Siaqua Dachentwässerung - Systeme & Planungsgrundlagen

Systembeschreibung

Im Gewerbe- und Industriebau ist das Flachdach die Regel. Wichtig für eine einwandfreie Funktion des Flachdaches ist eine schnelle und sichere Regenwasserableitung in die Kanalisation. Dem Planer stehen hier zwei verschiedene Systeme zur Verfügung:

• Freispiegelentwässerungs-System (FSE)

• Druckströmungsentwässerungs-System (DSS)

Bei Freispiegelentwässerungs-Systemen erfolgt das Ableiten des Regenwassers durch teilgefüllte Leitungssysteme. Kennzeichnend sind die zahlreichen Dachabläufen und Fallleitungen. Die Sammlung und Ableitung des Regenwassers erfolgt in Grundleitungen, welche mit Gefälle zu verlegen sind. Die Vorteile liegen in der einfachen Dimensionierung, dem uneingeschränkten Einsatz bei fast jeder Dachform und speziell bei kleineren Dachflächen.

Bei Druckströmungsentwässerungs-Systemen hingegen, wird das Regenwasser von speziellen aber wenigeren Dachabläufen direkt in eine unter der Decke, ohne Gefälle montierten Sammelleitung geleitet. Von dort führt eine einzige Fallleitung in die Grundleitung oder direkt in den Sammelschacht. Das Leitungssystem wird bis zum Übergang in die Grundleitung auf Vollfüllung ausgelegt. Die Wassersäule in der ebenfalls vollgefüllten Fallleitung erzeugt einen Unterdruck in der Sammelleitung, wodurch das Dach per Saug-Hebe-Effekt entwässert wird. Zur Abstimmung und Dimensionierung einer Druckströmungsentwässerungs-Anlage ist ein hydraulischer Abgleich notwendig. Für moderne, große Dachflächen zeichnet sich das System durch folgende Vorteile aus:

• Geringere Anzahl von Dachabläufen und Dachdurchdringungen

• Minimale Anzahl an Fall- und Grundleitungen, weniger Erdarbeiten

• Kleine Rohrquerschnitte bei höchsten Abflussleistungen

• Verlegung der Sammelleitung an der Decke ohne Gefälle

• Selbstreinigungseffekt durch große Strömungsgeschwindigkeiten

Die Regenspende

Bei jedem Bau eines Gebäudes, ob Industriehalle, Wohnblock oder Einfamilienhaus, kommt man um das Thema Dachentwässerung nicht herum. Der erste wichtige Punkt für eine ordnungsgemäße Planung, ist der Standort des Bauvorhabens. Dieser hat einen wesentlichen Einfluss auf das Regenereignis, welches Vorort zu berücksichtigen ist.

In Österreich gilt hierfür die ÖNORM B 2501: Entwässerungsanlagen für Gebäude und Grundstücke – Planung, Ausführung und Prüfung. Sie dient unter anderem als ergänzende Richtlinie zur ÖNORM EN 12056 und ÖNORM EN 752.

Gemäß dieser ÖNORM B 2501 ist im Regelfall für die Auslegung der Dachentwässerung (für das Hauptsystem), das 5-minütige Regenereignis mit einer 5-jährlichen Wiederkehrperiode „r_5,5“ in [l/(s*ha)] zu verwenden. Bemessungsniederschläge für den jeweiligen Ort werden im Normalfall den Datensätzen des Bundesministeriums für Landwirtschaft, Regionen und Tourismus, unter http://ehyd.gv.at, entnommen. Diese Auswahl wird empfohlen, da die Werte der einzelnen Gitterpunkte eines Bezirkes stark voneinander abweichen können. Eine falsch angenommene Regenspende kann zur Funktionsbeeinträchtigung des Systems führen.

Richtwerte der Bemessungsregenspende für den jeweiligen Bezirk, können dem Anhang B der ÖNORM B 2501 entnommen werden. Diese stellen jeweils die Maximalwerte aus allen Gitterpunkten eines Bezirkes dar. Eine Mindestbemessungsregenspende für Dach- und Grundstücksflächen wird laut ÖNORM B 2501 mit 300 l/(s*ha) festgelegt.

Beregnete Fläche

Zur Berechnung des Regenwasserabflusses wird als beregnete Fläche „A“ in [m²] die Horizontalprojektion der beregneten Dachfläche herangezogen.

Für angrenzende aufgehende Wände, ist laut ÖNORM B 2501 bei Schlagregenereignissen 50% der vertikalen Wandfläche als zusätzliche Dachfläche anzusetzen. Dies gilt wenn der Regen auf das Dach abfließen kann und die Ableitung dieses Regenwassers über dieselbe Dachentwässerung erfolgt, wie die für die horizontale Dachfläche. Da aber bei Schlagregen im „Schatten“ liegende Dachflächen sehr wenig bis keinen Regen abbekommen, können diese somit auch nicht mehr zu 100% wasserbeaufschlagt angenommen werden. Eine höhere Annahme der beregneten Fläche führt somit zu einer größeren Abflussmenge als bei normalem Regen vorhanden. Dies ist bei Freispiegelsystemen nicht weiter kritisch. Bei Druckströmungssystemen (DSS) hingegen, führt dies zur Beeinträchtigung bis hin zum Ausfall des gesamten Systems, da bei dem normalen Regenereignis keine Vollfüllung mehr erreicht wird. Daher werden Schlagregenereignisse in der Regel bei Druckströmungsentwässerungs-Systemen nicht weiter berücksichtigt.

Die Abflussbeiwerte

Um die Dachneigung, die Rauigkeit und das Wasseraufnahmevermögen der zu entwässernden Dachfläche zu berücksichtigen, wird für die Berechnung der Regenwasser-Abflussmenge der Beiwert „C“ angesetzt. Gemäß ÖNORM B 2501 gelten folgende Werte

• C = 1,0
  Für Foliendächer, Blechdächer, Dächer mit Ziegeleindeckung, versiegelte Betonflächen, versiegelte Dächer ohne Auflast und Pflasterflächen mit Fugenverguss

• C = 0,8*
  Für Kiesdächer und -wege, Pflasterflächen ohne Fugenverguss und Extensivbegrünungen ≤ 8 cm Schichtdicke

• C = 0,5*
  Für reduzierte Extensivbegrünungen ab 8 cm Schichtdicke

• C = 0,3*
  Für Begrünungen ab 10 cm Schichtdicke

• C = 0,1*
  Für Intensivbegrünungen ab 25 cm Schichtdicke

* … Bei speziell wasserdurchlässigen oder wasserrückhaltenden Gründachaufbauten sind die Abflussbeiwerte der Hersteller heranzuziehen.

Berechnung der Regenwasser-Abflussmenge

Haupt-Entwässerungssystem

Aus zuvor genannter Regenspende „r_5,5“ in [l/(s*ha)], der beregneten Fläche „A“ in [m²] und dem Abflussbeiwert „C“, wird die gesamte Abflussmenge wie folgt berechnet.

Mit der Abflussmenge der jeweiligen Dachfläche erfolgt im Weiteren die Ermittlung der Anzahl der benötigten Dachabläufe, sowie die Dimensionierung des zugehörigen Rohrsystems.

Notsystem (Notüber- und Notabläufe)

Es soll bei innerhalb von Gebäuden liegenden Entwässerungen, das Risiko des Eindringens von Regenwasser in das Gebäude, sowie die Überlastung der Dachkonstruktion verhindern. Nach ÖNORM B 2501 muss zusätzlich zu den für das Regenereignis „r_5,5“ erforderlichen Abläufen der einzelnen Teilflächen, mindestens ein Notüber- oder Notablauf vorgesehen werden. Dieser ist für die Summe aller Teilflächen zu dimensionieren. Sie müssen sofern möglich, auf schadlos überflutbare Grundstücksflächen frei ausmünden. Weiters sind Notabläufe getrennt von der normalen Dachentwässerung abzuleiten.

Bei Freispiegelsystemen gilt: Wenn eine Dach- oder Terrassenfläche jeweils mindestens zwei Abläufe aufweist, darf einer oder mehrere Abläufe der Teilflächen als Notablauf ausgelegt werden.

Für die Dimensionierung muss das zu erwartende 5-minütige Regenereignis mit einer Wiederkehrperiode von 100 Jahren „r_5,100“ in [l/(s*ha)], vom Notsystem zusammen mit dem Haupt-Entwässerungssystem abgeführt werden können. Hierbei ist ein besonderes Augenmerk auf den Abflussbeiwert „C“ zu richten. Je kleiner der Beiwert einer Dachfläche, desto mehr Wasser wird im Dachaufbau (z.B. Begrünung) zurückgehalten und es muss weniger Wasser vom Hauptsystem abgeleitet werden. Im Gegenzug bedeutet dies für das Notsystem, dass je weniger Wasser bereits vom Hauptsystem abgeleitet wird, desto größer ist die vom Notsystem abzuleitende Abflussmenge „Q_Not“ in [l/s].

Die Berechnung der Regenmenge „Q_Not“ erfolgt mit folgender Formel.

Die eckige Klammer in der Formel ist zwar nicht nötig, da in der Mathematik „Punkt vor Strich“ herrscht, es lässt sich aber noch einmal der Einfluss des Abflussbeiwertes verdeutlichen.

Bei rechteckigen Notüberläufen z.B. in Form von Attikaspeiern, wird der maximale Durchfluss „Q_W“ in [l/s] über die Länge des Überlaufs „L_W“ in [mm] und dem geplanten, maximalen Wasserstand beim Überlauf (Druckhöhe) „h_Ü“ in [mm] wie folgt ermittelt.

Somit kann die erforderliche Länge eines Überlaufs „L_W“ in [mm] bei einer geforderten Abflussmenge „Q_Not“ in [l/s] berechnet werden. „Q_Not“ entspricht dann „Q_W“.

Die Gesamthöhe des Überlaufs „h_ges“ in [mm], entspricht laut ÖNORM B 2501 dem doppelten Wert von „h_Ü“.

Berechnung der Anzahl benötigter Dachabläufe

Der Regenwasserabfluss "Q" oder „Q_ges“ in [l/s] einer Dachfläche „A“ in [m²] wird durch das maximale Abflussvermögen bzw. die Nennleistung des Dachablaufes „Q_DA-max“ in [l/s] dividiert. Ungerade Ergebnisse werden auf die nächste, ganze Zahl aufgerundet und die tatsächliche Abflussmenge je Dachablauf „Q_DA-SOLL“ bestimmt. Die Dachabläufe werden üblicherweise so positioniert, dass jedem die gleiche Teildachfläche zugeordnet ist. Somit muss jeder Dachablauf die gleiche Regenmenge ableiten.Druckströmungssysteme werden im Vergleich zu Freispiegelsystemen hydraulisch abgeglichen. Hier sollte bei der Festlegung der Anzahl der Dachabläufe eine Reserve von ca. 10%, bezogen auf die Nennleistung, eingeplant werden. Ebenfalls bei Druckströmungssystemen zu berücksichtigen, ist eine erforderliche, minimale Abflussleistung „Q_DA-min“ in [l/s] je Dachablauf, da ansonsten keine Vollfüllung bei der Nennregenspende erreicht wird.

Bei Druckströmungsentwässerungs-Systemen (DSS) ist darauf zu achten, dass auch die Dachabläufe für dieses System geeignet sind. Sie weisen in der Regel eine weitaus höhere Abflussleistung als Abläufe für Freispiegelsysteme (FSE) auf und unterscheiden sich zudem auch baulich.

Neben den Abflussleistungen sind noch die Abstände der Dachabläufe zueinander bzw. zum Bauwerk, die statischen Randbedingungen des Bauwerks und das Notentwässerungskonzept von Bedeutung. Es ist deshalb bauseits immer zu prüfen, ob die ermittelte Anzahl der Dachabläufe auch baulich im Bezug auf Gefälle und Hochzüge machbar ist. Gegebenenfalls muss hier die Anzahl der Abläufe erhöht werden um die Mindestanforderungen laut Norm zu erfüllen.

Druckströmungsentwässerungs-System (DSS) – Leitungsführung

Bei der Planung der Leitungsführung ist besonders darauf zu achten, dass nur Dachabläufe auf gleicher Höhenlage an einen Fallstrang angeschlossen werden. Dächer mit unterschiedlichen Abflussbeiwerten (Oberflächen) müssen generell über getrennte Leitungsführungen entwässert werden.

Die Sammelleitung darf ohne Gefälle verlegt werden. Die Mindestnennweite bei DSS beträgt DN 40 / de 40 mm. Verjüngungen in Fließrichtung sind bei vollgefüllten Systemen (entspricht Druckströmungssystemen) zulässig. Eine etwaige Dimensionsänderung der Gully-Anschlussleitung direkt an der Einbindungsstelle zur Sammelleitung, hat unmittelbar vor der Einbindung zu erfolgen. Die Rohrleitungen und somit auch Reduktionen sind scheitelbündig zu verlegen.

Es dürfen nur Abzweiger mit 45° eingesetzt werden. Ausnahme hier, der Übergang von der Sammel- in die Fallleitung. Richtungsänderungen der horizontalen Rohrleitungen um 90° sind generell mit 2 x 45° Bögen auszuführen. Im Druckströmungsbereich sollte eine minimale Strömungsgeschwindigkeit von 0,5 m/s nicht unterschritten werden, damit der Selbstreinigungseffekt erhalten bleibt. Übliche Strömungsgeschwindigkeiten liegen bei ca. 2 bis 5 m/s.

Druckströmungsentwässerungs-System (DSS) – Sammel- und Fallleitung

Sammel- und Fallleitung, inklusive der Anschlüsse zu den einzelnen Dachabläufen, werden als gesamtes System hydraulisch abgeglichen. Dieses reicht vom Dachablauf bis hin zum Übergang der Fallleitung im DSS in das Freispiegelsystem (FSE). Zum hydraulischen Abgleich wird eine speziell für Siaqua entwickelte Software verwendet. Als Berechnungsgrundlage dient die DIN 1986-100.

Um die Funktion bei der Berechnungsregenspende sicherzustellen, wird das Anlaufverhalten der Siaqua DSS- Anlagen rechnerisch überprüft. Dabei kommt dem Übergang von der horizontalen Sammelleitung in die senkrechte Fallleitung eine große Bedeutung zu. Der Durchmesser der Fallleitung darf nicht größer sein als das Ende der Sammelleitung. Eine Reduktion der Rohrdimension in Fließrichtung nach dem Übergang in die Fallleitung kann hydraulisch notwendig werden.

Mögliche Ausführungen der Übergänge in die Fallleitung sind, wie links dargestellt: 1 x 90° Bogen, 2 x 45° Bogen oder 2 x 45° Bogen und einem mindestens 250 mm langen Rohrstück zwischen den Umlenkbögen.

Führen zwei Sammelleitungen direkt in eine Fallleitung, so sind diese höhenversetzt einzubinden. Eine erfolgt mittels einem oben gezeigten Übergang. Die zweite Einbindung erfolgt mit einem 45° Bogen, einem Zwischenrohr und einem 45° Abzweiger.

Der Übergang der Fallleitung des Druckströmungssystems (DSS) in das Freispiegelsystem ist exakt einzuhalten, damit die saugende Wassersäule „H“ in der Fallleitung nicht verkleinert oder vergrößert wird. Dies ist für eine optimal funktionierende Druckströmung von enormer Bedeutung. In diesem Übergangsbereich muss die hohe kinetische Energie der Druckströmung bei der Verlegung der Rohrleitung berücksichtigt werden. Dies hat einen maßgeblichen Einfluss auf die Dimensionierung des Aufstandsbogens bzw. der Grund- oder Sammelleitung.

Die Länge der Fallleitung sollte mindestens eine Geschosshöhe betragen. Nach dieser Schnittstelle in Fließrichtung, ist das Leitungssystem nach ÖNORM B 2501 als Freispiegelsystem auszuführen.

Freispiegelentwässerung – Dimensionierung der Regenwasserfallleitung

Für die Berechnung der maximalen Durchflussmenge „Q_RWP“ in [l/s] von vertikalen Rohrleitungen, bedient man sich der Gleichung nach Wyly-Eaton.

In dieser Formel entspricht „K_b“ der Rohrrauigkeit in [mm]. Sie wird, wenn nichts anderes angegeben, bei Kunststoffrohren mit 0,25 mm angenommen. Genauere Angaben zur Rohrrauigkeit können beim jeweiligen Rohrhersteller angefragt werden. Der hydraulisch relevante Innendurchmesser „d_i“ in [mm], ist von der verwendeten Rohrklasse (Durchmesser und Wandstärke) abhängig und darf sich in Fließrichtung nicht verjüngen. Der dimensionslose Füllungsgrad „f“ entspricht dem Verhältnis des Rohrquerschnitts der mit Wasser gefüllt ist, zum Gesamtquerschnitt. Nach ÖNORM B 2501 ist dieser mit 0,33 (= 33%) für Regenwasserfallleitungen festgelegt.

Nachfolgend zwei Tabellen maximal zulässiger Regenwasserabflüsse nach Wyly-Eaton, für Sikla PE-HD und PK-NG Fallleitungen mit einem Füllgrad von 33%, in Abhängigkeit der Nennweite. Damit kann auch die maximal zu entwässernde Dachfläche je Rohrnennweite und Abflussbeiwert, bei einer Regenspende „r_5,5“ von 300 l/(s*ha) bestimmt werden.

Tabelle 1a (PE-HD Rohre)

Tabelle 1b (PK-NG Rohre)

Freispiegelentwässerung – Dimensionierung der Grund- / Sammelleitung

Die Berechnung der maximalen Regenwasserabflussmenge „Q_zul“ in [m³/s] in Grund- und Sammelleitungen, erfolgt mit der Prandtl-Colebrook Gleichung.

Dabei entspricht „A“ in [m²] der Querschnittsfläche des Wassers im Rohr, „Ny“ in [m²/s] der Viskosität von reinem Wasser und „d_h“ in [m] dem hydraulischen Rohrdurchmesser. Das Rohrsohlegefälle „J“ wird in [m/m] und die betriebliche Rauigkeit der Rohrleitung „K_b“ in [m] eingesetzt. Der Füllungsgrad „f“ ist dimensionslos.

Nach EN 12056-3 wird mit einer Viskosität von 1,31 * 10^-6 m²/s für Wasser bei 10°C gerechnet. Die betriebliche Rauigkeit ist mit 1,0 * 10^-3 m definiert. Damit ist es nicht mehr erforderlich, Einzelwiderstandsverluste zu berücksichtigen. Der Füllungsgrad bei Rohrleitungen für Regenwasser, ist nach ÖNORM B 2501 mit 0,7 festgelegt. Über den Grad der Füllung werden indirekt die durchströmte Querschnittsfläche und der hydraulische Durchmesser berücksichtigt.

Nachfolgend zwei Tabellen maximal zulässiger Regenwasserabflüsse und vorhandener Strömungsgeschwindigkeiten nach Prandtl-Colebrook, in Abhängigkeit von Nennweite und Rohrsohlengefälle, für Sikla PE-HD und PK-NG Grund- bzw. Sammelleitungen. Füllgrad 70%.

Tabelle 2a (PE-HD Rohre)

Tabelle 2b (PK-NG Rohre)

Freispiegelleitungen – Allgemeine Normative Anforderungen

Mindestnennweiten und Querschnittsänderungen

Die Nennweite der Grund- und Sammelleitungen muss gleich oder größer als die angeschlossene Fallleitung sein und ist gemäß ÖNORM EN 12056-3, Tabelle C.1 auszulegen. Die Mindestnennweite beträgt hier DN 100. Ausgenommen sind Anschlussleitungen z.B. vom Balkonablauf bzw. Dachablauf zur Fallleitung, mit einer Länge ≤ 5 m. Diese dürfen zusätzlich nach ÖNORM B 2501, Tabelle 8 berechnet werden.

Rohrleitungen dürfen sich in Fließrichtung nicht verjüngen. Somit beträgt die Mindestnennweite für Fallrohre mit einer vorangegangenen Sammelleitung > 5m, ebenfalls DN 100. Werden Fallrohre kleiner DN 75 verwendet, ist das Risiko der Verstopfung zu beachten.

Bei Dimensionsänderungen sind exzentrische Reduktionen scheitelbündig einzubauen. In Grundleitungen ist auch eine sohlenbündige Verlegung zulässig.

Mindestgefälle, Füllgrad und Richtungsänderungen

In horizontalen Grund- und Sammelleitungen beträgt das Mindestgefälle gemäß ÖNORM B 2501, bei Nennweiten
DN ≤ 200 … 1% und bei Nennweiten DN > 200 ... 1 / (DN / 2). Der maximale Füllungsgrad wird mit 70% festgelegt. Der Regenwasserabfluss in Verzügen mit weniger als 10° bzw. 18% gegenüber der Horizontalen, ist wie in Grund- und Sammelleitungen nach Prandtl-Colebrook zu bemessen. Horizontale Richtungsänderungen sind nur mit Einzelbögen bis max. 45° zulässig. Ausgenommen sind Einzelbögen mit einem Radius von mindestens 500 mm.