Właściwie dobrany system odwodnienia dachu płaskiego

Obecnie stosowane są dwa systemy odwodnieni dachów płaskich:

-system grawitacyjny (tradycyjny)

-system podciśnieniowy

Zasadniczą różnicą między powyższymi rozwiązaniami jest sposób przepływu wody przez instalację. W systemie grawitacyjnymi woda, częściowo wypełniając przekrój orurowania (h/d = maks. 0,7), przepływa przez instalację dzięki utworzonym spadkom i pionom. W systemie podciśnieniowym przepływ wody wzmocniony jest przez wytworzenie podciśnienia w instalacji. Wygenerowanie podciśnienia jest możliwe, jeżeli orurowanie jest w pełni wypełnione wodą (h/d = 1,0) a jego wartość  (-która jest proporcjonalna do wysokości słupa wody w pionie instalacji) jest wyższa od sumy liniowych i miejscowych strat ciśnienia. Zatem to pion, czyli wysokości pomiędzy wpustem dachowym i miejscem przejścia do układu o swobodnym zwierciadle wody, determinuje siłę podciśnienia.

W związku z powyższym wskazówki co do wyboru właściwego systemu możemy znaleźć już przy wstępnej analizie wymiarów obiektu. I tak, dla układu podciśnieniowego można stwierdzić że rozważanie tego typu systemu jest zasadne, jeżeli szerokość odwadnianej powierzchni nie przekracza 10-krotności wysokości, a sama wysokość pionu gwarantuje wygenerowanie podciśnienia. Dla pionów powyżej 12 m, z powodu dużej prędkości przepływu, ciśnienie statyczne przy ściankach spada do tego stopnia że następuje wrzenie cieczy (powstanie pęcherzy które implodują). Podczas implozji powstaje fala uderzeniowa o dużej energii, która nie tylko znacząco zmniejsza wydajność systemu, ale może doprowadzić do rozszczelnienia instalacji. Jednym z efektów wystąpienia zjawiska kawitacji jest huk dochodzący z szachtów technicznych.

Charakter pracy danego rozwiązania wpływa na materiał, rodzaj połączeń, wymiar zastosowanych elementów, jak również dodatkowych niezbędnych akcesoriów i sposób poprowadzenia instalacji. W przypadku instalacji grawitacyjnej, gdzie z założenia przepływ wody odbywa się przy częściowym wypełnieniu przekroju, stosowane są większe średnice orurowania niż w systemie podciśnieniowym. Z tego względu instalacja tradycyjna zwymiarowana jest z dużym zakresem bezpieczeństwa. System podciśnieniowy jest znacznie bardziej złożony pod względem technicznym, zarówno na etapie projektowym (obliczeniowym), jak i również wykonawczym. Z uwagi na skomplikowane algorytmy obliczeniowe do zwymiarowania instalacji konieczne jest stosowanie specjalnego oprogramowania.

Należy podkreślić, że od właściwie przyjętej do obliczeń wartości natężenia deszczem zależeć będzie odpowiednie zwymiarowanie instalacji (średnic wpustów, długości rur, lokalizacji i ilości kształtek), a więc częstość wystąpienia podciśnienia w układzie. Z jednej strony zawężenie średnicy spowoduje jej wypełnienie przy niewielkim opadzie i system dosyć często będzie pracował jako podciśnieniowy -jak założono. Z drugiej strony zwiększenie średnicy daje potencjalnie znacząco wyższą wydajność, ale układ może częściej pracować jako tradycyjny. W większości przypadków do obliczeń układu podciśnieniowego przyjmuję się wartość natężenia deszczem miarodajnym I=300 l/s*ha (powołując się na przypis z normy wycofanej PN-92/B-01707). Również taką samą wartość, jako jedną z wielu!, dopuszcza obowiązująca norma PN-EN 12056-3:2002, która mówi:

W przypadku gdy nie istnieją dane statystyczne o opadach atmosferycznych, minimalne natężenie opadów traktowane jako podstawa do obliczeń projektowych, powinno być wybrane spośród wartości wyszczególnionych w tablicy 1, odpowiednio do warunków klimatycznych w miejscu usytuowania budynku i z zgodnie z krajowymi i lokalnymi przepisami oraz wytycznymi.

Wielkości natężenia opadów atmosferycznych

Jak widać norma wskazuje różne wielkości, których różnice sięgają wielokrotności!. Pomimo tego dosyć często w projektach firm oferujących system podciśnieniowy do obliczeń przyjmowana jest tylko ta jedna wartość - niezależnie od lokalizacji – równa 0,030 l/(s · m²). Trudno zgodzić się z takim rozumowaniem, że na terenie całego kraju wielkość natężenia opadem atmosferycznym jest porównywalna lub takie sama. W ostatnich latach mieliśmy także wielokrotnie przykład występowania skrajnych warunków pogodowych, od susz po deszcze o dużym natężeniu. Pamiętajmy że jest to system który opracowuje się w oparciu o dokładne założenia projektowe i kalkulacje. Ponadto sprawę komplikują inne czynniki takie jak: wiatr, który może przyczyniać się do nierównomiernego rozdziału wody w zlewniach i część wpustów może zasysać powietrze, co skutkuje przerwaniem pracy układu jako podciśnieniowego. Również usytuowanie dachu względem innych obiektów lub przeszkód, które mogą mieć wpływ na nierównomierne napełnianie się przewodów, należy brać pod uwagę. Ograniczeniem jest także wykluczenie możliwości łączenia dachów o różnych współczynnikach spływu w jeden system. Niemożliwie jest także ustanowienie jednego pionu dla układu zbierającego wodę z połaci znajdujących się na różnych wysokościach.

Istotą pracy systemu jest podciśnienie wytworzone wewnątrz instalacji, dlatego wszystkie elementy muszą być szczelnie połączone. Zasadniczo elementy łączy się poprzez zgrzewanie za pomocą płyt grzewczych lub elektrooporowo. W związku z powyższym do wykonania orurowania należy zastosować specjalne rury PHDE, które cechuje wysoki współczynnik rozszerzalności liniowej 0,2 mm/m · °C. Montaż takiego orurowania w halach przemysłowych, gdzie podczas produkcji powstaje duża ilość ciepła, może doprowadzić do znacznych deformacji i wzrostu naprężeń elementów instalacji. Materiał PHDE został skalsyfikowany w zakresie odporności ogniowej jako B2 (wg DIN 4102). Nie jest to najwyższa klasa odporności, a należy pamiętać że w obiektach użyteczności publicznej często wymagana jest klasa A. Oczywiście dla układu podciśnieniowego dostępne jest również orurowanie z żeliwa –klasa A, ale pomimo tego zdarzają się przypadki że w obiektach o najwyższej klasie odporności ogniowej montowane są elementy z PHDE. Łączenie wpustów, rur i kształtek w systemie tradycyjnym jest o wiele prostsze ponieważ wszystkie elementy łączone są na standardowe połączenie kielichowe, co ogranicza pracochłonność przedsięwzięcia. Dodatkowo materiał (PVC), z którego wykonane są elementy instalacji grawitacyjnej, jest tańszy. Z uwagi na fakt, że system podciśnieniowy jest dynamiczny (w czasie wystąpienia podciśnienia na elementy instalacji działają siły osiowe i poprzeczne) konieczne jest również umocowanie instalacji w szynach za pomocą punktów stałych i przesuwnych. O ile instalacja grawitacyjna również wymaga mocowania, to w przypadku systemu podciśnieniowego konieczność stosowania usztywnień na krótszych odcinkach i szyn powoduje zwiększone nakłady materiałowe i  siły roboczej co podnosi koszt całej instalacji.

Każdy projekt weryfikowany jest podczas realizacji. Z doświadczenia wiemy że zdarzają się przypadki kiedy konieczne jest dokonanie zmian podczas montażu instalacji. Zmiana przebiegu instalacji grawitacyjnej nie stanowi większego problemu, ponieważ woda spływa swobodnie przy zachowaniu spadków. Stosowanie dużych średnic orurowania daje również możliwość dodatkowych podpięć. Oczywiście każde kolejne podpięcie wymaga sprawdzenia, ale obliczenia są proste. Problematyczne mogą okazać się zmiany w układzie podciśnieniowym, które wymagają konsultacji i ponownego przeliczenia. Samowolne dokonanie zmian niesie ze sobą przyjęcie wszelkiej odpowiedzialności za mogące powstać nieprawidłowości w funkcjonowaniu systemu. Im bardziej złożona jest instalacja, tym mniej możliwości zmian.

Wpusty obydwu systemów charakteryzują się różnymi parametrami. Wpusty przeznaczone do instalacji podciśnieniowej można rozpoznać po dodatkowym elemencie nad woltem do misy wpustu – jest tzw. AirStop (przegroda powietrzna). Pozioma nakładka nad wpustem ma za zadanie, przy określonym spiętrzeniu wody wokół wpustu, zassać tylko wodę. Porównując wydajność wpustów o średnicach DN50 i DN70 (– najczęściej stosowane w układach podciśnieniowych) z wpustami grawitacyjnymi o tożsamych średnicach i przy analogicznych wysokościach słupa wody, widać wyraźnie że dynamika przyrostu wydajności wpustów podciśnieniowych jest 2-:-3 krotnie większa w odniesieniu do wpustów tradycyjnych. Wpusty podciśnieniowe dosyć szybko osiągają wysokie wydajności rzędu q_max,DN=50=12 l/s i q_max,DN=70=20 l/s, które w zupełności wystarczają na zlewnie o powierzchni do 400 m², a nawet 650 m². Należy tutaj wspomnieć, że odległość między wpustami nie powinna przekraczać 20 m (wg przepisów, ale również ze względów wykonawczych), dlatego maksymalne powierzchnie zlewni sięgają do 400 m2. Jest to również uzasadnienie dlaczego w systemie podciśnieniowym wystarczą małe średnice.

Maksymalne wydajności wpustów fi 50 i fi 70 deklarowane przez producentów systemów odwodnienia dachów płaskich

Prawie dwukrotna wyższa wydajność wpustów podciśnieniowych, jak również szybka dynamika przyrostu wydajności, są bezsprzecznymi zaletami układu podciśnieniowego. Porównywalne średnice wpustów tradycyjnych uzyskują ok 60-:-80 % wydajności wpustów podciśnieniowych. Oczywiście dla większych średnic wpustów grawitacyjnych ich wydajność wzrasta, ale związane jest to również z przyrostem słupa wody (dodatkowym obciążeniem konstrukcji dachu).

Należy zwrócić uwagę, że minimalna prędkości przepływu w pionie instalacji podciśnieniowej musi wynosić v_min=2 l/s, dzięki temu pęcherzyki powietrza zawarte w wodzie będą porywane przez strumień, a wystąpienie żądanego efektu –właściwej pracy systemu, wystąpi wcześniej. W związku z powyższym można stwierdzić, że systemy podciśnieniowe przeznaczone są do dużych powierzchni powyżej ok 200m² (zakładając opad I=300 l/s*ha, współczynnik spływu równy 1,0, jak również minimalny czas trwania opadu dla którego uzyska się pełne wypełnienie w orurowaniu i zagwarantowanie odpowiedniego podciśnienia). Systemy grawitacyjne należy z pewnością stosować w zakresie od najmniejszych powierzchni, po zlewnie o wymiarach do 500m² (zakładając opad I=300 l/s*ha i współczynnik spływu równy 1,0). Chociaż trzeba wspomnieć że niektóre wpusty grawitacyjne osiągają wydajność 20 l/s przy spiętrzeniu 60mm słupa wody, czyli równie dobrze sprawdziłyby się na powierzchniach do 650 m². 

Maksymalne wydajności wpustów grawitacyjnych fi 100 deklarowane przez producentów systemów odwodnienia dachów płaskich

 Jak widać zakres powierzchni w której obydwa systemy spełniają warunki zastosowania jest dosyć szeroki i charakteryzuje przede wszystkim dachy obiektów wielkopowierzchniowych. W tej wspólnej części zakresów należy dokonać analizy: nakładów materiałowych, skomplikowania i pracochłonności podczas montażu, możliwości poprowadzenia instalacji wewnątrz hali, aspektów eksploatacji i konserwacji, ewentualnych zmian i późniejszej przebudowy.

Sita Indra

Sita Indra - odwodnienie awaryjne

W ofercie Sita znajduje się nowatorska seria wpustów Sita Indra będąca odpowiedzią na połączenie zalet zarówno sytemu podciśnieniowego jak i tradycyjnego jest kompletny zestawu podciśnieniowy o wysokiej wydajności i z możliwością montażu orurowania na szybkie i proste połączenie kielichowe – takie jak w systemie grawitacyjnym. Zaletą takiego rozwiązania jest również to, że nie jest łączony z innymi wpustami w skomplikowany układ podciśnieniowy przez co nie wymaga obliczeń w specjalnym programie ponieważ jego parametry są z góry zadane. Ponadto geometria misy wpustu z odejściem boczny pozwala na zabudowanie zestawu w termoizolacji i odprowadzenia opadu przez attykę, bez konieczności wykonania przebić przez połać dachową i kierowania instalacji wewnątrz obiektu za pomocą szyn, stelaży i różnego rodzaju mocowań. W związku tym takie rozwiązanie poprawia znacząco termikę obiektu, a brak orurowania wewnątrz daje więcej przestrzeni i nie utrudnia ruchu zakładu.

Wybór odpowiedniego systemu odwodnienia dachów wielkopowierzchniowych powinien odbywać się w oparciu o kilka istotnych czynników takich jak: powierzchni zlewni, przyjętego do obliczeń opadu, dopuszczalnego obciążenia konstrukcji dachu (słupa wody), wymiarów obiektu (szerokości połaci i wysokości pionu), skomplikowania systemu –co przekłada się na konieczność zatrudnienia wykfalifikowanych monterów, pracochłonności i szybkości montażu, nakładów materiałowych, dostępności materiałów i ich ceny, możliwości przebicia przez warstwy dachu i poprowadzenia instalacji wewnątrz, możliwości adaptacji instalacji do zmian które mogą wystąpić podczas realizacji przedsięwzięcia, możliwości łączenia zlewni z różnych poziomów w jeden system i klasy odporności ogniowej jaką powinien spełniać obiekt. Jak widać powyżej, należy rozważyć wiele różnych aspektów żeby wybrany system spełnił stawiane wymagania techniczne, a jednocześnie żeby jego koszt zakupu i montażu był uzasadniony. Pamiętajmy że warunki pogodowe pomimo prób opisu i ujęcia ilościowego są nieprzewidywalne. Na etapie obliczeń powinniśmy się kierować dokładnymi danymi statystycznymi z miejsca sytuowania obiektu i mając również na uwadze fakt, że miarodajne i regularne pomiary odnoszą się do krótkiego przedziału czasu (ok. stu lat). Z tej przyczyny systemy odwodnienia dachów wielkopowierzchniowych powinny być projektowane z odpowiednim „zapasem” bezpieczeństwa i podlegać regularnej rewizji.

Źródło i zdjęcia: Sita Bauelemente GmbH