第四章 雨排水系統再利用設計方法
探討「建築物雨水再利用」的議題，首先必須瞭解建築雨排水系統的構 成。掌握雨排水系統構成的設計方法是切入雨水再利用議題的必要途徑，因 此本研究擬藉由現況建築物雨排水系統調查，分析其構成要素及原理，透過 整理與歸納導出適當的雨水利用系統設計方法。
本章節將既有的雨排水系統分為兩個部分：其一，雨排水的設計方法論，
針對目前台灣地區雨排水設計現況，工程師依據的理論基礎及實務應用方 式，加以檢討；其二，在上述的理論基礎架構下，設計者施作後所呈現出的 設備及構成現況。
圖 4-1.1 雨排水系統圖
落水頭
雨排水橫管
雨排水立管
第 一 節 既 有 雨 排 水 系 統 設 計 方 法
所謂「雨排水系統」，簡單的說，當降雨時建築物的水平向會承受雨水
蓄積所帶來的額外重量，所以在雨水未造成結構負擔時，需快速的將水排出。
因此，建築物雨排水系統設置的目的，主要是建構一套系統將雨水導出建築 物外。
在上述的設計原則下，考量影響雨排水系統的因素有兩點：
1.系 統 必 須 排 出 的 水 量 ：
系統所必須排出的水量即等於建築物屋頂所收集的水量，水量的多寡決 定於受雨面積及雨量。
(1)受雨面積
建築物受面積就是降雨直接到達建築物之接觸面積，如圖 4-1.2 所示，
Ａ、Ｂ區域是雨水直接落入建築的面積，但Ｂ區域必須再加入Ｃ區域滲落的 水量，假設雨水以 30°的角度打向Ｃ區域，則Ｂ區域的總累積雨水的面積等 於Ｂ區域加上50﹪的Ｃ區域。
圖 4-1.2 建築物計算集雨量受水區域範圍
第四章 雨排水系統再利用設計方法
QP＝ （117730αA）5/3（1/D）2/3 60
(2)降雨量
降雨量是建築物受雨量大小的決定因素一，在設計上以一小時最大降雨 量作為設計基準。如無雨量記錄時，一般以 100mm/h 作為一小時最大降雨 量來計算即可。
以圖4-1.2 為例：
受雨面積Ａ＝30×50＝1500 ㎡
受雨面積Ｂ＝30×10＋30×20×0.5＝600 ㎡ 以100mm/h 的降雨作計算，則
受雨面積Ａ的水管總負荷＝（1500×100）÷3600＝41.7 l/s 受雨面積Ｂ的水管總負荷＝（600×100）÷3600＝16.7 l/s
2.系 統 的 排 出 （ 輸 送 ） 能 力
當計算出系統的雨排水負荷後，便可根據雨排水負荷來設計系統的輸送 能力，系統一般分為雨排水立管、雨排水橫管來考量：
(1)雨排水立管的計算方法
根據日本「建築給排水規範ＨＡＳＳ２０６」之計算基準，立管的排水 流量設計採William‧Eton 的公式作為計算方法。
……….…….（4.1）
QP：立管的容許流量（l/s）
α：充水率（﹪）
A ：立管的斷面積（㎡）
D ：立管的實際內徑（mm）
由於立管過高的充水率（水的斷面積/管的斷面積）會使排水管內的水流 及空氣產生噪音及振動，因此根據試驗的結果得知，若將立管的充水率控制
QP＝ 819200 A5/3（1/D）2/3
V＝ 1
n R2/3 . S1/2
在 35﹪時，會獲得較令人滿意的結果。因此將 α 代入 35﹪，則可得到下面 的公式：
………..….（4.2）
根據公式4.2，若採用管徑 100mm 作為立管的尺寸，則每支立管可負荷 的雨排水流量為11.8 l/s 。以圖 4-1.3 為例：
受雨面積Ａ雨排水管數量＝41.7/11.8＝3.5 擬作 4 支立管 受雨面積Ｂ雨排水管數量＝16.7/11.8＝1.4 擬作 2 支立管 得知配管尺寸及數量後，則可作以下的配置。
圖 4-1.3 雨排水立管配置方式
(2)雨排水橫管的計算方法
在雨排水橫管的計算上，一般採用一八九一年愛爾蘭的水利土木工程 師—曼寧所創造的「曼寧公式」作為基礎。
曼寧公式
………（4.3）
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ν＝ 0.3620 D2/3 δ1/2
QP＝ 0.0002789 D8/3 δ1/2 V：流速（m/s）
n：粗糙係數
R：水力半徑（㎡）
S：水力坡度（﹪）
依據ＨＡＳＳ２０６所做調整，當橫管流速控制在 0.6～1.5m/s、而其 充水率達95﹪時，管內除了可得到自淨的效果之外，噪音及振動也能獲得較 好的控制，因此將上述的條件代入曼寧公式後，得公式4.4、4.5 如下：
………..（4.4）
………..…（4.5）
ν：橫管內平均流速（m/s）
D ：橫管的實際內徑（mm）
δ：洩水坡度（﹪）
QP：橫管的容許流量（l/s）
假設案例雨排水橫管設計方式如圖4-1.4：
圖 4-1.4 雨排水橫管配置方式
連結外排水系統
S ＝ Q（S1+S2） 100
以兩支橫管負荷總雨排水量，則橫管管徑決定如下：
（41.7＋16.7）/2＝0.0002789 D8/3×0.011/2（洩水坡度為 1/100）
則 D＝180.915… ，擬採用管徑為 200mm 之橫管。
此時ν＝1.24m/s，符合 0.6～1.5m/s 的流速限制。
故雨水橫管可用200mm 兩支。
雨排水系統實際的設計上，為了讓使用者便於操作，因此在公式上作了 調整，直接以建築物的受雨面積，配合當地的雨量數據作計算。公式如下：
………...（4.6）
S：最大容許屋頂面積（㎡）
Q：降雨量（mm/h）
S1：水平集水面積（㎡）
S2：垂直集水面積（㎡）
100：基準雨量（mm/h）
表 4-1.1 建築雨水受雨面積對應之立管管徑 管徑
（mm） 最大容許屋頂面積（㎡）
50 67 65 135 75 197 100 425 125 770 150 1250 200 2700
第四章 雨排水系統再利用設計方法
表 4-1.2 建築雨水受水面積對之橫管管徑 容許最大屋頂面積（㎡）
配管坡度 管徑
（mm）
1/25 1/50 1/75 1/100 1/125 1/150 1/200 1/300 1/140
65 127 90 73 — — — — — —
75 186 131 107 — — — — — — 100 400 283 231 200 179 — — — — 125 — 512 418 362 324 296 — — — 150 — 833 680 589 527 481 732 — — 200 — — 1470 1270 1130 1040 897 732 — 250 — — — 2300 2060 1880 1630 1330 1150 300 — — — 3740 3350 3050 2650 2160 1870 350 — — — — 5050 4610 3990 3260 2820 400 — — — — — 6580 5700 4650 4030
以相同案例試算受雨區域Ａ的系統需求量：受雨面積＝1500 ㎡ ，若立 管選擇管徑 100mm 之排水管、橫管採用管徑 200mm 洩水坡度 1/100，降 雨強度以100mm/h 作為地區的雨量數據。經查表 4-1.1 及表 4-1.2 後得知，
所選定之立管，其對應面積為425 ㎡、而橫管對應面積為 1270 ㎡。
立管的需求量＝1500/425 ＝3.52，需設置 4 支。
橫管的需求量＝1500/1270＝1.18，需設置 2 支。
因此，利用這個方式可以快速的取得受雨面積所需對應的系統設置數量。
第 二 節 雨 排 水 系 統 構 成
雨排水系統的構成一般會分為設計及施工兩個階段；在設計階段，會以 建築主體設計為主，配合空間的規劃來選擇設置的方式及位置；但在經濟收 益的考量下，一般排水管的位置會配合其他設備空間的位置作整合，因此往 往會以其他技術來解決配管位置的問題；而在施工階段，主要在於材料選擇 應用方面的問題，以及施作的品管問題。雨排水在施作的技術上由於比較單 純，因此在技術課題上顯少提出探討，故本研究透過資料的整理，分析台灣 地區既有雨排水系統的設計構成。
圖 4-2.1 建築雨排水系統昇位圖
屋頂落水頭
排水立管
過濾槽 雨水收集池
雨水給水管
雨水揚水管
雨水貯集水箱
接至外排水系統
溢流管
第四章 雨排水系統再利用設計方法
在這個系統分類的架構下，可以以經驗提出幾點改善問題：
(1)受雨區域的清潔維護問題
無論是水平向或是垂直向的受雨區域，即便位置、大小或高程不同，但 兩者皆是雨排水系統構成的起點，因此受雨區域的順利運作與否，會影響雨 排水的效能。所以保持區域上的清潔、落水頭的維護，便成為提升雨排水系 統效能的首要。
(2)明管與暗管的設計選擇
在決定明管或暗管構造方式時，理論上並不會影響系統的效能，因為效 能的影響因子在於管徑及材料所表現的排水負荷。但材料會有老化、損壞的 問題產生，因此維修及更換的影響因子即成為該決定採用何種設計方式的主 要考量因素。明管的配置方式對於維修更換上，並無太大的困難度，但在建 築外觀的設計考慮下，較不為設計者所採納。而暗管的施作有埋於構造內及 置於管道間兩種型式，埋於建築結構體內的作法，雖然減少可以建築物樓地 板面積的額外負擔，但除了會有影響結構安全的疑慮之外，並會衍生排水管 路完全無法維修更換的問題。因此，當建築結構體內的雨排水系統不堪使用 時，一般民眾只得採取明管的方式，再設置一套雨排水系統，造成無謂的浪 費。另一種暗管型式則是規劃管道間，既可解決建築外觀的問題，且當雨排 水系統管路老舊後，方便於維修及更換。但管道間的設置容量，須將維修所 需的基本活動空間一併考量，否則會造成維修困難或依然無法維修更換的問 題。
(3)排水管分流或合流的差異
雨排水系統在實際的施作上，排水的末段往往會受限於建築基地的特 性，最後產生分流及合流兩種作法。排水分流是雨排水系統與雜排水系統分 別設置，其系統有個別的管路將水導入設立的排放點，而合流則是兩者混合 配置。不同的設計結果，對於日後雨水再利用的可行性，會造成影響。而降 於建築物的雨水在分流的系統中將比合流的系統更容易被回收再利用。
第四章 雨排水系統再利用設計方法
(4)雨排水末端出口的影響
建築物雨排水的出口課題，實際是關係建築基地內的排水量如何順利導 出基地外的問題。倘若考慮未來導入雨水再利用的議題時，則末端出口的作 法會影響建築導入再利用模式的應用及設計方式。簡言之，雨排水的末端即 是再利用導入的起點，因此在瞭解雨排水系統末端如何設計、導入何處的同 時，設計者便可以掌握雨水可從何處再導回建築物中利用。
(5)再利用系統考量與否
由於近年來缺水的現象在台灣是時有所聞，所以「雨水回收再利用」的 議題早已受到大眾的注意及關切。不過在經濟利潤的考量下，投資者往往忽 略這些寶貴的資源，但在長期的考量之下，將雨水回收再利用早已是國家進 步的趨勢，因此在政府及學者的推動下，有許多新的建案已投入水資源利用 的行列，將「雨水再利用系統」導入建築物中使用。或許在建築物使用的初 期並無考量雨水再利用系統的構建，但決策者應在設計階段，以雨水再利用 的觀念為前提，設計時即預留再利用系統的管道空間及相關配套，如此才能 增加建築物未來發展利用的可行性。
2.施 工 階 段
雨排水系統在這個階段，有許多問題會對於系統效能產生影響，如：管 材有無依照環境特性作選擇、管材之間的接合品質、與建築物的固定的相關 問題等等，這些均是影響雨排水系統未來運作效能是否良好的相關因素。本 章節將針對收集的案例資料並加以分析，並提出幾點建議。
(1)屋頂面的施作
根據調查的結果，台灣北部地區建築屋頂的構造型式，以平屋頂設計的
根據調查的結果，台灣北部地區建築屋頂的構造型式，以平屋頂設計的