基于节流雨水空气压缩屋顶设计

摘要：我国很多地区在雨季时分，大量的降雨并未即使进行收集利用就直接排放，不仅降低排水效率，还会造成水资源浪费。对于绿色节水问题，我国十分关注和重视，不仅能够提高水资源的利用，还能够保护周围环境，促进我国社会的可持续发展。本文首先对绿色建筑给排水设计过程中存在的问题进行了分析，之后阐述了节水节能技术和设备应用更新的重要性，最后对科学的节水节能技术和设备提出了创新想法。

关键词：绿色；节水；利用率

引言

现如今随着人口的大量增长，建筑用地不断增加，但高层建筑屋顶开发利用率较低，使得城市绿化面积不断缩减，人民日益增长的美好生活需要不能得到满足。与此同时，我国南方地区降雨量大，雨水没有被有效回收利用，反而被直接排放，造成了天然水资源的浪费。

绿色屋顶的出现不仅切实解决了相关问题，还对城市的发展起到了带动作用。绿色屋顶是通过在建筑顶部种植植物的可持续实践，通过多层结构（如防水层、排水层和植被层）实现生态与经济效益。该设计技术作为国内新型建筑屋面排水技术现已广泛用于各类重要场所以及大屋面建筑。

以此同时，绿色屋顶还存在技术瓶颈需要针对性优化。①传统屋顶设计荷载普遍低于150kg/㎡，而绿色屋顶需额外承载基质（10-30cm）、植被及排水系统，导致35%的设计因荷载不足被迫简化设计。②防水层易受植物根系穿透破坏，30%的设计在3年内出现渗漏。后期维护成本高，需定期清理排水层、防治病虫害，且极端天气（如暴雨、大风）易导致植被损毁。③国内植物选择仍以佛甲草、景天科为主，缺乏本土化植物数据库。北方地区因气候干燥寒冷，植物存活率低于南方，需研发耐旱耐寒品种。植物蒸腾作用可能导致基质层水分失衡，影响长期稳定性。④尽管部分设计采用智能灌溉系统，但整体监测仍依赖人工，缺乏对温湿度、土壤养分等参数的实时联动调控。物联网技术的深度应用尚处探索阶段。

1本创新设计概况

为解决当前绿色屋顶所面临的问题，我们提出了节流雨水空气压缩屋顶设计，本设计研发思路主要考虑以下两个关键问题：（1）快速渗水、吸水、净水、蓄水，并加以合理利用。既可完成水资源循环再利用，也能延长建筑的使用寿命。（2）合理开发屋顶闲置空间，增加城市绿化面积。

本设计将“海绵城市”理念应用到屋顶设计，使屋顶的积水能快速地排净，与传统建筑设计铺设防水卷材等材料，只“防”而不“疏”的屋顶铺设方式形成鲜明对比，解决了屋面边角漏水的问题，更有效地保证建筑的使用寿命和用户长久的体验感。

2节流雨水空气压缩屋顶创新内容

2.1防止雨水堵塞的虹吸排水系统

当雨水流入屋顶排水管道时，排水管道完全被雨水浸没，使得管道内部没有空气，排水管道一边封闭并且低于液面，打开封闭端后，雨水在重力作用下从屋顶流向地面，形成虹吸，节流雨水空气压缩屋顶的虹吸雨水斗采用独特的反涡旋装置，使雨水在流入斗室时均匀分散，破坏其形成漩涡条件，隔绝空气进入，系统呈满管流状态，在较小斗前水深下达到满流状态，减少屋面荷载，快速排出管内雨水。

2.2使雨水流的更快的文丘里管道

利用文丘里原理，受限流体在通过缩小的过流断面时，流体出现流速增大的现象，其流速与过流断面成反比。当气（液）体在文丘里管里面流动，在管道的最窄处，动态压力（速度头）达到最大值，静态压力（静息压力）达到最小值。速度因通流横截面减小而上升。整个涌流在同一时间内经历管道缩小过程，压力减小。进而产生压力差， 用于测量或者给流体提供一个外在吸力。将收集的空气连接空气压缩机，用户可通过压缩机内的空气自动释放，形成的高速空气流与净化后的雨水对接，进而喷射出细密均匀的雾状液滴。

2.3防止淤泥堵塞管道的立式离心过滤机

离心过滤技术可以高效分离雨水中的淤泥树叶等杂质，防止排水管道堵塞，下雨天时，雨水夹杂着淤泥等杂质进入屋顶排水口，在重力的作用下首先经过带有过滤介质的转鼓中，然后被引导沿内壁切线方向进入筒体，形成紧贴内壁的旋流。在离心力作用下，雨水中的杂质、泥沙等较重颗粒被甩向过滤器内壁，并在重力作用下向下沉降，通过弧形雨水斗底部的排污弃流口排出。而经过滤网过滤的干净雨水则从出水口流出。

2.4合成纤维背称型EPDM防水材料

EPDM防水材料是以三元乙丙橡胶掺入适量的丁基橡胶、硫化剂、促进剂、软化剂和补强剂等，经密炼、拉片过滤、挤出成型等工序加工而成。由于三元乙丙橡胶分子结构中的主链上没有双键，因此当其受到臭氧、紫外线、湿热的作用时，主键上不易发生断裂，所以它有优异的耐气候性、耐老化性，而且抗拉强度高，延伸率大，对基层伸缩或开裂的适应性强、性价比高、重量轻、使用温度范围宽，是一种高效防水材料。

3实验处理

选取一处废弃高层建筑，在顶层屋顶钻孔，安装虹吸排水系统，下方（顶层）连接立式离心过滤机，在立式离心过滤机底部连接直径20厘米的排污管道，侧下方连接直径8厘米排水管，排水管连接文丘里管道，（正取压口直径8厘米，负取压口直径2厘米）安装完成后，从上方通水10分钟，检验装置是否漏水、积水、积於，实验三次后无问题便等待降水。

在降水时，根据降水量大小，适当将一些泥土等杂质放置在屋顶，检验立式离心过滤机的能效以及排污性能。

经过整体试验检测，节流雨水空气压缩屋顶适用于大型建筑，居民小区和公共建筑设施。同时，为倡应绿色可持续发展战略，排污口可以连接储水箱，用于绿化浇灌，又因为排水口连接文丘里管，过滤之后的降水可以用于冲马桶、高压洗车等，节约和高效利用水资源。

4总结

现如今，土地资源日益紧张，但大多数屋顶没有得到有效开发，我们本着充分利用闲置资源的初衷，开发屋顶闲置空间。本设计可产生良好的影响力，通过将其推广到社会，实现节能环保目标要求，充分展现快渗水、快吸水、快过滤、快存水的优势，并产生良好的社会效益。

此外，绿色屋顶设计处于建筑行业的朝阳领域，有很大市场和发展空间。我们将自主创新和环保事业有机结合，推动创新和环保的相辅相成，互利互助。

参考文献

绿色屋顶在城市建筑环境改善中的作用与生态效益分析J. 天津市双发建筑工程有限公司，杨恒；

北方绿色屋顶系统优缺点及限制性因素的研究D. 豆丁网， 2023；

YWZA－50 型沉降过滤式离心脱水机在锦达煤业的改造实践.郭玉明、杨福明、邓树龙、贾昊、袁伯文、王德恩；

PDS 防护虹吸排水在海绵城市建设中的应用研究.张鸿等；