第 5章 建筑内部的
排水系统
§ 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
合流制
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
§ 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
（ 2）双立管排水系统
（ 3）三立管排水系统
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
（ 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 0.5~0.7m
b）上人屋面不小于 1.8m
c）出口 4m内有门窗时，高于门窗上边缘
0.6m
d）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）横向隔膜厚度薄不稳定，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。
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 （ v t） ；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（ L t） 。
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 = m g = Q·ρ ·t·g （ 5-3）
P = τ ·π·dj ·△ L （ 5-4）
τ =（ λ /8） ·ρ ·v 2 （ 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/ρ t） ·（ dv/dt）
= Q·g -（ 0.1212π/8） ·（ Kp/e)1/3 v 3 ·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 =[（ 21 Q·g/dj） ·（ e/Kp） 1/3 ]1/3 (5-9)
终限流速时的排水流量 Q = et vt πdj (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 = π et（ 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） 1/6 α 5/3 /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 = - ρβvt 2
或 P1 = - 1.53ρβ（ 1/Kp） 1/5 （ Q/dj） 4/5
P1：立管内最大负压值,Pa；
ρ：空气密度,kg/m 3 ；
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。
排水系统
§ 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
合流制
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
§ 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
（ 2）双立管排水系统
（ 3）三立管排水系统
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
（ 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 0.5~0.7m
b）上人屋面不小于 1.8m
c）出口 4m内有门窗时，高于门窗上边缘
0.6m
d）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）横向隔膜厚度薄不稳定，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。
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 （ v t） ；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（ L t） 。
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 = m g = Q·ρ ·t·g （ 5-3）
P = τ ·π·dj ·△ L （ 5-4）
τ =（ λ /8） ·ρ ·v 2 （ 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/ρ t） ·（ dv/dt）
= Q·g -（ 0.1212π/8） ·（ Kp/e)1/3 v 3 ·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 =[（ 21 Q·g/dj） ·（ e/Kp） 1/3 ]1/3 (5-9)
终限流速时的排水流量 Q = et vt πdj (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 = π et（ 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） 1/6 α 5/3 /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 = - ρβvt 2
或 P1 = - 1.53ρβ（ 1/Kp） 1/5 （ Q/dj） 4/5
P1：立管内最大负压值,Pa；
ρ：空气密度,kg/m 3 ；
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。
