CN105735406B - 一种公共建筑屋面雨水利用收集和储存装置 - Google Patents

一种公共建筑屋面雨水利用收集和储存装置 Download PDF

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Abstract

本发明涉及雨水回收利用系统领域,具体地指一种公共建筑屋面雨水利用收集和储存装置。包括倾斜设置的建筑屋面集水坡;集水坡沿雨水流动方向的底端设置有多个单元雨水池,其特征在于:单元雨水池内设置有初期雨水弃流装置,初期雨水弃流装置包括架设于每个单元雨水池上的分流天沟;天沟开口朝上沿水平方向布置,其横向两端与雨水池两侧的集水坡下端连接,天沟的底板下安装有排污装置。本发明通过将雨水收集和储存装置与屋面结构巧妙的结合在一起,构造简单,具有节水、节能、节地、安全、经济和维护管理方便优点,具有极大的推广价值。

Description

一种公共建筑屋面雨水利用收集和储存装置
技术领域
[0001] 本发明涉及雨水回收利用系统领域,具体地指一种公共建筑屋面雨水利用收集和 储存装置。
背景技术
[0002] 我国是一个水资源严重短缺的国家,水资源时空分布不均衡,而水资源利用的不 科学、不合理,更加剧了这种短缺的程度,造成了宝贵水资源的浪费和低效利用。而另一方 面,暴雨造成的突发性洪水灾害也在加剧,如能将雨洪资源开发,“变灾为宝”,一方面可以 削减洪峰流量,降低其所带来的经济损失,另一方面又能充分利用雨水这一丰富的水资源, 缓解城市淡水紧缺的压力,对改善城市生态环境,减轻防汛压力、减少雨水径流污染,节能 减排等方面有重大意义。
[0003] 目前,国内不少公共建筑屋面雨水回收利用于绿地喷灌、洗车、洗地、冲厕等,取得 了较好的节水效果,但依然存在不少问题,仅屋面雨水收集和储存装置方面反映的问题就 表现如下:
[0004] 1、当屋面雨水收集和储存技术采用屋面雨水—天沟—雨水斗—室内雨水管道— 室外雨水管道—初期雨水弃流—雨水储存工艺流程时,由于屋面雨水掺和室外场地雨水, 水质普遍较差,后续处理难度大;初期雨水弃流控制须采用电控装置和地下敷设方式,因受 地下水环境的影响,电控元件须采用特殊的防水、防腐蚀等安全措施,增加了维护成本;雨 水储存设施须采用钢筋混凝土结构或塑料模块组合水池或景观水池和地下埋设方式,这些 雨水储存设施普遍存在工程造价高、清理维护不便等问题;另外,这种雨水收集和储存工艺 技术还存在需要增加提升装置、消耗电力以及投资回报率低等问题。
[0005] 2、当屋面雨水收集和储存技术采用屋面雨水—天沟—雨水斗—室内雨水管道— 初期雨水弃流—室内或屋面雨水储存工艺流程时,雨水储存设施须采用钢板水箱或塑料水 箱,水箱应布置在室内专用房间或低于雨水利用屋面的其它屋面,这些雨水储存设施存在 占用室内较大空间、水箱集中布置增加结构荷载、工程造价较高以及不能完全有效的利用 屋面雨水自身高度所产生的压力等问题。
发明内容
[0006] 本发明的目的就是要解决上述背景技术的不足,提供一种公共建筑屋面雨水利用 收集和储存装置。
[0007] 本发明的技术方案为:一种公共建筑屋面雨水利用收集和储存装置,包括倾斜设 置的建筑物屋面集水坡;在所述的集水坡沿雨水流动方向的底端的屋顶上设置有开口朝上 且开口处有遮挡的多个单元雨水池,其特征在于:还包括初期雨水弃流装置;所述的初期雨 水弃流装置包括架设于每个单元雨水池上的分流天沟;所述的天沟开口朝上沿水平方向布 置,其横向两端与单元雨水池两侧的集水坡底端连接,天沟的底板下安装有排污装置;所述 的排污装置上设置有控制弃流开始和结束的控制装置;所述的单元雨水池位于天沟下方承 接沿天沟两侧溢流出的洁净雨水。
[0008] 进一步的所述的单元雨水池是与建筑物屋顶浇注为一体的整体结构。
[0009] 进一步的所述的单元雨水池为选择狭窄、带状屋面结构板下沉后与其相连接的不 下沉屋顶结构梁形成的多格单元储水结构;所述的结构板为钢筋混凝土浇筑的建筑物屋顶 构造。
[0010] 进一步的所述的单元雨水池与集水坡连接处设有挡水墙;所述的挡水墙上开设有 多个挡水墙开口,天沟的两端端部分别坐落在两侧挡水墙的挡水墙开口,挡水墙开口内位 于天沟的进口端位置安装有格栅。
[0011] 进一步的所述的天沟包括两块竖直间隔布置的侧板和固定于两块侧板下端的底 板形成的开口朝上的槽状结构;所述底板坐落于两侧挡水墙的挡水墙开口内且位于单元雨 水池的上方,底板横向两端与两侧的集水坡下端密封连接;所述的侧板紧贴于挡水墙开口 内且与挡水墙开口处的挡水墙墙体密封连接。
[0012] 进一步的所述的单元雨水池开口上方设置有盖板;所述的盖板两端分别固定在单 元雨水池两侧的挡水墙上端且盖合在单元雨水池的上方。
[0013] 进一步的所述的排污装置包括安装在天沟下端的排污支管和与室外雨水管道连 通的排污总管;所述的排污支管上端与天沟连通,下端与排污总管连通,排污支管与天沟之 间设置有排污漏斗;所述的排污漏斗的大头端焊接在天沟下端面与天沟连通,其上端入口 处设置有不锈钢滤网,下端与排污支管连通。
[00M]进一步的所述的控制装置包括安装在排污总管位于其出口端与临近该出口端最 近的一根排污支管之间的管体上的电动阀、控制电动阀的控制箱和位于单元雨水池或集水 坡上方的雨量传感器;所述的电动阀、雨量传感器与控制箱数据连接。
[0015] 进一步的所述的单元雨水池内设置有下端连通室外雨水管道的溢流立管;所述的 溢流立管的上端与单元雨水池内最高液位平齐且安装有溢流雨水斗。
[0016] 进一步的所述的单元雨水池内侧设置有薄型且具有防渗、耐腐蚀功能的雨水池钢 板内衬;所述的雨水池钢板内衬包覆在单元雨水池内侧,其上端翻转插入屋面集水坡内防 水层下方;相连的单元雨水池之间池壁顶部也设置有薄型且具有防渗、耐腐蚀功能的钢板 包覆并与雨水池钢板内衬焊接在一起。
[0017] 本发明的优点有:安全一屋面雨水池仅布置在如人行通道上等结构梁、结构柱密 集部位、成狭窄带状分布,水深很浅,对整体结构不构成安全隐患;雨水池内部采用薄型、耐 腐蚀钢板内衬以及内衬与所有穿管焊接在一起,不会产生渗漏现象;弃流电动阀及其控制 箱设置在室内,相对于室外设置环境不用作特殊防水和防腐蚀处理;
[0018] 节水一若干单元雨水池储存的雨水总容积可以满足绿化、冲厕、冲洗地面和建筑 物外立面等雨水利用要求;屋面雨水从收集到储存途径短、无外来因素干扰水质易保证;
[0019] 节能一雨水池设置在屋顶,自身具有的建筑高度形成的足够水压可直接供给雨水 利用部位,不需要另设提升装置,即使添加过滤、消毒等后续处理工艺,也可不需要消耗电 力;高温季节雨量充沛,屋顶雨水池经常满水,可以有效的隔绝室外日照辐射产生的热量, 降低室内温度;寒冷季节少雨,雨水池下设保温,有利于减少室内热量散发;
[0020] 节地一充分利用屋面无用空间储存雨水并将雨水池和建筑结构屋面浇筑为一个 整体、又将初期雨水弃流装置轻巧的内置于雨水池中,布置紧凑且不占用建筑有用空间;
[0021] 维护管理方便,轻质雨水池盖板既可防止室外污物直接进入雨水池、避免水体风 吹日晒、减少水体蒸发损失量,又可便于水池清理和维护;弃流电动阀及其控制箱设置在室 内,使用寿命长、维护方便;
[0022] 经济一利用结构梁、板之间无用空间(板下沉,梁不下沉)储存雨水,不需要另设储 存设施,不增加建筑高度,不需要屋面天沟,结构投资增加很少(下沉屋面板区域用钢量增 加在3kg/m2以下),同时,不需要附加提升设备,节省材料,节省投资(本发明工程造价比现 有常用雨水利用工程造价节省至少30%以上)。
附图说明
[0023] 图1:本发明的俯视图(无盖板);
[0024] 图2:本发明图1中的A—A视图;
[0025] 图3:本发明图1中的B—B视图;
[0026] 图4:本发明的雨水池结构示意图;
[0027] 图5:本发明的天沟与挡水墙连接结构示意图;
[0028] 其中:丨一集水坡;2一单元雨水池;3一天沟;4一排污支管;5—排污总管;6—排污 漏斗;7—电动阀;8—控制箱;9一雨量传感器;10—挡水墙;11 一挡水墙开口; 12—格概; 13—溢流立管;14—盖板;15 —内衬;16—隔热层;17—屋面堵头;18—雨水利用管;19—屋 顶;20—侧板;21 —底板;22—结构板;23—结构梁;24—结构柱;25—保温层。
具体实施方式
[0029] 下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明。
[0030] 如图1〜5,一种公共建筑屋面雨水利用收集和储存装置,包括倾斜设置的建筑物 屋面集水坡1,集水坡1沿雨水流动方向的底端设置有多个单元雨水池2,多个单元雨水池2 是在钢筋混凝土屋顶19上,选择如走道上部等结构梁23、结构柱24密集部位的狭窄、带状屋 面结构板22下沉(结构梁23不下沉,下沉板底不超过梁底)与其相连接的不下沉屋顶结构梁 23构成的多格储水结构(如图4所示),这样设置的目的是利用结构梁23和下沉屋面结构板 22之间空间构成若干单元雨水池2,单元雨水池2最高液面即屋顶结构梁23的顶面,多个单 元雨水池2储存的雨水总有效容积完全可以满足屋面雨水利用要求,不用另设雨水储存设 施,不用另设屋面雨水天沟,不增加建筑高度,不会过多增加建筑屋面的承重负荷,不影响 结构安全,相比其他方式的雨水储存设施建造成本更低,而且,雨水直接储存在屋面,自身 具有的建筑高度形成的足够水压可直接供给雨水利用部位,无须另设加压提升装置,节约 能源和降低工程造价。
[0031] 当单元雨水池2的容积较小时,可以和其相邻的单元雨水池2合并为一个较大的单 元雨水池2,相邻单元雨水池2之间的池壁须预埋具有防渗漏、耐腐蚀的钢制连通管。当屋面 面积较大或长度较长时,若干单元雨水池2应至少分成2组能独立使用的单元雨水池组合, 单元雨水池2总有效水容积应能满足雨水利用储存容积要求,其计算公式如下:
[0032]
Figure CN105735406BD00061
[0033] 式中:W—水池储存总有效容积(m3);
[0034] F一屋面汇水面积(hm2);
[0035] ha—设计重现期对应的日降雨量(mm);
[0036]
Figure CN105735406BD00071
—径流系数;
[0037] δ—初期弃流雨水量(mm)。
[0038] 如图2所示,采用建筑或结构找坡方式将屋面排水坡向单元雨水池2,构成屋面集 水坡1,集水坡1包含有找坡层、保温层、防水层、隔离层、找平层和保护层的建筑屋面标准构 造,其作用为将屋面雨水排往单元雨水池2。寒冷地区,施工屋面建筑构造时,单元雨水池2 下部还应设置室内保温层25。
[0039] 集水坡1与单元雨水池2的结合部位即单元雨水池2池壁顶部(含相连的单元雨水 池2结合部位)设置混凝土屋面堵头17,屋面堵头17顶面低于集水坡1的底端上表面100mm, 其作用为防止集水坡1滑向单元雨水池2内和便于屋面排水流畅
[0040] 每个单元雨水池2内表面找平后衬一层薄型且具有防渗、耐腐蚀功能的钢板,构成 雨水池钢板内衬15,雨水池钢板内衬15高出单元雨水池2最高液位IOOmm并朝单元雨水池2 外卷边压入集水坡1内的防水层下,相连的单元雨水池2之间池壁顶部采用薄型且具有防 渗、耐腐蚀功能的钢板包封并与雨水池钢板内衬15焊接在一起,这样设置的作用是防止水 池渗漏。
[0041] 如图2所示,屋面堵头17顶部设置轻质砌块,构成挡水墙10,挡水墙10的高度不小 于300mm,挡水墙10的作用是阻挡集水坡1的雨水直接进入单元雨水池2。在每个单元雨水池 2周围的挡水墙10上开设有挡水墙开口 11,挡水墙开口 11底为屋面堵头17的顶面,其功能是 将屋面雨水有组织的汇流到架设于单元雨水池2上分流天沟3内,每个挡水墙开口 11的过水 断面面积应能通过其所属屋面汇水面积范围内的雨水流量。同时,在挡水墙开口 11与集水 坡1连接处设置格栅12,其作用在于拦截屋面较大落物。
[0042] 如图2所示,单元雨水池2上部加上轻质雨水池盖板14,雨水池盖板14两端分别固 定在单元雨水池2两侧的挡水墙10上端且盖合在所有单元雨水池2及其连接部位的上方,其 作用在于防止室外污物直接进入雨水池、避免水体风吹日晒、减少水体蒸发损失量和便于 水池清理、维护。
[0043] 如图3所示,在每个能独立使用的单元雨水池组合范围内、垂直于某个单元雨水池 2底部设置溢流立管13,溢流立管13的顶端与单元雨水池2的最高液位平齐,溢流立管13的 下端接室外雨水管道。
[0044] 在溢流立管13的顶端固定87型钢制雨水斗压板(当采用虹吸雨水斗时,应设置尺 寸不小于500mm*500mm小型钢平台),再将87型雨水斗导流罩固定在压板上(虹吸雨水斗直 接设置小型钢平台上),构成溢流雨水斗,作用是当每个独立使用的单元雨水池组合水位达 到最高液位时,排泄多余的雨水,保证屋面结构体系安全。
[0045] 溢流雨水斗、溢流立管13的规格和数量应按屋面雨水斗计算方法确定但每个屋面 汇水分区范围内或每个独立使用的单元雨水池2组合均不宜少于2个,溢流立管13材质与雨 水池钢板内衬15材质一致,溢流立管13下穿单元雨水池2池底时与雨水池钢板内衬15焊接 并作焊缝防腐处理,以防止水池渗漏.
[0046] 如图1〜3所示,还包括初期雨水弃流装置,初期雨水弃流装置为在各单元雨水池2 的最高液位以上水平架设天沟3,天沟3包括两块竖直间隔布置的侧板20和固定于两块侧板 20下端的底板21形成的开口朝上的槽状结构,底板21坐落于两侧挡水墙10的挡水墙开口 11 内且位于单元雨水池2的上方,底板21横向两端与两侧的集水坡1下端密封连接(如图2所 示),侧板20紧贴于挡水墙开口 11内且与挡水墙开口 11处的挡水墙10墙体密封连接,侧板20 上缘的高度不高于集水坡1底端的高度(如图5所示)。
[0047] 天沟3的过水断面面积应能通过其所属屋面汇水面积范围内的初期雨水流量,其 侧板20高度不应大于100mm、其侧板20顶部与雨水池盖板14底部之间距离不应小于200mm。 天沟11底部还开有孔洞,将大头朝上的排污漏斗6对接在孔洞下部,并在其排污漏斗6入口 处安放不锈钢滤网过滤初期弃流雨水。天沟3的作用之一为将经挡水墙开口 11汇流的屋面 初期弃流雨水从其底部的排污漏斗6排出,作用之二为将经挡水墙开口 11汇流的屋面清洁 雨水从其两侧上缘溢流进入单元雨水池2储存。
[0048] 排污漏斗6的底部还连接有排污支管4,排污支管4穿过单元雨水池2底部或池壁时 与雨水池钢板内衬15焊接并作焊缝防腐处理以防水池渗漏。各排污支管4依次连接到雨水 池底部排污总管5上,排污总管5向溢流立管13水平倾斜并与其连接,以上排污管的作用是 将各排污漏斗6承接的初期弃流雨水通过重力流的方式经溢流立管13排往室外雨水管。每 个独立使用的单元雨水池组合应至少设置一根排污总管5。
[0049] 排污总管5上还安装有弃流控制装置,弃流控制装置包括安装在排污总管5末端 (与溢流立管13连接处)的电动阀7,电动阀7和位于集水坡1上的雨量传感器9与控制箱8数 据连接,弃流控制装置的作用为控制排污总管5上初期弃流雨水的排放。
[0050] 电动阀7控制初期雨水弃流的开始和结束,电动阀7的数量应根据排污总管5数量 确定,雨量传感器9用于测量当地降雨量并将降雨量转化为数字信息量输出,以满足控制系 统信息传输、处理、记录和显示等要求,控制箱8的作用是根据雨量传感器传输的降雨信息 (降雨量和降雨历时)经计算和逻辑处理后对电动阀7实施启动和关闭控制。
[0051] 本发明实施控制的原理如下:平时,电动阀7开启,当降雨发生时,雨量传感器9开 始记录,屋面雨水依次通过挡水墙开口 11、天沟3、排污漏斗6、排污支管4、排污总管5和溢流 立管13排往室外雨水道。当雨量传感器9记录降雨厚度达到2〜5mm时,开始记录汇流时间, 关闭排污总管5上电动阀7,弃流结束,此时屋面雨水依次通过挡水墙开口 11、天沟3两侧的 上缘溢流进入单元雨水池2内储存。当单元雨水池2水位达到最高液位时,多余的雨水通过 溢流雨水斗和溢流立管13排往室外雨水道。从降雨结束时起,到第二次降雨时止,记录降雨 间隔时间小于设定时间(一般为24h〜48h)时,电动阀7不动作,跳过弃流,记录降雨间隔时 间大于或设定时间时,电动阀7开启,为下次降雨初期弃流准备。
[0052] 最后,在每个单元雨水池2的下部设置雨水利用管18即可将雨水送往利用之地,雨 水利用管18的材质应与雨水池钢板内衬15材质一致,当其穿过单元雨水池2结构体时,与雨 水池钢板内衬15焊接在一起并作焊缝防腐处理,其作用是防止水池渗漏。
[0053] 以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术 人员应该了解,本发明不受上述实施例的限制,上述实施例和说明书中描述的只是说明本 发明的原理,在不脱离本发明精神和范围的前提下本发明还会有各种变化和改进,这些变 化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其 等同物界定。

Claims (10)

1. 一种公共建筑屋面雨水利用收集和储存装置,包括倾斜设置的建筑物屋面集水坡 (1);在所述的集水坡(1)沿雨水流动方向的底端的屋顶(19)上设置有开口朝上且开口处有 遮挡的多个单元雨水池(2),其特征在于:还包括初期雨水弃流装置;所述的初期雨水弃流 装置包括架设于每个单元雨水池(2)上的分流天沟(3);所述的天沟(3)开口朝上沿水平方 向布置,其横向两端与单元雨水池⑵两侧的集水坡(1)底端连接,天沟⑶的底板(21)下安 装有排污装置;所述的排污装置上设置有控制弃流开始和结束的控制装置;所述的单元雨 水池(2)位于天沟⑶下方承接沿天沟⑶两侧溢流出的洁净雨水。
2. 如权利要求1所述的一种公共建筑屋面雨水利用收集和储存装置,其特征在于:所述 的单元雨水池(2)是与建筑物屋顶(19)浇注为一体的整体结构。
3. 如权利要求2所述的一种公共建筑屋面雨水利用收集和储存装置,其特征在于:所述 的单元雨水池(2)为选择狭窄、带状屋面结构板(22)下沉后与其相连接的不下沉屋顶结构 梁(23)形成的多格单元储水结构;所述的结构板(22)为钢筋混凝土浇筑的建筑物屋顶(19) 构造。
4. 如权利要求3所述的一种公共建筑屋面雨水利用收集和储存装置,其特征在于:所述 的单元雨水池⑵与集水坡(1)连接处设有挡水墙(10);所述的挡水墙(10)上开设有多个挡 水墙开口(11),天沟⑶的两端端部分别坐落在两侧挡水墙(10)的挡水墙开口(11),挡水墙 开口(11)内位于天沟⑶的进口端位置安装有格栅(12)。
5. 如权利要求4所述的一种公共建筑屋面雨水利用收集和储存装置,其特征在于:所述 的天沟(3)包括两块竖直间隔布置的侧板(20)和固定于两块侧板(20)下端的底板(21)形成 的开口朝上的槽状结构;所述底板(21)坐落于两侧挡水墙(10)的挡水墙开口(I 1)内且位于 单元雨水池(2)的上方,底板(21)横向两端与两侧的集水坡(1)下端密封连接;所述的侧板 (20)紧贴于挡水墙开口(11)内且与挡水墙开口(11)处的挡水墙(10)墙体密封连接。
6. 如权利要求1或5所述的一种公共建筑屋面雨水利用收集和储存装置,其特征在于: 所述的单元雨水池(2)开口上方设置有盖板(14);所述的盖板(14)两端分别固定在单元雨 水池(2)两侧的挡水墙(10)上端且盖合在单元雨水池(2)的上方。
7. 如权利要求1所述的一种公共建筑屋面雨水利用收集和储存装置,其特征在于:所述 的排污装置包括安装在天沟(3)下端的排污支管(4)和与室外雨水管道连通的排污总管 (5);所述的排污支管⑷上端与天沟(3)连通,下端与排污总管⑸连通,排污支管⑷与天 沟⑶之间设置有排污漏斗(6);所述的排污漏斗⑹的大头端焊接在天沟⑶下端面与天沟 (3) 连通,其上端入口处设置有不锈钢滤网,下端与排污支管⑷连通。
8. 如权利要求1所述的一种公共建筑屋面雨水利用收集和储存装置,其特征在于:所述 的控制装置包括安装在排污总管(5)位于其出口端与临近该出口端最近的一根排污支管 (4) 之间的管体上的电动阀(7)、控制电动阀⑺的控制箱⑻和位于单元雨水池(2)或集水 坡⑴上方的雨量传感器(9);所述的电动阀(7)、雨量传感器⑼与控制箱⑻数据连接。
9. 如权利要求3所述的一种公共建筑屋面雨水利用收集和储存装置,其特征在于:所述 的单元雨水池(2)内设置有下端连通室外雨水管道的溢流立管(13);所述的溢流立管(13) 的上端与单元雨水池(2)内最高液位平齐且安装有溢流雨水斗。
10. 如权利要求3所述的一种公共建筑屋面雨水利用收集和储存装置,其特征在于:所 述的单元雨水池⑵内侧设置有薄型且具有防渗、耐腐蚀功能的雨水池钢板内衬(15);所述 的雨水池钢板内衬(15)包覆在单元雨水池(2)内侧,其上端翻转插入屋面集水坡⑴内防水 层下方;相连的单元雨水池(2)之间池壁顶部也设置有薄型且具有防渗、耐腐蚀功能的钢板 包覆并与雨水池钢板内衬(15)焊接在一起。
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