层生活污水是否单独排出或放大管径第18页/共67页5.4排水管道的布置与敷设卫生器具排水管不得与排水横管垂直连接，而应采用90°斜三通设备间接排水宜排入邻近的洗涤盆。如不可能时，可设置排水沟、排水漏斗或容器。间接排水的漏斗或容器不得产生溅水、溢流排水管道的横管与横管、横管与立管的连接，宜采用45°三（四）通和90°斜三（四）通，也可采用直角顺水三通或直角顺水四通等配件排水立管与排出管端部的连接，宜采用两个45°弯头或曲率半径不小于4倍管径的90°弯头第19页/共67页5.5排水管系中的水气流动物理现象5.5.1水封及水封破坏水封的作用：水封（图5-25）是利用充水的办法来隔断管道、设备内部腔体与大气连通的方法。防止下水道气体进入室内。水封高度是水封装置中形成的水封进出口水位差。水封高度不能太大也不能太小。一般取值50~100mm，有特殊要求时可在100mm以上。水封破坏是指水封装置中的水封气密性在有效期内失效，致使下水道气体窜入室内的现象。导致水封破坏的原因有正压喷溅、诱导虹吸、自虹吸、惯性力、蒸发和毛细管作用等第20页/共67页２.水封破坏

。水封的破坏与水封的强度有关。水封的强度：是指存水弯内水封抵抗管道系统内压力变化的能力，其值与存水弯内水量损失有关。水封水量损失越多，水封强度越小，抵抗管内压力波动的能力越弱。

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在这里单击鼠标左键播放第5章建筑内部的排水系统第21页/共67页水封破坏的原因正压喷溅：由于回压作用使排水管系所接水封装置中的封水喷出的现象，是水封破坏的主要原因之一。诱导虹吸：又称负压抽吸，是排水管系内因产生负压抽走所接水封装置中封水的现象。自虹吸：水封装置排出管过长致使排水时形成较强的虹吸力的水力学现象惯性晃动毛细管作用蒸发第22页/共67页5.5.2横管内的水流状态水流状态：建筑内部排水具有历时短、流率高、排水突然等特点。冲激流有较强的冲刷能力，能及时排除横管中的沉积物。管内压力横支管内压力变化：横支管自身排水造成的压力波动不大第23页/共67页5.5.2横管内的水流状态1.横干管内压力变化：横干管在立管和排水检查井之间，接纳的卫生器具多，存在着多个卫生器具同时排水的可能。所以排水量大。同时卫生器具距离横干管的高差大，下落污水具有的动能也大，将会在横干管的起端产生强烈的冲激流，水跃高度大，水流充满管断面，见图5-27。此时立管底部和横干管之间的气体不能自由流动，因此短时间内受到强烈压缩，管道内的气体突然增加，在下部横支管中形成回压现象，有时能将污水从底部卫生器具存水弯中喷出。第24页/共67页2.水流状态：污水由竖直下落进入横管后，横管中的水流状态可分为：急流段、水跃及跃后段、逐渐衰减段。a.急流段水流速度大，水深较浅，冲刷能力强。b.急流段末端由于管壁阻力使流速减小，水深增加形成水跃。c.在水流继续向前运动中，由于管壁阻能量逐渐减小，水深逐渐减小，趋于均匀流。第25页/共67页5.5.3立管中的水流状态一、排水立管水流特点：断续非均匀流、气水两相流二、水流流动状态：在部分充满水的立管中，水流运动与许多因素有关。当管径一定时，水量是主要影响因素。立管中水流状态分如下3个阶段，见图5-28。附壁螺旋流、水膜流、水塞流。经实验分析，在设有专用通气立管的排水系统中，当小于1/4时为附壁螺旋流，介于1/4~1/3之间时为水膜流，大于1/3时呈水塞流。第26页/共67页5.5.3立管中的水流状态三、压力变化及分布规律：最大负压值的大小，与排水横支管的高度、排水量大小和通气量有关。排水横支管距立管底部越高，形成的负压越大；排水量越大，形成的负压越大；通气量越小，形成的负压越大。挟气水流进入横干管后，因流速减小，形成水跃，水流充满横干管断面，同时从水中分离出的气体不能及时排走，在立管底部和横干管内形成正压。从上到下在立管中压力由负到正，由小到大逐渐增加，压力零点靠近立管底部。图5-30为普通伸顶单立管排水系统中压力分布示意图。第27页/共67页影响排水立管内部压力的因素在普通单立管系统中，水流由横支管进入立管，在立管中呈水膜流状态挟气向下流动，空气从伸顶通气管顶端补入。1.水舌：水流在冲击流状态下，由横支管进入立管下落，在横支管与立管连接部短时间内形成的水力学现象。2.水舌阻力系数与排水量大小，横支管与立管连接处的几何形状有关。第28页/共67页5.5.3立管中的水流状态四、水膜流运动的力学分析：在水膜流阶段，水沿管壁呈环状水膜垂直向下运动，环中心是空气流。水膜与中心空气流间界限不明显。这样立管中下落的流体分为两类不同特性的气水两相流，一种是水膜区以水为主的气水两相流，一种是气核区以空气为主的气水两相流。为便于研究，忽略水膜区中的气和气核区中的水，因此管道中复杂的气水两相流简化为两类单相流，水膜可以近似地看作一个中空的圆柱体。第29页/共67页5.5.3立管中的水流状态水膜流力学分析：圆柱体由于受到管壁的约束，并非作自由落体运动，而是在下降过程初具有加速度，同时受到向下的重力W和向上的管壁摩擦力P的作用，取一长度为L的基本小环为隔离体，根据牛顿第一定律第30页/共67页

式中m——时刻通过隔离体断面水流的质量，㎏；

W——重力，N；g——重力加速度，m/s2；Q——下落水流流量，m3/s；——水的密度，㎏/m3；t——下落时间，s。第31页/共67页表面摩擦力P式中P——表面摩擦力，N；dj——立管管径，m；L——中空圆柱体长度，m；——水流内摩擦力，以单位面积上的平均切应力表示，N/m2。第32页/共67页水流的内摩擦力式中——沿程阻力系数。对式（5-1）列微分方程，并将（5-2），（5-3），（5-4）代入，第33页/共67页且将上式代入整理得第34页/共67页值的大小与管壁粗糙高度Kp（m）和水膜厚度e（m）有关，其关系式为代入上式得第35页/共67页对终限流速vt时的水膜厚度et可按下式计算展开后忽略，可得第36页/共67页代入可得第37页/共67页5.5.4排水立管在水膜流时的通水能力在水膜流状态，当达到终限流速时，水膜下降流速和厚度保持不变，立管内通水能力也不变。表达式为式中Q——排水流量，L/s；

vt——终限流速，m/s；

t——终限流速时的过水断面，cm2。

第38页/共67页5.5.4排水立管在水膜流时的通水能力在水膜流状态，当达到终限流速时，水膜下降流速和厚度保持不变，立管内通水能力也不变。表达式为式中Q——排水流量，L/s；

vt——终限流速，m/s；

t——终限流速时的过水断面，cm2。

第39页/共67页5.5.4排水立管在水膜流时的通水能力水流断面积为整理得第40页/共67页5.5.4排水立管在水膜流时的通水能力在设有专用通气立管的排水系统中，水膜流时=1/4~1/3，代入（5-25）式，求出不同管径时的水膜厚度见教材170表5-7。由表可以看出，水膜厚度et与管内径dj的比值为0.067~0.092。

第41页/共67页对于d=100mm的新铸铁管，在水膜状态终限流速vt=4m/s时其通水能力为9L/s，此值与美国国家标准所规定的140gal/min相符，前苏联规范中规定立管中水流速度不宜超过4m/s，此时流量亦为9L/s，国内实验也证明破坏水封的流量与此值相近。根据分析和实验还得到水流在相应Q=9L/s

，vt=4m/s值时，自入口流入立管，经3m后（约一层楼高度）保持水膜厚度和流速不变，达到终限流速。第42页/共67页5.6排水管道的通气系统5.6.1通气系统的作用：5.6.2通气管的种类：伸顶通气管、专用通气立管、环形通气管、主通气立管、副通气立管、结合通气管、器具通气管、汇合通气管5.6.3通气管设置原则:生活污水管道或散发有害气体的生产污水管道，均应设置伸顶通气管。第43页/共67页5.6排水管道的通气系统5.6.4通气管管径的确定:通气管管径应根据污水管流量和管长度确定，一般不小于排水管管径的一半，其最小管径可按表5-9确定。结合通气管不宜小于通气立管管径。伸顶通气管管径宜与排水立管管径相同。联合通气管断面积取各汇合管中最大管断面积加其余管断面积之和的0.25倍。

第44页/共67页吸气阀设置部位规定：1.应设在排水立管和副通气立管的顶部（不伸出屋顶），但不得用于主通气立管和专用通气立管的顶部；2.在一栋建筑物的多立管排水系统中，至少应设一根伸顶通气立管，且宜设在最近排水出户口处；3.设在排水横支管最始端的两个卫生器具之间4.高层建筑的排水立管，从底8层起每隔8-12层应安装一个；5.设在易产生自虹吸的用水器具存水弯出水管处第45页/共67页5.7建筑排水管道的水力计算5.7.1排水定额及设计秒流量

一、排水定额：二、设计秒流量：某个管段的设计流量与接入的卫生器具数量、类型和同时作用频率有关。以污水盆排水量0.33L/s为一个排水当量，将其他卫生器具的排水量折算成当量。计算公式有两个

第46页/共67页5.7.2水力计算一、横管的水力计算最小管径:管径一般不小于50mm；对于单个洗脸盆、洗手盆，其排水最小管径可采用40mm钢管；对于单个饮水器最小管径甚至可采用25~32mm钢管；公共食堂厨房内的污水干管管径不得小于100mm，支管管径不得小于75mm。多层住宅厨房的立管不宜小于75mm；医院污物洗涤间内洗涤盆（池）和污水盆（池）的排水管管径不得小于75mm；小便槽或连接3个或3个以上的小便器污水支管管径不宜小于75mm；有大便器的管段最小管径均为100mm第47页/共67页5.7.2水力计算水力计算公式:建筑排水横管按明渠均匀流公式计算.设计计算规定:管道坡度(生活污水管道的坡度有通用坡度和最小坡度两种，一般情况下采用通用坡度);最小流速（自清流速);充满度(自流排水管内污、废水按非满流设计，管道上部未充满空间可使污废水中有毒有害气体自由地排出室外大气中，调节管内压力波动，减少水封破坏，接纳意外的高峰流量)。二、立管的水力计算:按排水立管最大通水能力进行查表确定管径.第48页/共67页例题计算立管PL11.支管计算查附表9得DN100，i=0.0122.立管计算查表5-18得DN100排除管查附表9得DN100，i=0.020第49页/共67页5.7.3特殊单立管排水系统一、特制配件1．苏维脱系统2．空气芯水膜旋流系统3.高奇马排水系统二、工作原理单立管系统用于立管与横支管连接处的，统称为上部特制配件。解决问题途径：扩容、分流、旋流、混合、消能滞流。用于排水立管底部的配件统称为下部特制配件。解决此问题的途径有：排气、扩容、畅流。第50页/共67页5.7.3特殊单立管排水系统三、设置场所1．排水设计流量超过普通单立管排水系统立管的最大排水能力；2．设有卫生器具且层数在10层及10层以上的高层建筑；3．同层接入排水立管的横支管数等于或大于3根的排水系统；4.卫生间或管道井面积较小难以设专用通气立管的建筑。

第51页/共67页5.8污废水的提升与局部处理5.8.1污废水提升建筑物内的污水水泵的流量应按生活排水设计秒流量选定。当有排水量调节时，可按生活排水最大小时流量选定。水泵扬程应按提升高度、管路系统水头损失、另附加2~3m流出水头计算。集水池有效容积不宜小于最大一台污水泵5min的出水量，且污水泵每小时启动次数不宜超过6次。消防电梯的井底应设排水设施,排水井容量不应小于2.00m3，排水泵的排水量不应小于10L/s。第52页/共67页5.8.2污废水局部处理一、化粪池：化粪池可去除污水中可沉淀的和悬浮物质，贮存并厌气消化沉入池底的污泥。化粪池有矩形和圆形两种。实际工程中常用矩形，在污水量较少或地盘较小时，也可采用圆形化粪池。化粪池进出口水位差为0.1~0.15m。有国家标准图02S515。第53页/共67页化粪池使用人数百分数建筑物名称百分数（%）医院、疗养院、幼儿园（有住宿）100住宅、集体宿舍、旅馆60~70办公楼、教学楼、试验楼、工业企业生活间40~50公共食堂、影剧院、体育场及其他类似建筑10第54页/共67页5.9屋面雨水排水系统5.9.1屋面雨水排除方式一、外排水雨水系统：按屋面有无天沟，又分为檐沟外排水和天沟外排水两种方式。1.檐沟外排水：檐沟外排水系统适用于普通住宅、屋面面积较小的公共建筑和单跨工业建筑。2.天沟外排水：天沟外排水系统适用于长度不超过100m的多跨工业厂房。寒冷地区排水立管可能有冻裂的危险。第55页/共67页5.9.1屋面雨水排除方式二、内排水雨水系统：1．内排水系统的组成：由雨水斗、连接管、雨水悬吊管、立管、排出管、检查井及雨水埋地管等组成2.内排水系统的分类：按雨水架空管系上设置的雨水斗数量，可分为单斗雨水排水系统、双斗雨水排水系统和多斗雨水排水系统。按管道设置情况分为雨水敞开系统和雨水密闭系统。3.混合式雨水排水系统：内排水与外排水方式相结合的雨水排水系统，用于连跨厂房跨数较多及天沟过长的情况。第56页/共67页5.9.2雨水内排水系统中的水气流动物理现象

单斗雨水排水系统雨水斗泄流状态:天沟雨水经雨水系统的雨水斗排泄，其排泄能力与天沟位置高度、天沟水位、架空管系的管道摩阻和雨水斗局部阻力有关，主要取决于天沟位置高度。雨水斗离排出管垂直距离越大，产生的抽力越大，泄水能力也就越大。悬吊管和立管内压力变化规律:悬吊管起端呈正压，末端和立管上部呈负压，立管下部呈正压。压力零点随泄流量的增加而上移，满流量零点在最高位置。第57页/共67页5.9.2雨水内排水系统中的水气流动物理现象排出管:立管中雨水进入有一定坡度的横向排出管后，水流巨大的动能转化为势能，流速降低而水深增加，产生壅水，形成水跃，水流波动剧烈，是使立管下部产生正压的主要原因埋地管:在密闭系统中，流动状态为两相半有压非满流。在敞开系统中，井中水位猛升，检查井中的雨水极易从井口冒出，造成危害。多斗雨水排水系统:因为各个雨水斗到立管的水流阻力、管径、管长不同及立管的抽吸影响，各斗的泄流量有差别。第58页/共67页5.9.2雨水内排水系统中的水气流动物理现象通过以上分析得出结论：1.1根立管连接2个雨水斗时，宜设两根悬吊管，对称布置；2.1根立管连接4个雨水斗时，宜设两根悬吊管，对称布置，每根悬吊管设2个雨水斗，近斗口径减小一级，雨水斗的间距不宜过大；3.1根悬吊管上的雨水斗不宜超过2个。第59页/共67页压力(虹吸)流屋面雨水排水系统具有许多优点:如雨水斗设置灵活，且因雨水斗阻尼较小，排水能力增大，雨水斗数量也可减少；单相满管流排水能力大于气水两相流，可减少管道直径和数量，即节省管材；悬吊管不需设置坡度，有利于建筑空间的充分利用；由于排水管道减少，室外雨水检查井数量亦相应减少。用于会展中心、博物馆、厂房、货运站、机场等大面积建筑的屋面排水。有许多专业设计安装公司。第60页/共67页5.10屋面雨水排水系统的计算5.10.1雨量计算一、暴雨强度公式中有两个参数需确定：1.设计重现期P：应根据生产工艺及建筑物性质确定，一般性建筑采用2~3年，重要公共建筑屋面采用10年，工业建筑可参考表5-24确定。2.降雨历时t：由于屋面面积较小，屋面雨水集流时间较短，