W normie PN-EN12056-3 szczegółowo podano zasady obliczania przepustowości rynien i pionów spustowych. Zasady te różnią się w zależności od sposobu montażu rynny, jej kształtu, a także długości. Norma wymienia tzw. „rynny krótkie”, dla których długość całkowita jest mniejsza od 50-ciu głębokości rynny, oraz rynny długie, gdy ten stosunek jest większy. Kształty rynien pokazuje poniższy rys.
Rys.1 Kształty rynien dachowych. Od góry, po lewej – półokrągłe, po prawej – półeliptyczne, u dołu, po lewej – gzymsowe, po prawej – prostokątne (jeśli obie ściany są pionowe), lub trapezowe (jeśli jedna ze ścian jest nachylona)
Ze względu na zasady montażu wyróżnia się systemy rynnowe:
- okapowe, mocowane do okapu budynku, poniżej krawędzi połaci dachowej,
- gzymsowe – mocowane bezpośrednio przy ścianie zewnętrznej budynku, zwykle całkowicie poziomo,
- koszowe – zbierające wodą z dwóch sąsiadujących powierzchni dachowych
- leżące – mocowane powyżej okapu dachowego, zintegrowane z powierzchnią dachu
Rys.2 Systemy montażu rynien dachowych. Ozn. a,b,c – rynny okapowe, d,e- rynny gzymsowe, f- rynna koszowa, g- rynna leżąca
Do obliczeń rynien wykorzystywany jest schemat obliczeniowy pokazany na poniższym rysunku.
Rys.3 Schemat obliczeniowy. S – szerokość dna rynny, Z – całkowita wysokość rynny, W -wysokość napełnienia, a – tzw. „wolna przestrzeń”, różnica wysokości pomiędzy przelewem rynny, a projektowanym poziomem jej wypełnienia, T – szerokość rynny na poziomie projektowanego zwierciadła wody
Projektowanie rynien okapowych – rynny takie układane są ze spadkiem zależnym od kształtu dachu, kąta jego nachylenia, jak też wymagań producenta. Rynny układane ze spadkiem ≤ 3mm/m uważa się za rynny poziome. Rynny ukłądane z większym spadkiem traktuje się jako nachylone. Dla rynien o kształcie półokrągłym lub podobnym, układanych umownie poziomo, ze swobodnym odpływem, przepustowość oblicza się ze wzoru:
gdzie:
- QL – przepustowość obliczeniowa „krótkiej rynny”, ułożonej poziomo [dm3/s]
- 0,9 – współczynnik bezpieczeństwa
- QN – nominalna przepustowość rynny, w [dm3/s], obliczona ze wzoru
gdzie:
- AE – pełna powierzchnia przekroju poprzecznego rynny w [mm2], w praktyce jest przekrój poprzeczny rynny liczony poniżej poziomu przelewu, zależność QN od AE pokazano na wykresie 1.
Dla rynien okapowych o kształcie prostokątnym, trapezowym i podobnym, ułożonych poziomo, przepustowość QL oblicza się ze wzoru jw., ale przepustowość nominalna QN wyznaczana jest z zależności:
gdzie:
- Fd – współczynnik głębokości określony na podstawie wykresu 2
- Fs – współczynnik kształtu wyznaczony z wykresu 3,
- QSE – przepustowość równoważnej rynny kwadratowej, wyrażona w [dm3/s], obliczona ze wzoru:
Wykres 1. Przepustowość nominalna rynien okapowych. A – QN, QSE – w dm3/s; B – przekrój rynny AE w mm2; 1- wykres dla rynny prostokątnej, 2- wykres dla rynny półokrągłej. (źr. Norma PN-EN12056-3)
Wykres 2. Współczynnik głębokości Fd.
Wykres 3. Współczynnik kształtu
Rynny hydraulicznie „długie”, lub nachylone – przepustowość QL należy pomnożyć dodatkowo przez współczynnik przepustowości FL, który przyjmuje się z tabeli 1.
Tabela 1. Wartości współczynników przepustowości FL.
Rynny koszowe i gzymsowe
Przepustowość dla rynien koszowych i gzymsowych, o kształcie prostokątnym, lub trapezowym, jeśli są ułożone poziomo i mają swobodny opływ, oblicza się ze wzoru:
gdzie:
- Fd – współczynnik głębokości określony na podstawie wykresu 2
- Fs – współczynnik kształtu wyznaczony z wykresu 3,
- QSV – przepustowość równoważnej rynny kwadratowej koszowej lub gzymsowej, wyrażona w [dm3/s], obliczona ze wzoru:
gdzie:
- Aw – powierzchnia przekroju poprzecznego rynny liczona poniżej wolnej przestrzeni [mm2]
Pojęcie wolnej przestrzeni pojawia się po raz pierwszy, bowiem dotyczy rynien zamocowanych w sposób częściowo zabudowanych, lub leżących bezpośrednio na ścianie (gzymsie) budynku. Rynny takie nie mogą pracować jako całkowicie wypełnione. Przelanie się wody grozi w tym wypadku uszkodzeniem konstrukcji budynku, dlatego dla rynien tych projektuje się poziom zwierciadła wody poniżej przelewu, przyjmując tzw. „wolna przestrzeń”. Jej wartość liczbową podaje tabela 2.
Tabela 2. Minimalna wartość wolnej przestrzeni dla rynien koszowych i gzymsowych.
Dla rynien jw. ale klasyfikowanych jako „długie”, bądź położone ze spadkiem, przepustowość QL należy pomnożyć dodatkowo przez współczynnik przepustowości FL, który, podobnie jak dla rynien okapowych, przyjmuje się z tabeli 1.
Co na to producenci rynien?
Tyle norma. Jak łatwo zauważyć, metodyka obliczeń wymaga tutaj znajomości przekrojów poprzecznych rynien, która to wartość jest rzadko udostępniana przez producentów. Większość firm podaje tylko wymiary rynny (wysokość, szerokość, głębokość). Wyliczenie powierzchni przekroju rynny w mm2 , nie daje więc jednoznacznej odpowiedzi co do jej wielkości katalogowej. W folderach firmowych możemy znaleźć osobne algorytmy wyznaczania wielkości rynny. Przyjmowane założenia są zdecydowanie inne niż w normie PN-EN12056-3. Spróbujmy się przyjrzeć systemowi rynnowemu Wavin Kanion.
Fot. System rynnowy Wavin Kanion.
Stosowane w systemie rynny okapowe mają przekrój półokrągły i posiadają katalogowe wielkości – 75, 100, 130 i 160mm, gdzie wymiar w mm pokazuje średnicę (szerokość) rynny. Firma przy planowaniu odwodnienia dachu stosuje wzór na deszcz ukośny do połaci dachowej, według którego efektywna powierzchnia dachu wynosi EPD = (B+C/2)xL, przy czym wszystkie wymiary są zgodne z rysunkiem obok.
Do obliczeń opadów deszczu Wavin przyjmuje ponadto:
- intensywność opadów na poziomie 75mm/h
- spadek rynny 3mm/m (czyli według normy można ją przyjąć jako poziomą)
- dopuszczalna dla danego przekroju rynny powierzchnia dachu do odwodnienia, zależy od usytuowania pionów spustowych
Ten ostatni wymóg projektowy wyróżnia dachy odwadniane pionem usytuowanym na rogu budynku, na jego środku, a także przypadek, gdy pion spustowy znajduje się za rogiem i jest od niego oddalony o mniej lub więcej niż 2m. Obliczona w ten sposób dopuszczalna powierzchnia odwadniania dachu, dla poszczególnych wymiarów rynien pokazana jest poniżej.
Rys. Maksymalna powierzchnia dachu do odwadniania rynnami Wavin Kanion.
Spróbujmy porównać oba sposoby liczenia przepustowości, porównując na koniec uzyskane wyniki. Będzie to karkołomna i przybliżona matematyka, bowiem nie znamy dokładnych wymiarów rynien. Niech nasz budynek ma dach o kącie nachylenia 45° i długości 8m, oraz niech szerokość budynku wynosi 6m i niech będzie odwadniany rynną o spadku 3mm/m połączoną z jednym pionem spustowym umieszczonym w narożniku budynku, w odległości 0,5m od końca dachu. Przy takich założeniach efektywna powierzchnia dachu wyniesie:
EPD = (3+3/2)x8 = 36m2
Według wytycznych firmy Wavin dach taki można odwodnić rynną Kanion 75mm. Przy opadach 75mm/h przepustowość tej rynny wyniesie (75×36)/3600 = 0,75 dm3/s. Spróbujmy teraz wyliczyć dla tej rynny przepustowość według normy PN-EN 12056-3. Musimy dla obliczeń przyjąć pewne założenia. Po pierwsze – niech rynna będzie o przekroju kołowym (to wymóg do obliczeń matematycznych). Długość obliczeniowa rynny niech wyniesie 7,5m (od końca rynny, do leja spustowego). Z danych firmy Wavin wynika, że ma ona maksymalną głębokość 51mm. Aby obliczyć pole jej przekroju konieczna będzie geometria i rys. poglądowy
Pole powierzchni AE wyliczymy odejmując od pola koła o średnicy 75mm pole odcinka koła. Posłużymy się wzorem:
Nie mamy kąta α . Musimy go wyliczyć z trójkąta prostokątnego o przeciwprostokątnej równej promieniowi koła i wysokości (51-37,5) = 13,5mm. Kąt ten wyniesie około 138°. Stąd:
Według normy, dla rynny okapowej, „długiej”, przepustowość wyniesie:
przy czym FL odczytane dla stosunku L/W = 7500/51 = 147, wyniesie w przybliżeniu 0,86; zaś QN
stąd ostatecznie
Jak widać, jest to wartość o prawie 50% niższa, niż zakładana przez firmę. Jeszcze większe różnice uzyskamy, gdy policzmy według nowej normy natężenie opadów w odniesieniu do powierzchni dachu. Przy opadzie jednostkowym 0,03 dm3/s natężenie to wyniesie 36×0,03 = 1,08 dm3/s. Nasza rynna jest w tym wypadku dwukrotnie za mało pojemna. Gdybyśmy jednak do obliczeń natężenia deszczu przyjęli wzór Błaszczyka i natężenie na poziomie 0.014 dm3/s, nasza rynna jak najbardziej daje radę (36×0,014 = 0,50 dm3/s). Widać wyraźnie, że przy obliczeniach instalacji deszczowych kluczowe znaczenia mają przyjęte kryteria. Dane publikowane przez producentów systemów rynnowych należy więc traktować z dużą ostrożnością.