单叶片螺旋管在高层建筑排水立管上消能作用

现在的高层建筑的排水立管上，往往都可以看到建筑上安装了相应的消能装置。目前， 普遍认为在高层建筑安装排水消能装置能够有效地减少水流的能力，由此来减少对于排水立 管的冲击能力。但是，在实际的使用过程中，安装了消能装置高层建筑排水设置实际效果没 有那么理想，反而由此还产生了一些新的问题，比如立管堵塞问题。

本文通过对高层建筑立水管上安装消能的可能性分析以及安装过程中容易出现的两个 方面对高层建筑排水消能问题进行初步的探讨。

高层建筑排水立管上安装消能的可行性分析， 下面以具体工程为例，对广东省 某商业 大厦的工程为例，做出以下分析：

某商业大厦工程采用污废水分流制，设计中对于排水设施选用 d110 排水管，设置 d110通气管，其最大排水能力为 9.8L/S，最不利立管计算排水设计流量为 7.08—8.1L/S，已经达 到了设计规范要求。但是，工程在投入使用后，排水立管发生堵塞，施工责任方到场进行相 应设备的检查，最后确定堵点为消能装置处。经与多方相关人员协商，最后，施工方把污水 立管上的消能装取消，改为直线管段，同时排出横管改为柔性铸铁管，来防止对底层管道的 破坏。经过此番修改后，大厦管道没有发生过堵塞现象，关于消能装置的设置，在实际的施 工过程中，高层建筑往往在立管上设置其消能装置，但在相关的施工规范和设计规范中并没 有要求要设置消能装置，那么在立管上到底要不要设置消能装置呢？

我们先从排水立管中水流的状态来分析。水在立管中的流动，大致会经历三个阶段：

第一个阶段：当立管中水流量较小时，水流就会附着立管的管壁呈螺旋状地流动，由于 水流是螺旋状流动，那么立管内部就会有空间允许空气的流动，由此立管内部气压与外部大 气压保持一种平衡的状态。

第二个阶段：随着水流量的不断增大，立管内壁的吸附力逐渐大于水流的张力，这就迫 使水流改变原有的螺旋状的运动方式，开始呈片状下落，这也就形成了水膜流。其具有二个 主要特征： 第一，在一定条件下可以形成短时间的隔膜流，但是，立管中的空气可以冲破 隔膜流，使水流恢复原有的片状下落状态。第二，水膜下降过程中的速度变化会直接影响水 膜的厚度。在条件允许的情况下，重力与摩擦力保持平衡，此时水膜下降的速度就成为了极 限流速。

第三个阶段：在充水率超过立管的三分之一时，就会形成水塞。水塞不容易被空气破坏， 进而引起立管内部气压的不稳定，形成有冲击力的气流。由此产生对室内卫生器具水封产生回压及抽吸现象，不利排水工况。

此外，针对排水立管中水膜流运动的动力来对可行性进行探讨。

据有关实验数据表明，立管内的水流并非作自由落体运动，而是在下降之初具有加速度，e 与 v 成正比。水流下降一段距离后，当水流受到的管壁摩擦阻力 P 与重力 W 等平衡时， 便做匀速运动，不再变化。这种一直降落到立管底部保持不变的下落速度―极限流速。自水 流人口到开始形成极限流速的距离，称为极限流速距。

根据牛顿第二定律，建立排水立管中水膜流动运动的微分方程式，按极限流速和极限长 度的定义，并引入有关参数，经数学运算得出如一「结论：污水由立管经过 3.0m 降落后， 流速 v 和 e 不变，流态稳定。表明横支管的排水在立管内引起了压力变化，不会对相邻层横 支管的水封产生影响。

因此，可以得出，并不是楼层越高，水流到达立管底部的流速就越大，当水流降落一段 距离后，流速将保持不变，也就是说，只要水流降落的距离大于 3.0m，水流将作匀速运动， 所以高层建筑在立管上设置消能装置是意义不大的，也许有人会说，如果排水中存在杂质怎 么办，杂质是否也是匀速运动呢？

确实我们需要考虑这一点，如果水中存在较大的杂质，那么杂质就真有可能以很高的速 度降落，如果排水管道采用的是 PVC 塑料管，那么立管底部被水中的杂质砸破的可能性也 很高，其实，这个问题的处理办法也很简单，将立管底部用铸铁管代替 PVC 管，那么管道 就不那么容易被击破了，也省去了设置消能装置的不便。设置消能装置确实能够减少水中杂 质的能量，但是消能装置的设置，一是占用大量的空间位置，二者容易造成水流速度不够大， 容易造成堵塞，对水流的消能作用有限，因此综合考虑，高层建筑建议不采用消能装置，而 仅仅利用立管末端采用抗冲击力强的刚性罐道就可解决问题。

安装消能装置的必要性分析

关于在高层建筑上排水立管的消能装置的具体方法，在现阶段的相关规范中并没有体现。 仅仅是在《建筑排水用硬聚氯乙烯（PVC-U）管道安装》第 28 页中提到排水立管简易消能 装置的安装做法。但是，目前现阶段的施工过程中，排水立管的消能装置并不是必需的。

是否在建筑中安装消能装置，往往是由建筑的设计师决定的。但是，在建筑完工后的使 用过程中发现，消能装置并没有发挥其应有的作用。在通常情况下，每六个楼层安装一个排 水消能装置。主要目的是降低水流噪音和降低立管内部水流对排水管底部横管的冲力。但是， 如果立管内部的水流量较小，水流难以形成冲击力。那么，污水在流经排水消能装置的时候， 就很容易在连续弯道堵塞。此外，安装排水消能装置会占用一定的建筑空间，住户为了追求 美观就会对消能装置进行一定的包装，一旦出现堵塞的情况维修起来非常困难。进而，影响 到了住户的使用。

在不安装排水消能装置的前提下，采用单叶片内螺旋的排水管道一样可以避免上述问题 的发生。排水立管中的水流受到内部单叶片螺旋管道的影响，会沿着螺旋内壁顺势流淌，这 样就不会产生水流膜，也就避免了水流噪音的产生。水流是顺势而下，避免了产生巨大冲击 力造成立管地步横管的损伤。

综上所述，在高层建筑中采用了单叶片内螺旋排水管材，可以有效的消除排水噪音，只 要按规范要求正确安装管道，就可以保护立管下部的横管，因为没有必要安装消能装置。