Wstęp
Instalacje wody deszczowej wewnątrz budynków można podzielić ogólnie na:
- grawitacyjne, gdzie woda spływa pod własnym ciężarem, wykorzystując spadek przewodów i nie wypełniając ich w całości
- podciśnieniowe, gdzie odprowadzenie wody z dachów odbywa się na zasadzie wytwarzanego w rurach podciśnienia (efektu lewarowania)
Przebieg obliczeń przewodów kanalizacji deszczowej wewnątrz budynków omawia obecnie Polska Norma PN-EN 12056-3 „Systemy kanalizacji grawitacyjnej wewnątrz budynków. Część.3 – przewody deszczowe, projektowanie i obliczenia”. Projektowanie systemu odprowadzającego wodę deszczową można podzielić tutaj na następujące etapy:
- Obliczanie spływu wody z dachu.
- Obliczanie średnic rur spustowych wody deszczowej.
- Obliczanie średnic rur kolektorów odpływowych z budynku.
Na stronie postaram się omówić podstawy projektowania instalacji deszczowych z wykorzystaniem aktualnej normy. Temat jest długi, będzie obfitował w wiele rysunków, tabel i wzorów, dlatego podzielę go na kilka osobnych artykułów. W cz.1 omówię obliczanie tylko natężenia opadu w danej miejscowości. Zachęcam też do zapoznania się z literaturą.
Obliczanie spływu wody z dachu
Już na tym etapie napotkamy wiele problemów. Dostępne wzory wymagają bowiem znajomości wielkości opadów w miejscowości, w której położony jest budynek. Powierzchnia spływu zależy z kolei od kształtu dachu, wpływu budynków przyległych, wiatru. Wielkość odpływającej z dachu wody uzależniona jest też od jego kąta nachylenia, pokrycia (chłonności), współczynnika ryzyka… no mamy co robić! Ale po kolei.
Według normy jw. wielkość spływu wody opadowej można wyznaczyć ze wzoru:
gdzie:
- r – natężenie opadów deszczu w [l/(s·m2)]
- A – efektywna powierzchnia dachu w m2
- C – współczynnik spływu, wielkość bezwymiarowa, zgodnie z normą PN-92/B-01707, współczynnik ten wynosi (zob. Tabela 1):
Tabela 1. Wartości współczynników spływu (wg PN-92/B-01707)
Według Polskiego Atlasu Natężenia Deszczu dla miasta Poznania (Poznań-Ławica) z perspektywą na rok 2050 RCP 4,5 zwanego dalej PANDa 2050 udostępnianego przez Spółkę Aquanet Retencja [1] , współczynnik C dla dachów o kącie <10º wynosi:
- 0,95- dla dachów pokrytych papą, blachą, onduliną (lub innymi tworzywowymi pokryciami),
- 0,8- dla dachów z łupka,
- 0,6 – dla dachów płaskich, żwirowych, pokrytych kruszywem o granulacji 16-32 mm, grubość warstwy min. 7 cm
Natężenie odpadów deszczu – jeśli znamy wielkość i częstotliwość występowania opadów nawalnych w danej miejscowości wraz z czasem ich trwania, natężenie „r” powinno być przyjmowane z należytym uwzględnieniem charakteru i sposobu wykorzystania budynku, a także odpowiednie do stopnia ryzyka, jaki można zaakceptować. Tyle norma. W praktyce nadal bardzo wielu projektantów stosuje wzór Błaszczyka dla prawdopodobieństwa 20%, czyli możliwości wystąpienia deszczu nawalnego raz na 5 lat.
gdzie:
- q – wielkość natężenia odpadów deszczu w [l/s·ha]
- H – średnia wieloletnia wielkość rocznych opadu deszczu w mm dla danej miejscowości
- C – częstotliwość występowania opadu, tzn. co ile lat wystąpi zdarzenie, dla współczynnika 20% jest to jedno zdarzenia na 5 lat, czyli C=5
- t – czas trwania opadu w minutach, zwykle przyjmuje się 15 minut
Błaszczyk w swoim modelu przyjmował średnią wielkość opadów dla Polski w wysokości 600mm. Obecnie możemy być bardziej precyzyjni i stosować dane z IMGW. Przykładowa mapka dla Polski z lat 1971-2000 poniżej
Rys. Przeciętne sumy opadu w Polsce. Lata 1971 – 2000. Źródło: https://pl.wikipedia.org/ Atlas Klimatyczny Polski IMGW 2005
Jeszcze dokładniejsze dane znajdziemy dla wybranych miejscowości na stronie https://klimat.imgw.pl/pl/climate-normals/OPAD_SUMA IMGW podaje tutaj dane uśrednione dla lat 1991-2020. Według tabeli dla Rzeszowa wielkość opadów wyniosła w tych latach 651,8mm/rok. Dla Lublina było to odpowiednio 601mm. Spróbujmy przeliczyć według wzoru Błaszczyka, jak duże będzie natężenie opadu w tych miejscowościach.
Wielkość natężenia opadu według tego wzoru podaje opad w przeliczeniu na powierzchnię 1 hektara. Według nowej normy, natężenie „r” powinno być podane w odniesieniu do 1 m2, więc wartość należy jeszcze podzielić przez 10000. Stąd otrzymamy 0,014 l/s·m2.
Tyle na temat wzoru Błaszczyka. Przy braku dokładnych danych, norma PN-EN 12056-3 nie precyzuje wielkości miarodajnego natężenia deszczu, pozwalając przyjmować dane z zakresu od 0,01 do 0,06 l/s·m2. Powoduje to, że projektanci standardowo stosują wartość 0,03 l/s·m2 . Wartość ta powinna być jeszcze przemnożona przez współczynnik ryzyka, którego wysokość należy przyjmować według poniższej tabeli.
Tabela. Współczynniki ryzyka.
Wartości 0,014 czy 0,03 l/s·m2, niewiele nam mówią. Jesteśmy przyzwyczajeni do komunikatów IMGW podających wielkość opadów w mm, jako opad całkowity, lub w mm na dany przedział czasowy. Jeśli chcemy przejść na natężenie w mm/h·m2, musimy wartość przemnożyć przez 3600. Otrzymamy odpowiednio 50,4 i 108 l/h·m2. Czy to dużo? Ta druga wartość tak. Pierwsza nie robi wielkiego wrażenia. Poniżej przedstawiam ciekawe zestawienie największych opadów, jakie wystąpiły w Polsce i na świecie [5].
Tabela. Maksymalne opady o różnym czasie trwania w Polsce i na świecie (źr. Prokop 2006, Ustrnul i Czekierda 2009)
Dane kończą się na roku 2001. Być może przez ostatnie dwa dziesięciolecia pojawiły się nowe rekordy, ale raczej dotyczą okresów dłuższych niż doba. Nas interesują raczej te nawalne, których natężenie przyjmuje się >2 mm/min. Z tabeli widać, że wartość 50,4 mm jest tutaj znacznie przekroczona już przy 10 minutach deszczu. Z kolei dla jednej godziny nawet 108 litrów nie robi wrażenia. Pamiętajmy jednak, że rekordy zdarzają się niezmiernie rzadko i nie należy traktować ich jako wytycznych. Meteorolodzy podając największe opady nie mówią o ich formie, a w przypadku tych rekordowych często mamy do czynienia z gradem o wielkości kurzych jaj. Trudno oczekiwać, że opad taki będzie swobodnie spływał. W ostatecznym rozrachunku liczy się więc zdrowy rozsądek projektanta, jego doświadczenie, charakter miejscowości, rodzaj dachu. Przekroczenie przez opad nawalny przyjętych założeń w przypadku dachu stromego spowoduje co najwyżej przelanie się wody przez rynnę i zalanie elewacji. Przy dachu płaskim problem jest o wiele bardziej skomplikowany. Nie zastosowanie w tym przypadku odpowiednio dużych przekrojów rur, ilości wpustów, czy przelewów awaryjnych, może skończyć się katastrofą budowlaną.
Pamiętajmy też, że nawet najlepiej zaprojektowana instalacja deszczowa nie zadziała, jeśli nie będzie serwisowana przez służby. Rynny i piony deszczowe muszą być drożne, wolne od liści, szlamu, kiełkujących roślin, itp. Ale to już temat na inny artykuł.
Wyznaczanie efektywnej powierzchni dachu A
Według normy PN-EN12506-3, powierzchnię efektywną dachu liczy się bez wprowadzania poprawki na wiatr, o ile przepisy krajowe lub lokalne nie mówią inaczej. W takim przypadku powierzchnię efektywną liczymy ze wzoru:
gdzie:
- A – powierzchnia w [m2]
- LR – długość dachu z którego odprowadzana jest woda deszczowa w [m]
- BR – szerokość dachu liczona od rynny do jego szczytu w rzucie pionowym [m], zob. rys. poniżej
Na obszarach, na których wprowadza się poprawkę na wiatr, efektywna powierzchnia dachu powinna być liczona według wzorów z tabeli 1.
Tabela 1 Efektywna nienasiąkliwa powierzchnia dachu uwzględniana w przypadku poprawki na wiatr.
Rysunek dachu do obliczeń i ww. wzorów przedstawiam poniżej
Rys.1 Wymiary dachu stosowane we wzorze, jw.
To dopiero początek obliczeń. Dachy są różne, przyjrzyjmy się ich konstrukcji. Jest ich naprawdę wiele.
Rys. Rodzaje dachów (źr. Metzink.pl)
To tylko pewien wycinek możliwości. W praktyce dachy jednospadowe często mogą być powiązane ze ścianą pionową wyższej kondygnacji budynku, co znacznie komplikuje obliczenia.
Fot. Dach jednospadowy z przyległą ścianą pionową.
Zacinający deszcz spływa wtedy nie tylko z dachu, ale też z pionowej ściany. Obliczenia takich połaci są bardzo skomplikowane. Poniżej przedstawiam rysunki poglądowe i najczęściej stosowane wzory [3].
A. Dach płaski z sąsiadującą pionową ścianą
W przypadku płaskiego dachu z sąsiadującą pionową ścianą, powierzchnia zbierania wody deszczowej jest równa:
gdzie:
- Ah – powierzchnia efektywna dachu płaskiego
- Av – powierzchnia efektywna przyległej ściany pionowej
B. Dla jednospadowego dachu z pionową ścianką sąsiadującą powierzchnia zbierania wody deszczowej
jest równa:
C. Dla dachu dwuspadowego, zbieżnego dachu (dach wklęsły), obszar zbierania wody deszczowej jest równy:
Literatura :
- [1] Aquanet – Załącznik A – Metodyka wyznaczania miarodajnego natężenia deszczu, obliczania strumienia objętościowego wód opadowych i roztopowych oraz wymiarowania przewodów kanalizacji deszczowej
- [2] Poradnik projektanta – A. Masłowski -„Jak wyznaczyć miarodajne natężenie deszczu (dane opadowe) w Polsce”
- [3] Projektowanie systemów odprowadzania wód deszczowych – Valsir
- [4] Polska Norma PN -EN 12056-3
- [5] Opady atmosferyczne w Polsce. K. Kożuchowski