PEサイフォン排水管とは何ですか？

サイフォン排水の仕組み: システムの背後にある物理学

サイフォンの排水原理は、ベルヌーイの方程式と油圧サイフォンの概念に基づいています。システムの起動時、特別に設計されたアンチボルテックスルーフアウトレットにより、雨水が溜まったときに空気がパイプに入るのを防ぎます。パイプが完全に水で満たされ、すべての空気がパージされると、垂直縦樋内の水柱の重さにより、収集ポイントに負圧、つまり事実上真空が発生します。この負圧により、通常は次の速度でより多くの水がシステムに引き込まれます。 毎秒2.5メートルと7メートル 、従来の重力システムの 0.6 ～ 1.5 m/s と比較して。 (出典: サイフォニック ルーフ排水設計ガイド、HR ウォリングフォード、英国、2000)

水平集合管は負圧下で完全に水が満たされた状態で走行するため、勾配を付けて敷設する必要はありません。これは基本的な設計上の利点です。水平方向の配管を水平または水平に近い位置に設置できるため、屋根スラブまたは床の下に必要な構造の奥行きが大幅に削減されます。

サイフォンシステムの主要な油圧特性

• フルボア流量: パイプは 100% 充填されます。つまり、通常 75% の充填容量で設計される重力パイプとは異なり、断面積全体が水を運びます。
• 負の作動圧力: システムは大気圧より低い圧力で動作します。通常、 -0.8 ～ -0.9 バール ピーク設計流量下の出口接続点で
• セルフクリーニング速度: 2.5 m/s を超える流速により、パイプ内の土砂の蓄積が防止され、低勾配の重力システムと比較してメンテナンスの頻度が軽減されます。
• 一点放電： 複数の屋根出口が縦樋の 1 か所に接続され、建物構造への貫通の数が減少します。

PE (ポリエチレン) がサイフォンシステムのパイプ材料として推奨される理由

サイフォン排水動作を特徴付ける持続的な負圧、高い流速、および温度サイクルの組み合わせにより、パイプの材質に特定の厳しい要件が課せられます。 PE (特に HDPE ～ PE100 グレード) は、単一の素材でこれらの要件をすべて満たしており、全範囲にわたって適合する代替材料はありません。

耐圧性と耐真空性

ISO 4427 に準拠した HDPE PE100 パイプの最小必要強度 (MRS) は次のとおりです。 10MPa サイフォン システムの動作温度範囲 (摂氏 -20 ～ 60 度) での持続的な内部圧力について評価されています。重要なことに、PE パイプは、同じ壁厚では uPVC などの硬質材料が適合できない壁厚と材料の延性の組み合わせにより、外部大気圧または負の内部圧力下での崩壊に耐えます。 (出典: ISO 4427-1:2019、プラスチック配管システム - 給水用の PE パイプおよび継手)

熱膨張管理

PE の熱膨張係数は約 摂氏 1 度あたり 1 メートルあたり 0.2 mm — 鋼鉄や鋳鉄よりも大幅に高いですが、拡張ループと固定によりサイフォン システム設計に十分に適合します。 PE パイプの柔軟性は、季節による 60 度以上の温度変動にさらされる大規模な屋根設置における剛性パイプ材料の永続的な問題である、亀裂や接合部の破損なしに熱の動きが吸収されることを意味します。 (出典: プラスチックパイプ協会、エンジニアリングテクニカルノート PE-N-12、ポリエチレン配管システムの熱膨張と収縮、2012 年)

化学的および生物的耐性

屋根の排水は雨水だけでなく、溶存汚染物質、鳥の排泄物、洗浄用化学物質、そして工業環境ではプロセス汚染も運びます。 PE100 は屋根排水で遭遇するあらゆる種類の物質に対して化学的に不活性で、滑らかな内腔での生物の増殖をサポートせず、時間が経っても腐食したりスケールが発生したりしません。これにより、 PEサイフォン排水管 a 設計耐用年数は50年以上 内部ライニングや処理を行わない標準的な屋根排水用途に使用できます。 (出典: ドイツ標準化協会 DIN 8075、ポリエチレン パイプ - 一般品質要件および試験、2011 年)

スムーズなボアと油圧効率

PE パイプのマニング粗さ係数は次のとおりです。 n = 0.009 、パイプ材料の中で最も低い材料の 1 つです。この滑らかなボアにより、システム全体の摩擦損失が最小限に抑えられます。これは、水平収集配管内の摩擦損失によって流れを駆動するために利用できる真空ヘッドが減少するため、サイフォン排水では直接重要です。摩擦損失が低いということは、より粗い材料と比較して同等の流量に対してより小さなパイプ直径を備えたシステムがより効率的であることを意味します。

PE サイフォン排水パイプと従来の重力排水: 主な違い

ドイツの倉庫および物流施設の建設に関する研究では、サイフォン屋根排水システムにより、屋根膜を通過する排水の総数が減少することがわかりました。 70%まで 同じ建物の敷地内にある従来の重力システムと比較して、設置コストと長期的な防水メンテナンスのリスクの両方を大幅に削減します。 (出典: フラウンホーファー建築物理学研究所、屋根排水システム比較研究、IBP レポート、2016 年)

PEサイフォン排水管が使用される場所

サイフォン排水の利点は、屋根面積が広く、平らである場合、または排水パイプの落下が制限されている場合に最も顕著になります。典型的なアプリケーションには次のようなものがあります。

• 大型陸屋根の工業用および物流用建物: 従来の排水では深い仮天井や傾斜した構造デッキが必要となる、屋根面積が 1,000 平方メートルを超える倉庫、配送センター、製造施設
• 空港ターミナルと交通ハブ: スパンが 100 メートルを超える場合、従来の排水路を屋根の中心から外周に通す場合、非現実的な勾配や中央の隆起構造が必要になります。
• スポーツスタジアムとアリーナ: 重量と構造の深さが設計上の重要な制約となる片持ち屋根構造
• ショッピングセンターと小売公園: 従来の縦樋の列をサイフォン出口に置き換えた谷樋を備えた複数スパンの屋根
• 緑の屋根と表彰台のデッキ: 排水層の厚さを最小限に抑える必要があり、成長培地の深さ内で勾配を達成できない場合
• 駐車場のデッキと高層構造物: 構造スラブ設計によって滝が厳しく制限されており、従来の排水ではデッキ表面に水が溜まる場合

PEサイフォン排水管の技術仕様

PE サイフォン排水パイプ システムは、材料グレード、圧力定格、寸法公差、および接合部の完全性要件を定義する国際規格に準拠して指定されています。

の Heqi PE サイフォン排水管シリーズ ISO 4427 に寸法準拠した PE100 グレードで製造されており、サイフォン屋根排水システム設計に必要なあらゆる SDR クラスと直径で利用可能です。このパイプは、電気融着および突合せ融着接合システムとの互換性を考慮して製造されており、持続的な真空運転下でのサイフォン排水に要求される漏れのない接合の完全性を確実に満たす設置が保証されます。

PE サイフォン システムの設計と設置に関する考慮事項

サイフォン排水システムには、従来の排水とは根本的に異なる慎重な油圧設計が必要です。設計と設置の主なポイントは次のとおりです。

油圧バランス調整

サイフォン システムの各出口は、収集配管全体でバランスのとれた真空を維持するために、設計流量の等しい割合に寄与する必要があります。システムのバランスが崩れると、一部の出口がフルボアのしきい値を下回って動作し、空気が流入してサイフォン効果が崩壊します。油圧設計ソフトウェアを使用して各パイプセグメントのサイズを決定し、すべての出口分岐全体でバランスのとれた圧力損失を同時に達成します。 (出典: BS EN 12056-3:2000、建物内の重力排水システム - 屋根排水のレイアウトと計算)

拡張とアンカーの設計

大規模な屋根の排水システムの PE パイプでは、夏のピークと冬の最低の間で 50 ～ 60 ℃の温度変動が発生することがあります。 30 メートルの水平走行では、約 360mm これには、拡張ループ、スライド ガイド、固定アンカー ポイントを組み合わせて対応する必要があります。 PE100 パイプ内の熱力によるアンカー荷重は、支持鉄骨の構造設計に組み込む必要があります。

試運転とエアパージ

サイフォン システムは設置後にテストして、システムの動作が宣言される前に収集配管からすべての空気がパージされていることを確認する必要があります。残留エアポケットによりフルボアの流れの確立が妨げられ、システム容量が減少し、パイプ接合部にストレスを与える圧力サイクルが発生します。試運転には通常、制御された降雨シミュレーションの下での流量テストが含まれ、設計流量と真空圧力がすべての出口で同時に達成されることを検証します。

PEサイフォン排水管の概要

の bottom line: a PEサイフォン排水管 このシステムは、現代の大規模な建物の構造的および建築上の制約内で、従来の重力排水では必要な容量を提供できない場合に最適な設計ソリューションです。油圧効率、PE100 素材の耐久性、設置の柔軟性の組み合わせにより、世界中の主要な商業および産業の屋根排水プロジェクトの標準となっています。