第5章建筑内部的排水系统

第5章建筑内部的排水系统卫生器具受水器排水管系统通气管系统清通设备排水系统的特点和基本要求污废水的特点：废气流量变化大压力变化大固体废物存在问题：卫生排水能力污水冒溢堵塞排水系统的特点：设水封，通气管不满流，通气管通气管设清扫口，检查口，最小管径基本要求：迅速畅通地将污废水排出室外；减少管道内水压波动；经济§5-1排水系统的分类和组成•系统的分类按污废水的来源分为：生活污水排水系统工业废水排水系统屋面雨水排水系统•排水体制分流制——生活污水和废水用一套管系排出。合流制——生活污水和废水分别设置管系排出。•排水系统的组成（1）卫生器具和生产设备受水器●常用卫生器具的种类及特点便溺用卫生器具及冲洗设备盥洗、沐浴用卫生器具洗涤用卫生器具专用卫生器具●卫生器具常规设计“三大件”洗脸盆、浴盆、坐式大便器附：常用大便器种类及配套冲洗设备大便器种类配套冲洗设备坐式大便器低位水箱蹲式大便器高位水箱、冲洗阀大便槽高位水箱（自动）（2）排水管系（图5-1）器具排水管、排水横管、排水立管、出户管（3）通气管系伸顶通气管和辅助通气管系（4）清通设备检查口、清扫口、检查井（5）抽升设备（6）污废水局部处理设施化粪池、医院污水处理设施等90°斜三通45°三通、90°斜三通、直角顺水三通两个45°弯头弯曲半径大的避免轴线偏移排水支管连接要求§5-2排水管系和通气管系•排水管系•（1）器具排水管•（2）排水横管•（3）排水立管•（4）出户管•排水管道组合类型•（1）单立管排水系统——多层建筑。•（2）双立管排水系统——多层和高层建筑。•（3）三立管排水系统——多层高层建筑。•卫生器具排水管与排水横直管可采用90°斜三通连接；•排水管道的横管与横管、横管与立管的连接宜采用45°三通或45°四通、90°斜三通或90°斜四通连接，也可采用直角顺水三通或直角顺水四通等；•排水立管与排出管端部的连接宜采用两个45°弯头或弯曲半径不小于4倍管径的90°弯头；•排水管应避免轴线偏移，当受条件限制时，宜用乙字管或两个45°弯头连接。排水管的连接立管中的水流状态水流特点：断续的非均匀流气水两相流管内压力变化为什么要设置通气管水流流动状态：附壁螺旋流水膜流水塞流•通气管系•通气管系的作用•（1）使室内污水管道与大气相通，使管道中散发的有毒有害气体排入大气；•（2）保持管道中的气压平衡，防止存水弯中的水封受到破坏，使管内水流畅通；•（3）经常有新鲜空气流通于管道内，可避免管道因废气而遭受锈蚀。•通气管系的种类及设置原则•（1）种类A伸顶通气管B辅助通气管系（A）专用通气立管（B）主、副通气立管和环形通气管（C）安全通气管（D）结合通气管排水立管与最上层排水横支管连接处向上垂直延伸至室外作通气用的管道。排除废气，平衡压力仅与排水主管连接，使污水主管内空气流通立管负荷高时连接环形通气管和排水立管，使排水支管和排水主管空气流通与环形通气管连接，使排水横支管空气流通在多个卫生器具的排水横支管上，从最始端卫生器具的下游端接至通气立管横管负荷高时卫生器具存水弯出口端接至主通气管卫生、安静要求高设有通气的排水立管的最大排水能力不通气的排水立管的最大排水能力•（2）设置原则一般2层或2层以上的生活污水管道，有污水立管，必须设置伸顶通气管；只有1层的建筑可以不设伸顶管；底层单独出户管不设伸顶管；当立管所承纳的排水负荷较大，立管所承担的排水负荷超过临界流量时，需设置专用通气立管，以增加立管的通气能力；当横管所承纳的排水负荷较大时，需设置主、副通气立管和环形通气管，以增加横管的通气能力；a)排水横管上有4个以上卫生器具，且管长大于12米b)排水横管上有6个以上便器c)排水横管的充满度大于0.5横管长度大于12米时，需设置安全通气管；结合通气管用于联结排水立管和通气立管。•通气管系的安装•伸顶通气管的安装a）伸出屋顶高度0.5~0.7mb）上人屋面不小于1.8mc）出口4m内有门窗时，高于门窗上边缘0.6md）不能设在挑出部位下（阳台、遮阳板、遮雨板）•辅助通气管的安装a）通气立管上下端的位置b）环形、安全通气管的末端高度c）结合通气管的数量及安装方法•通气管的管径确定a）通气立管的管径与排水立管的管径相同或小一级b）结合通气管管径与通气立管管径相同c）汇合通气管断面面积总管断面积F=fmax+m∑fn§5-3排水管系中水气流动的物理现象•建筑内部排水流动特点•水封的作用及其破坏原因•横管内的水流状态•立管内的水流状态•排水立管的通水能力•影响立管压力波动的因素及防止措施•建筑内部排水流动特点排水管道按非满流设计，且污水中含有固体杂质，因此，排水系统中的水流运动为水、气、固三相流动。其主要特点包括：（1）间歇排水，水量、气压变化幅度大；（2）流速变化剧烈；（3）事故危害大。为合理设计建筑内部排水系统，既要使排水安全畅通，又要做到管线短，管径小、造价低，因此需专门研究建筑内部排水管系中的水气流动物理现象。•水封的作用及其破坏原因•水封的作用利用一定高度的静水压力来抵抗排水管内气压变化，防止管内臭气和有毒、有害气体进入室内。•水封的破坏及其原因因静态和动态原因造成存水弯内水封高度减少，不足以抵抗管道内允许的压力变化值时，管道内的气体进入室内的现象叫作水封破坏。（1）负压抽吸（2）正压喷溅（3）自虹吸现象（4）静态原因•横管内的水流状态•能量转换（公式5-1）•水流状态a）急流段b）水跃段c）跃后段d）衰减段•横管内的压力变化a）横支管内的压力变化b）横干管内的压力变化•立管内的水流状态•排水立管的水流特点（1）断续的非均匀流（2）水气两相流（3）管内压力变化•立管内的压力变化（图5-26）•水流流动状态A.附壁螺旋流（充水率ωt/ωj≤1/4）特点：a）水流沿管壁周边向下作螺旋运动；b）水流挟气作用不显著，管内气压稳定。B.水膜流（1/4≤ωt/ωj≤1/3）特点：a）水流沿管壁周边作下落运动，形成有一定厚度的带有横向隔膜的附壁环状水膜流；b）横向隔膜厚薄不稳定，易被管内气流冲破，管内气压波动不大，不会造成水封的破坏。C.水塞流（ωt/ωj≥1/3）特点：a）水膜厚度增加，横向隔膜形成频繁，有水塞形成；b）管内气压波动大，造成水封的破坏。结论：在同时考虑排水系统安全可靠和经济合理的情况下，排水系统内的最佳水流状态应为水膜流状态。此时既可保证一定的排水负荷，又能维持管内气压稳定，使管内水流畅通。5-4污水提升和处理污水泵：潜污泵，自动控制集水池：容积不小于最大一台水泵5min的抽水量，每小时启动次数不超过6次；不得大于6h平均污水量；水深1~1.5m；设集水坑（深0.5m）泵站：地下室或底层化粪池：水力停留时间8~24h，2~3格，离建筑物不小于5m除油池除泥/除砂池•排水立管的通水能力•水膜流运动的力学分析目的：确定水膜流阶段排水立管在允许压力波动范围内的最大排水能力A）水膜流的运动特征水膜流形成后比较稳定，向下作加速运动，水膜厚度近似与下降速度成反比。随着水流下降速度的增加，水膜所受管壁摩擦力也随着增加。直至水膜所受的管壁摩擦力与重力达到平衡时，水膜的下降速度与厚度不再变化，此时的流速称作终限流速（vt）；从排水横支管水流入口至终限流速形成处的高度称作终限长度（Lt）。B）水膜流运动的力学分析排水立管中的水膜可近似看作一个中空的圆柱状物体（图5-28），在下降过程中同时受到重力W和管壁摩擦力P的作用。取一个长度为△L的单元体进行分析，根据牛顿第二定律有：F=ma=m（dv/dt）=W–P（5-2）其中W=mg=Q·ρ·t·g（5-3）P=τ·π·dj·△L（5-4）τ=（λ/8）·ρ·v2（5-5）λ=0.1212（KP/e)1/3(5-6)v=△L/t(5-7)将（5-3、4、5、6、7）带入（5-2），整理后有：（m/ρt）·（dv/dt）=Q·g-（0.1212π/8）·（Kp/e)1/3v3·dj(5-8)当水膜达到终限流速vt时，水膜厚度达到终限流速时的水膜厚度et，此时水流速度不再改变，加速度a=dv/dt=0，式（5-8）可整理为：vt=[（21Q·g/dj）·（e/Kp）1/3]1/3(5-9)终限流速时的排水流量Q=etvtπdj(5-10)将（5-10）带入（5-9）得vt=2.22（g3/Kp）1/10·（Q/dj）2/5=4.4（1/Kp）1/10·（Q/dj）2/5=1.75（1/Kp）1/10·（Q/dj）2/5（Q：L/s，dj：cm）(5-11)根据终限长度的定义，利用数学方法推得：Lt=4.4（1/Kp）1/10·（Q/dj）2/5(5-12)•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，水膜下降速度和厚度保持不变，立管通水能力也不变，表达式为：Q=（1/10）ωt·vt(5-13)将ωt=πet（dj–et）和式（5-11）带入，有：Q=0.3686（1/Kp）1/6[（dj–et）et]5/3/dj2/3(5-14)化简后有：Q=0.0365（1/Kp）1/6α5/3/dj8/3(5-15)其中，Q：排水流量，L/s；α：充水率（α=ωt/ωj）dj：立管内径，m；Kp：当量粗糙高度，见表5-6。•影响立管内压力波动的因素及防止措施•立管（横支管入口处）最大负压P1=-ρβvt2或P1=-1.53ρβ（1/Kp）1/5（Q/dj）4/5P1：立管内最大负压值，Pa；ρ：空气密度，kg/m3；Kp：管壁粗糙高度，m；Q：排水流量，L/s；dj：管道内径，cm；β：空气阻力系数，β=1+ξ+λ（L/dj）+K•结论•立管内最大负压值与管壁粗糙高度、管径成反比；•立管内最大负压值与排水流量、终限流速和空气阻力系数成正比；•不设伸顶通气管时，ξ=∞，造成负压很大，水封受到破坏。•稳定压力和增大通水能力的措施•减小终限流速A.增加管内壁粗糙高度；B.设乙字弯消能措施；C.利用溅水方法使下落水流与空气混合，降低流速（瑞士，苏维脱排水系统）；D.使水流沿切线方向进入立管旋流而下，降低流速（法国，空气芯水膜旋流排水系统）。•减小水舌阻力系数A.设置通气立管；B.利用空气芯避免水舌；C.横支管与立管相连时采用异径三通或顺水三通。5－4排水管道的布置与敷设一、排水管道的布置1．排水立管应设在靠近最脏、杂质最多的排水点处，污水管道的布置应尽量减少不必要的转角及曲折，尽量作直线连接。2．生活污水立管不得穿越卧室、病房等对卫生、安静要求较高的房间，并不宜靠近与卧室相邻的内墙。3．明装的排水管道应尽量沿墙、梁、柱作平行设置，以保持美观。4．管道的安装位置应有足够的空间以利于拆换管件和进行清通和维护。5．排水出户管一般按坡度要求埋设于地下，并宜以最短地距离通至室外。6．排水管道不得布置在食堂、饮食业的主副食操作烹调的上方。7．排水管道不得穿过沉降缝、伸缩缝、烟道和风道。8．排水管道不得布置在遇水引起燃烧、爆炸或损坏的原料、产品和设备的上面。9．当排出管与给水引入管布置在同一处进出建筑物时，排出管与给水引入管的水平距离不得小于1.0m。二、排水管道的敷设与安装管道的敷设安装要求：1．在标准较高的建筑内所有的排水管道均暗装。2．管道的连接方式应满足下列要求：①卫生器具排水管与排水横支管连接时，可采用90°斜三通。②排水管道的横管与横管、横管与立管的连接，宜采用45°三通、45°四通、90°斜三通、90°斜四通。③排水立管与排出管端部的连接，宜采用两个45°弯头或弯曲半径不小于4倍管径的90°弯头。④排水管应避免轴线偏置，当受条件限制时，宜采用乙字弯管或两个45°弯头连接。⑤排水管与室外排水管道连接，排出管管顶标高不得低于室外排水管管顶标高。其连接处的水流转角不得小于90°，当有大于0.3m的跌落差时，可不受角度限制。3．排水管必须采取可靠的固定措施，立管必须在每层设置支撑支架，横管一般用吊箍吊设在楼板下。4．为防止埋设在地下地排水管道受机械损坏，排水管道的最小埋设深度，可参照下表确定。管材地面至管顶的距离（m）素土夯实、缸砖、木砖地面水泥、混凝土、沥青混凝土、菱