Systemy awaryjne odwadniania dachów płaskich

Zgodnie z normą PN-EN 12056-3 Systemy kanalizacji grawitacyjnej wewnątrz budynków [1] dachy, w tym dachy płaskie, wymagają zastosowania systemu odprowadzenia wód opadowych w ilości odpowiadającej deszczowi miarodajnemu. Norma ta wskazuje także na konieczność zastosowania dodatkowo dla dachów płaskich odwodnień awaryjnych.

Deszcz nawałnicowy, ograniczenie przepustowości lub awaria głównego odwadniania dachu płaskiego prowadzi w krótkim czasie do spiętrzenia ogromnych ilości wody, co może skutkować jego obciążeniem. Zwiększenie liczby wpustów głównych nie rozwiązuje problemu, ponieważ są one przyłączone do kanalizacji deszczowej i w przypadku intensywnych opadów może ona nie przyjąć tak dużych ilości wody. Należy zatem zapewnić alternatywną drogę odprowadzenia nadwyżki wody opadowej z dachu poprzez wyprowadzenie opadu na teren wokół budynku bez podpinania do systemu orurowania budynku oraz kanału kanalizacji deszczowej.

System awaryjnego odwodnienia powinien odprowadzać wodę jedynie w przypadku wystąpienia deszczu o natężeniu większym od przyjętego do obliczeń. Dlatego jego zadziałanie w normalnych warunkach powinno zostać potraktowane jako ostrzeżenie, że jeden lub kilka wpustów zostało częściowo lub całkowicie zatkanych i konieczna jest inspekcja na dachu.

Systemy odwodnień awaryjnych występują w różnych technologiach. Najprostszym rozwiązaniem jest wykonanie otworów w attyce, a jego modyfikacją są wpusty attykowe z wolnym wyrzutem (tzw. rzygaczem). Bardziej zaawansowaną formą przelewów awaryjnych są wpusty dachowe odprowadzające wody opadowe nad teren. Najbardziej zaawansowanymi rozwiązaniami są systemy podciśnieniowe.

Czytaj też: Wykorzystanie wody deszczowej w instalacjach sanitarnych budynków >>>

W artykule dokonano przeglądu oferowanych technologii, przy czym skoncentrowano się na systemach grawitacyjnych.

Obowiązujące normy

Wykonanie zabezpieczenia przed wystąpieniem awarii lub katastrof budowlanych spowodowanych nagromadzeniem nadmiernych ilości wody na dachach płaskich poprzez zaprojektowanie i wykonanie odwodnienia awaryjnego dachu jest obowiązkiem wskazanym w polskich regulacjach prawnych oraz zagranicznych normatywach, które zwykle nie są zaimplementowane do krajowego systemu prawnego, ale pozostają ważnymi wytycznymi ułatwiającymi projektowanie m.in. instalacji.

Zgodnie z rozporządzeniem w sprawie warunków technicznych [2] „instalacja kanalizacyjna budynku powinna spełniać wymagania określone w Polskich Normach dotyczących tych instalacji”.

W załączniku do rozporządzenia przywołane są punkty 4–7 normy PN-EN 12056-3 [1]. Punkt 7.3.1 „Wyloty awaryjne” określa, że w przypadku dachów płaskich z gzymsami powinno się zapewniać przynajmniej dwa wyloty (albo jeden wylot i przelew awaryjny) dla każdej powierzchni dachowej.
W punkcie 7.4 znajduje się natomiast zalecenie, 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.

Obok przepisów krajowych projektant może korzystać z procedur obliczeniowych zawartych w normatywach obowiązujących w innych krajach. Można tu przytoczyć chociażby normę DIN 1986-100 [3] czy niemiecki dokument VDI 3806 [4].

Według DIN 1986-100 każdy dach płaski powinien mieć system odwadniający zapewniający bezpieczne odprowadzenie wody w przypadku wystąpienia deszczu stuletniego, czyli zgodnie z definicją zawartą w przytoczonym normatywie pięciominutowego opadu ekstremalnego występującego w miejscu posadowienia budynku raz na 100 lat.

Poza przepisami dotyczącymi projektowania istnieje szereg zasad montażu odwodnień dachów, które pozwolą uniknąć problemów technicznych w czasie ich eksploatacji.

• Przede wszystkim każda połać dachu płaskiego powinna być odwadniana przez co najmniej jeden główny wpust dachowy zlokalizowany w najniżej położonym punkcie odwadnianej powierzchni oraz jeden przelew awaryjny znajdujący się min. 50 mm powyżej powierzchni dachu.

• Dodatkowo spływ wody w kierunku wpustów nie powinien być blokowany przez, chociażby występujące na dachu obiekty i urządzenia. Jeżeli spływanie wody jest blokowane, należy przewidzieć dodatkowe urządzenia odwadniające, np. spusty, rynny itp.

Istnieje szereg zasad montażu samych wpustów, orurowania, stosowania hydroizolacji itp., których bezwzględnie należy przestrzegać [5]. Przykładowo poszczególne części wpustów (korpus, nakładka przedłużająca, ewentualny tarasowy zestaw montażowy) powinny do siebie pasować i posiadać świadectwo przydatności zgodne z DIN lub z ogólnym certyfikatem nadzoru budowlanego.

Równie ważne jest, aby hydroizolacja wokół wpustu miała spadek w kierunku odpływu, a podłączone rury odpływowe miały odpowiednie wymiary, aby mogły szybko i sprawnie odprowadzić wodę.

Należy pamiętać, aby zapewnić swobodny dostęp służb i osób realizujących prace konserwacyjne i serwisowe do wszystkich elementów odwodnień. Nie można przy tym zapominać o najważniejszej zasadzie zapewniającej poprawność systemu odwadniania, czyli regularnej i starannej konserwacji.

Nieprawidłowe zwymiarowanie systemu odprowadzania wód opadowych z dachu lub nieprzestrzeganie obowiązujących zasad jego montażu [5] może doprowadzić do nieprawidłowego działania tej instalacji. W konsekwencji następować może gromadzenie wód opadowych na dachu, a przy nałożeniu się niekorzystnych warunków prowadzić to może wręcz do uszkodzenia konstrukcji dachu.

Sposoby odwadniania dachów płaskich

Najłatwiejszym i dość powszechnie do niedawna stosowanym sposobem awaryjnego odwadniania dachów płaskich było wykonanie wycięcia w ścianie attykowej.

Attykowy system usuwania opadu jest bardzo popularny z racji braku przebić w konstrukcji dachu do wewnątrz budynku. Mimo prostoty nie ma możliwości prawidłowego określenia szerokości i wysokości takiego wycięcia bez wykonania obliczeń zgodnie z wytycznymi.

Według jednego z producentów [6] zewnętrzne przelewy bezpieczeństwa powinny być projektowane jako otwory o przekroju prostokątnym, ponieważ ten kształt zapewnia szybsze działanie niż w przypadku otworu o przekroju kołowym. Otwory o przekroju kołowym są dopuszczalne tylko w przypadku awaryjnego systemu rurowego.

Aby otwory przelewowe zapewniły szybkie odprowadzenie nadmiaru wód opadowych z dachu, wg [6] poziomy wymiar przelewu powinien być jak największy, a jego wysokość powinna mieścić się w granicach 10–15 cm (rys. 1)

Inny producent [7] podaje wytyczne do obliczeń wysokości i szerokości otworu przelewowego uwzględniające ewentualne zablokowanie części odpływu kawałkiem drewna czy gałęzi poprzez przyjęcie dodatkowej wolnej przestrzeni nad otworem (rys. 2).

Obok najprostszych rozwiązań w postaci wycięcia otworu w attyce na rynku można znaleźć również inne rozwiązania techniczne odwodnień awaryjnych tej klasy, np. odwadnianie dachów płaskich projektowane na bazie wpustów attykowych [8].

Do mniejszych powierzchni zalecane są wpusty serii Easy lub Rondo.

W przypadku powierzchni większych, aby uniknąć wielu przebić przez attykę, jako odwodnienie awaryjne można zastosować wpust Turbo.

Dla projektów wymagających spełnienia wielu kryteriów z powodzeniem można wykorzystać specjalny zestaw do odwadniana awaryjnego Indra, z korpusem izolacyjnym zapobiegającym wystąpieniu mostka cieplnego i o niskiej zabudowie w konstrukcji dachu.

Rozwiązanie w postaci otworów w attyce jest z pewnością tanim sposobem organizacji przelewów awaryjnych. W przypadku jego zastosowania zanieczyszczeniu może jednak ulegać elewacja budynku. Taki efekt działania systemu odprowadzenia wody z dachu może wiązać się z wysokimi kosztami bieżącego utrzymania czystości, a w dłuższej perspektywie koniecznością wykonania przedwczesnego remontu samej elewacji.

W wielu sytuacjach wymagane jest zatem, aby odprowadzenie nadmiaru wód opadowych nastąpiło za pomocą awaryjnych przelewowych wpustów dachowych o wlotach umieszczonych ponad powierzchnią dachu (rys. 3).

Odprowadzenie wody z dachu jest wówczas realizowane poprzez system rurowy nad poziom terenu. Taka organizacja systemu zapewnia swobodny odpływ wody bez wprowadzania jej do zewnętrznej sieci kanalizacyjnej. Jest to istotne, gdyż w przypadku występowania deszczu nawalnego istnieje duże ryzyko przekroczenia przepustowości sieci kanalizacyjnej.

Omawiany system może być realizowany jako grawitacyjny lub poprzez dodatkowy, podciśnieniowy układ odwadniania dachów.

Konstrukcję przykładowego wpustu awaryjnego przedstawiono na rys. 4 [6].

Jego zasada działania jest dość prosta, ale zapewnia skuteczne odprowadzenie wody.

• Gdy wysokość warstwy wody deszczowej na dachu nie przekracza 50 mm, jest ona odbierana przez system podstawowy (1).

• W razie przekroczenia 50 mm wpust awaryjny zaczyna pracować w systemie grawitacyjnym (2).

• Przy retencji wody na dachu przekraczającej 65 mm wpust awaryjny jest całkowicie zalany (brak powietrza w systemie) i następuje całkowite wypełnienie przewodów. System awaryjny pracuje wówczas już jako system podciśnieniowy (3).

Wpusty z układu podstawowego i awaryjnego osiągają razem maksymalne (obliczeniowe) wydajności, dzięki czemu poziom wody na dachu obniża się do 30 mm (4). Działanie wpustów o konstrukcji jak na rys. 4 powoduje wahania poziomu wody zgromadzonej na dachu między 50 a 65 mm.

Czytaj też: Analiza opłacalności wykorzystania systemu odzysku ścieków szarych w budynku mieszkalnym >>>

Dobór wpustów awaryjnych – obliczenia

Dobór wpustów dachowych, zarówno odwodnienia głównego, jak i awaryjnego, dla dachu płaskiego wymaga wykonania obliczeń określających ilość wody opadowej oraz przeliczenia wydajności wpustów wraz z systemem orurowania (jeżeli występuje).

Obowiązującą normą, która reguluje projektowanie instalacji ścieków deszczowych, jest PN-EN 12056­‑3:2002 [1]. Nie podaje ona jednak wielkości miarodajnego natężenia deszczu dla Polski. Zaleca, aby wielkość przyjmowaną do obliczeń określać na podstawie danych statystycznych o opadach atmosferycznych w danej lokalizacji budynku. Norma nie precyzuje również współczynników spływu dla różnych dachów, proponując przyjmowanie do obliczeń wartości równej 1.

Projektant nie zawsze ma dostęp do danych statystycznych dotyczących wielkości opadów. Należy kierować się wówczas wartościami odpowiednimi do warunków klimatycznych w miejscu usytuowania budynku, a także krajowymi i lokalnymi przepisami oraz wytycznymi.

W Polsce obliczenia odwonienia awaryjnego oraz głównego bazują na normie PN 92/B­‑01707 Instalacje kanalizacyjne. Wymagania w projektowaniu [10], które określają wartość natężenia deszczu nie mniejszą niż 300 l/(s · ha) oraz podaje współczynniki spływu wody dla różnych typów dachów (tab. 1).

Czytaj też: Wody opadowe w miastach >>>

Uwzględniając miarodajne natężenie deszczu, wielkość i rodzaj powierzchni dachu, możliwe jest wyliczenie wymaganej wydajności instalacji odprowadzającej wody deszczowe przelewem głównym zgodnie z wymaganiami normy [1] wg zależności:

                (1)

gdzie:
C – współczynnik spływu,
A – powierzchnia dachu, m²;
r – miarodajne natężenie opadów atmosferycznych, l/s · m².

System odwadniania dachów i przelewy bezpieczeństwa muszą wspólnie zabezpieczyć odprowadzenie trwającego minimum 5 minut opadu deszczu, który jest przewidziany raz na 100 lat. Ilość wód opadowych odprowadzanych przez przelewy awaryjne można za [6, 7, 8] obliczyć wówczas z zależności:

         (2)

gdzie:
r₅ – pięciominutowy opad deszczu przewidywany raz na 100 lat, l/(s · m²);
r_n – zalecane natężenie deszczu (wg norm), l/(s · m²);
C – współczynnik spływu zależny od rodzaju pokrycia dachowego (dla dachu płaskiego C = 0,8);
A – odwadniana powierzchnia dachu, m².

Prawidłowe określenie nadmiaru deszczu, który powinien być odprowadzony z dachu przez przelewy bezpieczeństwa, jest bardzo trudne lub wręcz niemożliwe. Często zakłada się, że odwodnienie awaryjne powinno odebrać minimalnie taką ilość wody, jaką odbierają wpusty odwodnienia głównego. Inne rozwiązanie proponuje jeden z producentów [6], przyjmując w uproszczeniu, że ilość wody deszczowej przypadającej na wpust awaryjny jest dwukrotnie większa od ilości wody opadowej odprowadzanej przez wpust odwodnienia głównego.

Zakładając niedrożność wpustów głównych i wystąpienie deszczu nawałnicowego, wpusty awaryjne powinny móc odebrać całą ilość deszczu nawałnicowego. Według wytycznych firmy założenie takie należy przyjmować przy wymiarowaniu przelewów bezpieczeństwa lokalizowanych w attyce, a także dla wewnętrznych przelewów bezpieczeństwa systemu grawitacyjnego.

Natomiast inna firma [11] podaje, że wartość opadu nawałnicowego statystycznie może wynosić nawet 1000 l/(s · ha) w miejscu posadowienia budynku. W materiałach do projektowania podaje szczegółowe dane dotyczące deszczu nawałnicowego dla różnych miejscowości. Źródłem takiego zestawienia jest norma DIN 1986-100, która w jednym z załączników podaje wartości deszczu nawałnicowego dla szeregu miejscowości. Dla projektanta stanowi to tylko częściowe ułatwienie, gdyż producent zamieszcza dane wyłącznie dla miast zlokalizowanych na terenie Niemiec.

Po określeniu ilości deszczu, który należy odprowadzić przelewem awaryjnym, firmy podają różne sposoby doboru wielkości przekroju przelewów attykowych lub wpustów awaryjnych wraz z orurowaniem. Zgodnie z wytycznymi [6] związek pomiędzy wydajnością V a wysokością przelewu attykowego ∆hu przedstawia równanie:

        (3)

gdzie:

b – szerokość otworu przelewowego, m;
g – przyspieszenie ziemskie, m/s²;
Δh_u – wysokość przelewu, m;
m – współczynnik zwężenia zależny od różnych czynników, np. stosunku wysokości przelewu do jego szerokości.

Ponadto proponuje się przyjąć, że przez otwór przelewowy o powierzchni 25 cm2 wypływa 1 l/s wody opadowej. Takie założenie pozwala na łatwe zwymiarowanie łącznej powierzchni przelewów bezpieczeństwa zapewniającej odprowadzenie nadmiaru wody z dachu. Wystarczy zsumować wydajności wpustów dachowych posadowionych w jednej linii (koszu) SQ [l/s], a następnie z proporcji wyznaczyć sumaryczną powierzchnię przelewu F zgodnie z zależnością:

        (4)

gdzie:
F – sumaryczna powierzchnia przelewu, która może być podzielona na kilka mniejszych otworów, cm².

Jeśli dysponuje się danymi szczegółowymi odnośnie do deszczy nawałnicowych, SQ oznaczać będzie nadmiar wody do odprowadzenia przez przelewy V wyznaczony z podanego wcześniej wzoru.

W przypadku odprowadzenia nadmiaru wody deszczowej nad teren poprzez zastosowanie rurowego systemu awaryjnego można na podstawie zależności (5) wyznaczyć średnicę wlotu do przewodu rurowego D:

         (5)

Natomiast zgodnie z wytycznymi [7] wymiary prostokątnego otworu przelewowego można policzyć ze wzoru na wydajność przelewu:

   (6)

gdzie:
L_w – szerokość otworu przelewowego, mm;
h – spiętrzenie wody ponad dolną krawędź otworu, mm.

Dobór wpustów awaryjnych – obliczenia (ciąg dalszy)

W tab. 2 zawarto wyniki obliczeń wydajności przelewu prostokątnego dla różnych jego szerokości i różnej wysokości spiętrzenia wody [7].

Wydajność przelewu o przekroju kołowym, przy wysokości spiętrzenia wody 50 mm ponad górną krawędź otworu, można odczytać z tab. 3 [7].

W sytuacji, kiedy nie jest możliwe wykonanie przelewów awaryjnych w ściance attykowej, firmy proponują zastosowanie jako instalacji awaryjnego odwodnienia niezależne systemy grawitacyjne bądź podciśnieniowe [6, 7].

Wybór konkretnego modelu wpustu zgodnie z [8, 12] zależy od powierzchni dachu, otrzymanych wyników obliczeń ilości wód opadowych oraz możliwości montażowych.

Bardzo duże znaczenie ma również odpowiednie określenie wysokości spiętrzenia wody, której wartość nie powinna przekraczać 60–65 mm.

Do powierzchni mniejszych proponuje się stosowanie np. wpustów serii Easy (tab. 4).

Wytyczne producenta podają średnicę wpustu zależną od wymaganej wydajności wpustu, wielkości spiętrzenia wody i wybranego rozwiązania odprowadzenia wody. Projektant może się zdecydować na system orurowania bądź zastosowanie rzygaczy.

Sam sposób wyrzutu wody przez wpusty attykowe ma bardzo duże znaczenie. Wpusty podpięte do orurowania mają znacznie większą wydajność niż wpusty z wyrzutem wolnym jako rzygacz. Można to zauważyć, porównując wydajności wpustów (tab. 5 i tab. 6).

Przykładowo okazuje się, że przy spiętrzeniu 35 mm wydajność wpustu podłączonego do orurowania jest ponad dwukrotnie większa od wydajności wpustu z wyrzutem wolnym dla wpustów Turbo. Cechy te wynikają z występowania w orurowaniu pewnego ciśnienia i braku zasysania powietrza. Korzyścią z powyższego jest większa wydajność, a co za tym idzie mniejsza liczba wpustów attykowych [12].

Czytaj też: Instalacja wod-kan w wysokościowcu >>>

Podsumowanie i wnioski

Na rynku dostępnych jest wiele systemów odwodnień dachów płaskich. W ofercie poszczególnych producentów można znaleźć propozycje rozwiązań różniących się stopniem skomplikowania. Projektant może zatem wybrać rozwiązanie dobrze dopasowane do konkretnych realizacji i zgodne z oczekiwaniami inwestora. W zakresie projektowania nie występują poważne trudności. Z punktu widzenia algebraicznego równania stosowane do wymiarowania układu są proste i nie nastręczają problemów interpretacyjnych.

Jedyną, ale bardzo poważną trudnością jest pozyskanie danych dotyczących pięciominutowego deszczu stuletniego dla poszczególnych lokalizacji. Dla warunków polskich projektant nie ma wglądu do ogólnodostępnych i zweryfikowanych danych dotyczących wielkości opadów.

Błędne założenia w tym zakresie będą skutkować niewłaściwym doborem wielkości poszczególnych elementów systemu odwodnień i późniejszymi problemami eksploatacyjnymi. Istnieje zatem potrzeba opracowania danych statystycznych, ich weryfikacji i udostępnienia dla celów projektowych.

Nie można również zapominać o pracach serwisowych i konserwacyjnych w celu utrzymania pełnej drożności i prawidłowego działania systemu, ponieważ tylko wówczas uzyskany zostanie efekt zabezpieczenia konstrukcji dachu przed nadmiernym obciążeniem i dbałości o estetykę elewacji.

Literatura

1. PN-EN 12056-3 Systemy kanalizacji grawitacyjnej wewnątrz budynków. Część 3: Przewody deszczowe Projektowanie układu i obliczenia.

2. Rozporządzenie Ministra Infrastruktury z dnia 12 kwietnia 2002 r. w sprawie warunków technicznych, jakim powinny odpowiadać budynki i ich usytuowanie (DzU nr 75/2002, poz. 690, z późn. zm.).

3. DIN 1986-100 Entwässerungsanlagen für Gebäude und Grundstücke – Teil 100: Bestimmungen in Verbindung mit DIN EN 752 und DIN EN 12056.

4. VDI 3806 Dachentwässerung mit Druckströmung.

5. http://www.klubdachy.pl/technika/prawidlowe-odwadnianie-dachow-plaskich/.

6. Poradnik techniczny: Przelewy bezpieczeństwa Geberit

7. Poradnik techniczny: System podciśnieniowego odwadniania dachów Wavin QuickStream

8. Odwodnienie poprzez attykę. Efektywne odwadnianie dachów płaskich, Sita.

9. http://www.dachyplaskie.info.pl/realizacje/odwodnienia-dachow-plaskich-najczesciej-popelniane-bledy/.

10. PN-92/B 01717 Instalacje kanalizacyjne. Wymagania w projektowaniu.

11. Odwodnianie awaryjne – katalog firmy Sita.

12. http://www.klubdachy.pl/przeglad-techniczny/bezpieczne-odwadnianie-awaryjne-dachow-plaskich-przez-attyke/.

Chcesz być na bieżąco? Zapisz się do naszego newslettera!