5.3 半有压屋面雨水收集系统

半有压屋面雨水收集系统是在1997年版的《建筑给水排水设计规范》GBJ 15—88的雨水系统基础上改进来的。该系统中的雨水斗可采用65型、87型斗，系统的设计原理及方法是依据20世纪80年代我国雨水道研究组水气两相混掺流体在重力-压力作用下的运动试验。本规范采用“半有压”称谓取自于《全国民用建筑工程设计技术措施——给水排水》和《建筑给水排水工程》(第五版)。
本规范对原有系统的改进主要是增大了雨水斗、悬吊管及横管、立管的泄水能力，主要依据有两点：
1 该系统已被20余年的运行实践证明是安全的，原来的服务屋面面积无理由减小。目前屋面降雨设计重现期从原规范的1年放大到了2～5、10年，使系统服务面积上的计算雨水流量增大，所以，系统的泄流量需相应调整增大，以保持原服务面积。比如，对坡度小于2.5％的屋面，北京和上海5年重现期的计算雨量是1年重现期的1.57倍，见表13，所以系统允许的泄水能力应相应扩大到原来的1.57倍，才能使原有的服务面积不变。 2 原系统约20余年的实践运行经验表明，系统预留的排水余量可适量减小。
5.3.1 规定雨水斗的排水性能。
65型、87型属于半有压型雨水斗，该斗具有优良的排水性能，典型标志是排水时掺气量小。半有压屋面雨水系统的设置规则以这些雨水斗为基础建立。
根据表13，设计重现期从原来的1年提高到目前的3年之后，为保持雨水斗原有的服务面积能力不变，雨水斗的排水流量应扩大到1.39倍(以北京、上海为例)，如表14。但出于保守考虑，本规范表5.3.1对多斗悬吊管上的大部分斗并未取如此高的值，这使得雨水斗的服务面积比原规范GBJ 15-88有所减少。 从我国雨水道研究组的试验数据分析，表5.3.1中雨水斗的排水能力也是可行的。图5是DN100雨水斗排水量试验曲线。在该试验条件下，雨水斗的进水流量随斗前水位的缓慢上升而迅速增大。当斗前水位从0上升到100mm，则进水量从0增大到35L/s。之后，水位迅速抬升，但进水量基本不再增加。表5.3.1中数据上限值取16 L/s(斗前水深约60mm)而未取35L/s(斗前水深约100mm)，预留了足够的安全余量排除超设计重现期雨水。其余口径的雨水斗试验曲线与此相似。 测试资料证明，多斗悬吊管系统中的最大负压产生在悬吊管的末端、立管的顶部。近立管的雨水斗受负压抽吸较大，泄流量大，而离立管远的雨水斗受负压抽吸作用较小，泄流量小。这种差异随斗前水深的增加而更加明显。表15为清华大学等1973年《室内雨水架空管系试验报告》中的斗间流量差异资料，表中L是两斗之间的距离，h为斗前水深。
5.3.2 规定雨水斗格栅。
格栅的作用是拦截屋面的固体杂物。格栅进水孔应具有一定面积，以保证雨水斗有足够的通水能力，并控制雨水斗进水孔被堵的几率。根据我国雨水道研究组总结国内外雨水斗的功能，推荐进水孔面积与雨水斗排出口面积之比为2左右。
条文规定格栅便于拆卸，目的是便于清理格栅上的污物等。
5.3.3 规定多斗系统雨水斗的布置方式。
雨水斗对立管作对称布置，包括了管道长度或者阻力的对称，即各斗接至立管的管道长度或阻力尽量相近。
在流体力学规律支配下，距立管近的雨水斗和距立管远的雨水斗至排放口的管道摩阻应保持相同，这就造成近斗与远斗泄流量差异很大。规定雨水斗宜与立管对称布置的目的是使各雨水斗的泄流量均衡，避免屋面积水。
悬吊管上的负压线坡向立管，立管顶端的负压对悬吊管起着抽吸作用。负压的大小将影响到连接管和雨水斗的泄流能力。若在立管顶端设雨水斗，则将大量进气而破坏负压，影响管系的排泄能力。
5.3.5 推荐一根悬吊管连接的雨水斗数量。
实际工程难于实现同程或同阻，故本条控制4个雨水斗。为减小雨水斗之间排水能力的差别，设计时应尽量创造条件使4个斗同程或同阻。
5.3.7 规定雨水悬吊管的清扫口和检修措施。
雨水悬吊管的清扫和检修措施是很重要的，悬吊管上设检查口或带法兰盘的三通管，其间距不大于20m，位置靠近柱、墙，目的是便于维修时清通。
5.3.8 规定悬吊管的敷设坡度和最大排水能力。
我国雨水道研究组的试验表明，悬吊管中的压(力)降比管道的坡降大得多，见图6。图中横坐标为悬吊管上测压点距排水雨水斗的长度，纵坐标为悬吊管内的压力(mm水柱)。悬吊管内的水流运动主要是受水力坡降的影响，而不是管道敷设坡度。条文中推荐0.005的敷设坡度主要是考虑排空要求。 本条多斗悬吊管排水能力表格中的水力坡降指压力坡降，管道敷设坡降很小，可忽略不计。水流的主要作用水头为两部分之和：悬吊管到屋面的几何高差+立管顶端的负压(速度头忽略)。立管顶端的负压见试验曲线(见图7)。最大负压值随流量的增加和立管高度的增加而变大。条文中偏保守取值—0.5m水柱(0.005MPa)，以便流量计算安全。 5.3.10 规定各种安装高度的雨水斗与立管的连接条件。在设计流量小于立管最大排水能力的条件下，可将不同高度的雨水斗接入同一立管，这引自1997年版《建筑给水排水设计规范》3.10.13条，其主要依据是我国雨水道研究组的测试资料。但在实际工程中，为了避免当超设计重现期的雨水进入立管时，影响较低雨水斗的正常排水或系统故障对排水能力造成影响，一般高差太大的雨水斗不接入同一立管或系统。本规范条文中推荐的高差是经验值。
5.3.11 规定无溢流口的屋面雨水立管不得少于两根。
屋面一般都要设置雨水溢流口，用于屋面积水时排水，屋面积水可能是降雨过大引起，也可能是系统堵塞引起(比如树叶、塑料布等堵塞雨水斗)。但有时屋面确实难以设置溢流口，这样的屋面就需要布置两个或以上的立管，当然雨水斗也就不会少于两个。
5.3.12 规定立管底部设检查口。
立管底部设检查口可选择设在立管上，也可设在横管的端部。
5.3.13 规定管材和管件的选用要求。
雨水管道特别是立管要有承受正、负两种压力的能力。竣工验收时管道内灌满水形成正压，压力值(以水柱表示)与建筑高度一致；运行中出现大雨时特别是超设计重现期大雨时管道内会产生很大负压。金属管承受正、负压的能力都很大，没有被吸瘪的隐患，故宜优先选用。对非金属管道提出抗负压要求是工程中有的塑料管下雨时被吸瘪的经验总结。