Wstęp
W trzeciej części artykułu postaram się przybliżyć zasady obliczeń instalacji podciśnieniowych i tzw. przelewów awaryjnych. Tutaj od razu uwaga – obliczenia hydrauliczne tego typu instalacji wykonuje dzisiaj program komputerowy, dlatego nie będę ich fizycznie wykonywał. Skupię się na podstawach i wytycznych producentów systemów. Ponownie najwięcej miejsca poświęcę systemowi PLUVIA, który jest najlepiej opisany w sieci.
Obliczenie powierzchni dachu
Do obliczeń, podobnie jak w przypadku układów grawitacyjnych, przyjmujemy powierzchnię dachu jako rzut dachu na płaszczyznę poziomą.
W przykładzie obok będzie to: A = 22,5 x 40 = 900m2
Przy dachach płaskich przylegających do wyższych budynków obliczenia się komplikują. Podobnie jest z dachami szedowymi, gdzie wpusty dachowe umieszczane są w rynnach zbiorczych. Problem obliczania powierzchni dachu dla spływu powierzchniowego szczegółowo omówiłem tutaj
Obliczenie ilości wód opadowych
Ilość wody docierającej do wpustu dachowego jest funkcją powierzchni dachu jaką obejmuje jeden wpust, natężenia opadów i współczynnika spływu powierzchniowego. Całość wyraża się wzorem:
qd = ψ x A x q [l/s]
gdzie:
A – powierzchnia dachu w [m2]
q – miarodajne natężenie deszczu = 0,03 l/sm2
ψ – współczynnik spływu powierzchniowego
Współczynnik spływu w przypadku instalacji podciśnieniowych liczony jest nieco inaczej niż dla systemów rynnowych. Systemy rynnowe bazują na polskich normach PN-EN 12056-3 (Kanalizacja grawitacyjna wewnątrz budynków – Część 3: Układy odprowadzania wód deszczowych, projektowanie i obliczenia) oraz wciąż na tradycyjnie przywoływanej normie PN-92/B-01707. Systemy podciśnieniowe jak PLUVIA, czy Wavin QuickStream
korzystają zwykle z normy niemieckiej DIN 1986-100 (zob. tabela)
Skąd te różnice? Otóż dla dachów płaskich i projektowania wpustów dachowych podciśnieniowych obowiązuje zasada ograniczonego zaufania. Projektanci zakładają tutaj najbardziej niekorzystne warunki pracy wpustów dla deszczu nawalnego, aby zapobiegać przeciążeniu hydraulicznemu systemów. Problem komplikuje się dodatkowo przy dachach zielonych, gdzie mały spływ powoduje z kolei problem z wystąpieniem efektu podciśnienia. Dachy takie należy projektować ściśle z zaleceniami producenta. W powyższej tabeli brakuje np. pozycji dla dachu o gospodarce zielonej intensywnej, o grubości warstwy >25cm, gdzie współczynnik spływu spada do 0,1.
Wielkość natężenia opadów przyjmowana jest zwykle w wysokości 300 l/sha, czyli 0,03 l/sm2. Wartość ta zalecana jest dla odwodnień dachowych przez normę PN-EN 12056-3. Warto zwrócić uwagę, że normy niemieckie także w tym względzie znacznie różnią się od polskich. Zgodnie z normą ÖN B 2501, dla powierzchni dachowych należy przyjmować natężenie deszczu trwającego 5 minut, o okresie powtarzalności wynoszącym 5 lat (r5,5). Kilka przykładów miejscowości podaję poniżej. Jak widać z tabeli dla Wiednia i okolic wartość ta wynosi 497 litrów na sekundę i hektar (źr. Geberit). Jest więc o ponad 50% wyższa, niż natężenie deszczu zalecane przez polską normę.
Obliczmy jednak wielkość spływu powierzchniowego dla naszego dachu. Przyjmijmy, że jest on pokryty folią, stąd ψ=1,0, a wielkość spływu wyniesie:
qd = 1,0 x 900 x 0,03 = 27 l/s
Dobór ilości wpustów
Standardowy wpust Geberit Pluvia z odpływem o średnicy 56mm ma wydajność 12 l/s, stąd:
27/12 = 2,25
Przyjęto 3 wpusty. Będą one symetrycznie rozmieszczone na dachu.
Teraz pozostaje zaplanować trasę przewodów i wykonać jej aksonometrię z której będzie można odczytać wszystkie kształtki, jak kolana, trójniki, redukcje, a także wyznaczyć długości odcinków. To pozwoli przeprowadzić obliczenia hydrauliczne i przyjąć odpowiednie średnice rury.
Rys. Przykładowe trasy przebiegu przewodów dla sytuacji jw.
Jak już wspomniałem, nie będę prowadził obliczeń hydraulicznych. To bardzo pracochłonne i wykonywane przez gotowy program komputerowy. Program taki wyznacza wszystkie parametry pracy w poszczególnych punktach instalacji, jak:
- wielkość przepływu
- prędkość przepływu ścieków
- wielkość podciśnienia
- wskaźnik wypełnienia przewodów
To nie wszystko, bowiem na zakończenie obliczeń podaje od razu zestawienie materiałów wraz z ich kosztem. Na tej podstawie, przeprowadzając symulację różnych tras przewodów, można opracować najbardziej korzystne rozwiązania. W przypadku firmy Geberit program taki nosi nazwę ProPlanner. Poniżej screen z pracy na programie.
Program wymaga przestrzegania warunków brzegowych i wprowadzania danych zgodnych z wytycznymi systemu. Jeśli projektant będzie próbował stosować niezgodne z systemem obliczenia, wprowadzając np. zbyt małe średnice rur, za duże przepływy, itp., program zareaguje komunikatem o błędzie lub ostrzeżeniem. Jeśli błędy w obliczeniach będą krytyczne i nie pozwolą na poprawne działanie systemu program nie wygeneruje zestawienia końcowego zmuszając tym użytkownika do zmian. Zanim więc projektant zasiądzie przed ekranem, musi zapoznać sie z podstawowymi wymogami systemu PLUVIA i o tych chciałem poniżej napisać.
Warunki brzegowe systemu
Obciążenie przepływem ścieków
- Minimalne natężenie przepływu wód deszczowych na wpust dla rynny i dachu płaskiego: 1 l/s
- Minimalne natężenie przepływu wód deszczowych na pion: 2 l/s
- Maksymalne natężenie przepływu wód deszczowych na wpust dla dachu płaskiego: 12 l/s, 19 l/s lub 25 l/s w zależności od typu wpustu
- Wpusty z powierzchni dachowych o różnych współczynnikach spływu wód deszczowych nie mogą być
odwadniane za pośrednictwem wspólnej sieci przewodów! - Wspólnej sieci przewodów nie należy też stosować w przypadku
Odwadniania dachów o różnicy wysokości przekraczającej 4m, a także dachów o powierzchni > 5000 m2
Tutaj dodam, że w innych systemach włączanie do wspólnego pionu dwóch dachów na różnych poziomach zwykle jest zabronione. W systemie PLUVIA możliwe dla różnicy wysokości nie większej niż 4m. Jeden wpust o wydajności 12 l/s może odwadniać maksymalnie 400 m2 dachu, jednocześnie nie należy stosować pojedynczego wpustu w systemach podciśnieniowych dla powierzchni dachu mniejszej niż około 45 m2. Dla mniejszych dachów zaleca się stosować odwodnienia grawitacyjne.
Rozstaw wpustów
Maksymalne odległości miedzy wpustami PLUVIA w przypadku dachu nie powinny być większe niż 20m, jednocześnie minimalna odległość od ścianki attykowej chroniąca przed zaśnieżeniem wynosi 1m. Minimalna odległość między dwoma wpustami, wynikająca z problemów montażowych, to z kolei 0,6m. W przypadku montażu wpustów w rynnach zbiorczych ich rozstaw maksymalny zależy od wydajności wpustu i wynosi (tabela)
Dla prawidłowej pracy systemu minimalna róznica wysokości pomiędzy wlotem wpustu, a miejscem przyłączenia do kanalizacji konwencjonalnej wynosi co najmniej 2,5m (rys. poniżej)
Wielkość podciśnienia
Przy projektowaniu przewodów należy zwrócić uwagę na wymagana maksymalną wartość podciśnienia. Zależy ona od średnicy przewodów i wynosi:
- dla przewodów Ø 40 – 160 = 800 mbar
- dla przewodów Ø 200 – 315 = 450 mbar
Zmiany kierunku i średnicy
Podłączenie wpustu PLUVIA do instalacji rurowej może być wykonane kolanem o kącie 90°, wszystkie pozostałe zmiany kierunku o 90° muszą być wykonywane dwoma kolanami 45°.
Rys. Połączenie wpustu z instalacja może być wykonane kolanem 90°.
W przypadku łączenia wpustu dachowego Geberit Pluvia z systemem rurowym za pomocą redukcji należy zachować następujący wymiar minimalny:
- Wpusty dachowe o wydajności 12 l/s można zredukować do średnicy maksymalnie d40.
- Wpusty dachowe o wydajności 19 l/s można zredukować do średnicy maksymalnie d56.
- Wpusty dachowe o wydajności 25 l/s można zredukować do średnicy maksymalnie d75.
W przypadku konieczności zwiększenia średnicy podłączenia, sytuacja wygląda następująco:
- Wpusty dachowe o wydajności 12 l/s można podłączyć do maksymalnej średnicy d75
- Wpusty dachowe o wydajności 19 l/s można podłączyć do maksymalnej średnicy d110
- Wpusty dachowe o wydajności 25 l/s można podłączyć do maksymalnej średnicy d110
Rys. Dwa przypadki szczególnego łączenia wpustów PLUVIA, z redukcją średnicy i z rozszerzeniem średnicy.
Przelewy bezpieczeństwa
Każdy dach oraz każda rynna odwadniana systemem podciśnieniowym musi być wyposażona w przelew bezpieczeństwa. Przepis ten zawarty jest min. w normie PN-EN 12056-3 w p. 7.4 „Zaleca się, aby płaskie dachy z gzymsami oraz rynny nieokapowe miały zapewnione wyloty przelewowe i awaryjne w celu zmniejszenia ryzyka przelewania się wód opadowych do budynku lub przeciążenia konstrukcji„.
Przelew bezpieczeństwa chroni przed:
- ponadnormatywnym opadem deszczu
- zablokowaniem lub przepełnieniem kolektora odpływowego ścieków na zewnątrz budynku, uniemożliwiającym swobodny ich spływ
- zanieczyszczeniem niekonserwowanych wpustów dachowych
Każda z ww. sytuacji może powodować „górowanie” wody na dachu i zagrażać jego konstrukcji. Pamiętajmy, że 10mm poziomu wody, to dodatkowe 10 kg obciążenia na każdy m2 powierzchni dachu. Dachy płaskie są tak konstruowane, aby wytrzymać dodatkowe obciążenie rzędu 70-250 kg/m2. Wartość ta zależy od sposobu użytkowania dachu i jego obciążenia śniegiem w okresie zimowym. W miejscowościach nadmorskich będzie więc zdecydowanie niższa, natomiast największe wartości przyjmie w rejonach górskich. Przelewy awaryjne mają za zadanie ograniczyć maksymalny poziom wody do 50mm, czyli 50 kg/m2.
Wytyczne montażu (źr. Geberit Pluvia)
• Przelewy bezpieczeństwa należy sytuować w taki sposób aby nie zakłócały przepływu wody deszczowej do wpustów dachowych.
• Dolna krawędź otworu musi być umieszczona 5 cm ponad poziomem wpustu dachowego (6 cm dla wpustów d90), bez względu na rodzaj użytego przelewu (dotyczy to również dachów „zielonych”). Trzeba się upewnić, że nie ma żadnych krawędzi lub wejścia na dach, itp. poniżej poziomu przelewu bezpieczeństwa.
• Zaleca się lokalizowanie przelewów bezpieczeństwa w attyce. W przypadku, gdy konstrukcja dachu uniemożliwia
umieszczenie przelewów w attyce, awaryjne odprowadzenie wody z dachu może być również zrealizowane poprzez
inny system rurowy. System ten nie powinien być włączony do tego samego kolektora zewnętrznej sieci deszczowej,
do którego jest podłączony system Pluvia. Najlepiej odprowadzić wody deszczowe na teren.
Przelew w attyce
Jeśli przelewy awaryjne realizowane są poprzez otwory w attyce, należy preferować otwory prostokątne nad okrągłymi. Otwory o kształcie kanciastym reagują szybciej niż otwory okrągłe.
Rys. Przelew awaryjny w attyce. (źr. Geberit)
Fot. Przelew awaryjny prostokątny, attykowy (źr. Bauder.pl)
Zaleca się wysokość otworu przelewu awaryjnego rządu od 10-15cm. Jego długość wyznacza się z kolei na podstawie obliczeń hydraulicznych dla deszczu nawalnego 100 letniego. Zamiast otworów prostokątnych można też stosować przelewy rurowe. W tym wypadku wydajność jest dużo mniejsza i wymaga zastosowania większej ich ilości na dachu. Przelew okrągły może być zakończony rzygaczem, lub podłączony do pionu przelewowego. Ten ostatni musi być odprowadzony bezpośrednio na poziom terenu. Zabrania się podłączania przelewów awaryjnych do instalacji kanalizacyjnej – odpływ musi być zawsze swobodny.
Rys. Przelew awaryjny Sita Easy podpięty do rury spustowej i do rzygacza (źr. Sita Bauelemente Gmbh)
Wylewanie się wody przez rzygacz jest zawsze widowiskowe, choć niezbyt przyjazne dla pieszych. Pamiętajmy jednak, że zachodzi bardzo rzadko, przy deszczu nawalnym. Dla właściciela budynku to z kolei sygnał, że system odwodnienia dachu nie daje rady i być może wymaga serwisu wpustów.
Przelew w rynnie
Umieszczanie wpustów w rynnach zbiorczych na dachach szedowych wymaga, aby dno rynny było płaskie. Maksymalna odległość między wpustami wynosi 20m, a maksymalna odległość wpustu od zakończenia rynny nie może być większa niż 10m. Dla ułatwienia spływu, rynny należy układać ze spadkiem w kierunku wpustów rzędu 0,5% (rys. poniżej).
Przelew w rynnie w dachu szedowym jest możliwy tylko na jej zakończeniach. Z uwagi, że możliwe są tylko dwa takie przelewy, podlegają one osobnym przepisom i nie są stabelaryzowane. Otwór przelewowy na zakończeniu rynny powinien być wykonany na całej szerokości rynny, nie może być też ograniczony od góry. Wysokość krawędzi otworu od dna rynny zależy od odległości od najbliższego wpustu, ale nie może być większa niż 10 cm (rys.)
Rys. Zasady wykonywania otworów przelewowych na zakończeniach rynien zbiorczych (źr. Geberit).
Jeśli rynna zbiorcza znajduje się na gzymsie budynku, odbierając ścieki deszczowe z dachu stromego, otwory przelewowe projektuje się tak samo jak w przypadku dachów płaskich z tą różnicą, że wysokość otworu przelewowego winna się znajdować co najmniej 10cm powyżej wlotu wpustu.
Rys. Zasady planowania przelewów w rynnach zbiorczych na długości rynny (źr. Geberit).
Przelew awaryjny w dachu płaskim
To rozwiązanie stosowane w przypadku, gdy nie ma możliwości wykonania przelewu attykowego. Przelewy takie wyglądem przypominają klasyczny wpust, ale mają osobny odpływ. Połączone są rurą wyprowadzoną poza obrys budynku. W firmie Geberit przelew awaryjny to wpust z systemem spiętrzającym, który zaczyna działać dopiero wtedy, gdy poziom wody na dachu osiągnie określoną wartość. Dopuszczalne spiętrzenie zależy od wydajności wpustu. Sposób jego montażu pokazuje poniższy film. Wpusty awaryjne tworzą wraz z systemem rurowym osobną, całkowicie niezależną od głównego systemu odwadniania dachu instalację podciśnieniową, która nie jest podłączona do kanalizacji, tylko wyprowadzona grawitacyjnie poza obrys budynku.
Rys. Schemat systemu awaryjnego (kolor czarny).
Obliczenia przelewów awaryjnych
Są dobrze opisane w artykule https://www.rynekinstalacyjny.pl/artykul/instalacje-kanalizacyjne/32902,systemy-awaryjne-odwadniania-dachow-plaskich dlatego nie będę tworzył dodatkowej treści. Dodam tylko od siebie, że projektowanie wpustów awaryjnych jest często intuicyjne, wymaga doświadczenia, czasem zdrowego rozsądku. Wielkość natężenia opadów deszczu dla wpustów awaryjnych powinna być przyjmowana na podstawie danych deszczu 100 letniego, trwającego 5 minut. Do celów projektowych dane takie można znaleźć w Polskim Atlasie Natężenia Deszczu w serwisie PANDa. Serwis wymaga logowania i opłaty za dane, podaje wielkość opadów dla 930 miejscowości w kraju.
To jednak dopiero początek problemów. Dach dachowi nierówny. Nie możemy ich więc traktować tak samo, nawet przy tym samym kryciu i powierzchni. Kluczowe jest np. serwisowanie wpustów dachowych. Jeśli zarządca budynku go nie zapewnia, wpusty mogą być niedrożne i w czasie deszczu nawalnego przelew awaryjny musi odebrać całą ilość wody. Przy małych dachach i kilku źle serwisowanych wpustach projektant (moim zdaniem) powinien obliczenia wydajności przelewów awaryjnych prowadzić tak, jakby na dachu nie było innego odwodnienia. Przy dużej ilości wpustów i dobrze serwisowanych instalacjach wydajność przelewów może być już pomniejszona o ilość wody odprowadzaną instalacją podciśnieniową. I jak tu nie kochać zawodu projektanta?