Jakie są sposoby na odwodnienie dachu płaskiego i jak dobrać właściwe rozwiązanie?

2018-08-09 8:05 opracowanie: redakcja Informatora Budowlanego-murator, konsultacja Sita Bauelemente
Odwodnienie dachu płaskiego
Autor: gettyimages Wybór odpowiedniego systemu odprowadzania wody opadowej z powierzchni dachu hal przemysłowych, magazynowych, widowiskowych i sportowych wymaga od projektanta uwzględnienia wielu czynników

Odwodnienie dachu płaskiego to bardzo istotny element obiektu budowlanego. O tym, jak ważny jest właściwie dobrany system odwodnienia dachu płaskiego, świadczą liczne przypadki awarii i katastrof budowlanych, wynikające nierzadko z przeciążenia konstrukcji nośnej dachu wywołanego przez zalegający opad atmosferyczny.

Odwodnienie dachu płaskiego - 2 sposoby

Obecnie stosowane są 2 systemy odwodnienia dachu płaskiego: grawitacyjny (tradycyjny) i podciśnieniowy. Zasadniczą różnicą między nimi jest sposób przepływu wody przez instalację.

1. Grawitacyjne odowdnienie dachu płaskiego - w tym systemie woda, częściowo wypełniając przekrój orurowania (h/d = maks. 0,7), przepływa przez instalację dzięki utworzonym spadkom i pionom.

2. Podciśnieniowe odwodnienie dachu płaskiego - ruch wody wymusza tu podciśnienie, którego wartość jest proporcjonalna do wysokości słupa wody w pionie instalacji i wyższa od sumy liniowych oraz miejscowych strat ciśnienia. Zatem to pion, czyli wysokość pomiędzy wpustem dachowym i miejscem przejścia do układu o swobodnym zwierciadle wody, determinuje wartość podciśnienia. Warunkiem koniecznym w tym przypadku jest całkowite wypełnienie rurociągu wodą (h/d = 1,0).

Odwodnienie dachu płaskiego - który system się sprawdzi?

Proces doboru systemu odprowadzania wody z dachu płaskiego rozpoczyna się już na etapie wstępnej analizy wymiarów obiektu. Zastosowanie układu podciśnieniowego do odwodnienia dachu płaskiego jest zasadne, jeżeli szerokość odwadnianej powierzchni nie przekracza 10-krotnie wysokości budowli, a sama wysokość pionu gwarantuje wygenerowanie podciśnienia. Dla pionów osiągających powyżej 12 m, ciśnienie statyczne przy ściankach orurowania z powodu dużej prędkości przepływu, spada do tego stopnia, że następuje wrzenie cieczy. Powstające pęcherze implodują, wywołując falę uderzeniową o dużej energii. Zjawisko to, zwane kawitacją, nie tylko znacząco zmniejsza wydajność systemu, ale może doprowadzić do rozszczelnienia instalacji i być przyczyną hałasu dochodzącego z szachtów technicznych.

Patrz też: Dach płaski pod nadzorem. System monitoringu dachu płaskiego S-One

Odwodnienie dachu płaskiego - budowa systemu
Autor: Sita Bauelemente Główne i awaryjne odwodnienie dachu płaskiego w systemie podciśnieniowym

Odwodnienie dachu płaskiego - założenia projektowe

Charakter pracy danego systemu odprowadzania wody z dachu wpływa na materiał, rodzaj połączeń, wymiar zastosowanych elementów, niezbędne akcesoria i sposób prowadzenia instalacji. W przypadku systemu odwodnienia dachu płaskiego grawitacyjnego, gdzie z założenia przepływ wody odbywa się przy częściowym wypełnieniu przekroju, średnice orurowania są większe niż dla podciśnieniowego. Z tego względu instalacja tradycyjna zwymiarowana jest z dużym zakresem bezpieczeństwa. Natomiast system podciśnieniowy jest znacznie bardziej złożony pod względem technicznym, zarówno na etapie projektowym, jak i wykonawczym.

Patrz też: Budowa ogrodu na dachu płaskim - konstrukcja, izolacja, odprowadzanie wody

Z uwagi na skomplikowane algorytmy obliczeniowe, do zwymiarowania instalacji konieczne jest zastosowanie specjalnego oprogramowania. Należy podkreślić, że od przyjętej właściwej wartości natężenia deszczu zależeć będzie odpowiednie zwymiarowanie instalacji (średnic wpustów, długości rur, lokalizacji i ilości kształtek), a w efekcie występowanie podciśnienia w układzie. Zawężenie średnicy spowoduje jej wypełnienie przy niewielkim opadzie, dzięki czemu system dosyć często będzie pracował jako podciśnieniowy, natomiast zastosowanie większych średnic pozwoli osiągnąć teoretycznie wyższą wydajność, ale taki układ częściej będzie pracował jako tradycyjny i jego rzeczywista wydajność będzie znacząco niższa.

Trzeba wiedzieć!

W większości przypadków do obliczeń układu podciśnieniowego przyjmuje się wartość miarodajnego natężenia deszczu I = 300 l s · ha (powołując się na zapis z wycofanej normy PN-92/B-01707). Jako jedną z wielu dopuszcza ją również obowiązująca norma PN-EN 12056-3:2002, w której czytamy: „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 tabeli 1. odpowiednio do warunków klimatycznych w miejscu usytuowania budynku i zgodnie z krajowymi i lokalnymi przepisami oraz wytycznymi”.

Poniższa tebela wskazuje szeroki zakres wielkości, dlatego też dosyć często w projektach firm oferujących system podciśnieniowy do obliczeń przyjmowana jest tylko jedna wartość – równa 0,03 l/(sm²), niezależnie od lokalizacji obiektu. Trudno zgodzić się z założeniem, że na terenie całego kraju wielkość natężenia opadu atmosferycznego jest porównywalna lub taka sama. Przeczą temu m.in. wielokrotnie występujące w ostatnich latach skrajne warunki pogodowe – od susz po bardzo obfite deszcze. Dodatkowo sprawę komplikują inne czynniki, takie jak: wiatr, który może przyczyniać się do nierównomiernego rozdziału wody w zlewniach i zasysanie powietrza przez wpusty, co w konsekwencji zakłóca pracę układu podciśnieniowego.

Należy brać pod uwagę także usytuowanie dachu względem innych obiektów lub przeszkód mogących mieć wpływ na nierównomierne napełnianie się przewodów. Ograniczeniem jest także brak możliwości łączenia w jeden system dachów o różnych współczynnikach spływu oraz zebranie wody z połaci znajdujących się na różnych wysokościach za pomocą tego samego pionu. Bardzo ważne jest zatem precyzyjne określenie wartości obliczeniowych, założeń projektowych i wykonanie kalkulacji.

Tab. 1. Wielkość i natężenie opadów atmosferycznych

Natężenie opadów l/(sm2)
0,010
0,015
0,020
0,025
0,030
0,040
0,050
0,060

Budowa systemu odwodnienia dachu płaskiego

Istotą pracy systemu odprowadzania wody z dachu płaskiego jest podciśnienie wytworzone wewnątrz instalacji, dlatego wszystkie jego elementy muszą być szczelnie połączone – elektrooporowo lub poprzez zgrzewanie płytami grzewczymi. Do wykonania orurowania należy zastosować specjalne rury z polietylenu o dużej gęstości (PE-HD), który jest podatny na tego typu obróbkę termiczną. Niestety cechuje go wysoki współczynnik rozszerzalności liniowej 0,2 mm/m°C, przez co przewodów wykonanych z tego materiału nie powinno się montować w halach przemysłowych, gdzie wysokie temperatury towarzyszące procesom produkcyjnym mogą wywoływać znaczne deformacje i wzrost naprężeń elementów instalacji. PE-HD został sklasyfikowany w zakresie odporności ogniowej jako B2 (według DIN 4102).

Należy pamiętać, że w obiektach użyteczności publicznej często wymagana jest klasa A. W takich miejscach powinno się stosować orurowanie z żeliwa. Łączenie wpustów, rur i kształtek w systemie tradycyjnym jest o wiele prostsze, a ich scalanie odbywa się za pomocą standardowych połączeń kielichowych, co w znacznym stopniu ogranicza pracochłonność przedsięwzięcia. Dodatkowo materiał (PVC), z którego wykonane są elementy instalacji grawitacyjnej, jest znacząco tańszy od tworzywa PE-HD. Ponadto, z uwagi na fakt, że układ podciśnieniowy pracuje dynamicznie (w czasie wystąpienia podciśnienia na elementy oddziaływują siły osiowe i poprzeczne), konieczne jest również zamocowanie instalacji w szynach za pomocą punktów stałych i przesuwnych. O ile system grawitacyjny również wymaga mocowania, to w przypadku układu podciśnieniowego konieczność stosowania szyn oraz usztywnień na krótszych odcinkach powoduje zwiększenie nakładów pracy i materiałów, co podnosi koszt całej instalacji.

  • Wpusty

Jednym z głównych elementów systemów odwodnień stosowanych na dachach płaskich są wpusty. Te przeznaczone do instalacji podciśnieniowej można rozpoznać po dodatkowym elemencie nad wlotem do misy – jest to tzw. AirStop – pozioma nakładka, która przy określonym spiętrzeniu wody zapobiega zassaniu powietrza. Porównując wydajność takich elementów o średnicach DN 50 i 70 (najczęściej stosowane w układach podciśnieniowych) z wpustami grawitacyjnymi o tożsamych wymiarach i przy analogicznych wysokościach słupa wody, widać wyraźnie, że przyrost ich wydajności jest dwu- lub trzykrotnie większy i dosyć szybko osiąga duże wartości qmax,DN = 50 = 12 l/s i qmax,DN = 70 = 20 l/s, które w zupełności wystarczają do odprowadzenia wód opadowych ze zlewni o powierzchni nawet 650 m². Jednak należy tutaj wspomnieć, że zgodnie z przepisami i ze względów wykonawczych odległość między wpustami nie powinna przekraczać 20 m. Ograniczenie to precyzuje, że maksymalna powierzchnia zlewni może osiągać 400 m², mimo że system jest w stanie odebrać większe ilości wody.

Prawie dwukrotnie większy przepływ wpustów podciśnieniowych, jak również szybka dynamika przyrostu wydajności, są bezsprzecznymi zaletami układu podciśnieniowego. Porównywalne średnice wpustów tradycyjnych mają wydajność niższą o 20–40%. Oczywiście przy większych średnicach ich wydajność wzrasta, ale wiąże się to również z przyrostem słupa wody (dodatkowym obciążeniem konstrukcji dachu).

Należy zwrócić uwagę, że minimalna prędkość przepływu w pionie instalacji podciśnieniowej musi wynosić vmin = 2 l/s, dzięki temu pęcherzyki powietrza zawarte w wodzie będą porywane przez strumień, a właściwa praca systemu zostanie szybciej osiągnięta. W związku z powyższym można stwierdzić, że układy podciśnieniowe przeznaczone są do dużych powierzchni – powyżej 200 m² (zakładając opad I = 300 l /(s·ha), współczynnik spływu powierzchniowego równy 1,0, minimalny czas trwania statystycznego opadu dla którego uzyska się całkowite wypełnienie orurowania, i odpowiednie podciśnienie). Systemy grawitacyjne znajdują zastosowanie zarówno na najmniejszych powierzchniach, jak i zlewniach o wymiarach do 500 m² (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 słupa wody 60 mm, czyli równie dobrze sprawdziłyby się na powierzchniach do 650 m².

Jak widać zakres powierzchni, w której obydwa systemy spełniają warunki zastosowania, jest dosyć szeroki (200–500 m² przy powyższych założeniach) i dotyczy przede wszystkim dachów obiektów wielkopowierzchniowych. Dla zlewni tej wielkości należy dokonać analiz: nakładów materiałowych, skomplikowania i pracochłonności podczas montażu, możliwości poprowadzenia instalacji wewnątrz hali, aspektów eksploatacji i konserwacji, a także ewentualnych zmian i późniejszej przebudowy systemu.

Tab.2. Maksymalne wydajności wpustów o średnicy 50 i 70 deklarowane przez producentów systemów odwodnień dachów płaskich

DN [mm] Maksymalna wydajnośćwpustu podciśnieniowego [l/s] Maksymalna wydajność wpustu grawitacyjnego [l/s] Wydajność wpustu grawitacyjnego w stosunku do podciśnieniowego
 50 12 6,8 57%
70 20 16 80%

Tab. 3. Maksymalne wydajności wpustów grawitacyjnych o średnicy 100 deklarowane przez producentów systemów odwodnień dachów płaskich

Rodzaj wpustu grawitacyjnego Spiętrzenie słupa wody [mm] Maksymalna wydajność [l/s] Maksymalna powierzchnia do odwodnienia [m²]
Prosty DN 100 65 15 500
Skośny DN 100 65 20,6 687
odwodnienie dachu plaskiego
Autor: Sita Bauelemente Zestaw do odwadniania głównego według normy PN-EN 1253-2:2015-03 dachów użytkowych i nieużytkowych w systemie podciśnieniowym

Właściwe odwodnienie dachu płaskiego

Rozwiązaniem łączącym zalety zarówno systemu podciśnieniowego, jak i tradycyjnego jest kompletny zestaw podciśnieniowy o wysokiej wydajności, który umożliwia szybki montaż orurowania za pomocą prostych połączeń kielichowych. Walorem takiej instalacji jest również to, że nie łączy się jej 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 bocznym pozwala na zabudowanie zestawu w termoizolacji oraz odprowadzenie opadu przez attykę, bez konieczności wykonywania przebić przez połać dachową i kierowania instalacji wewnątrz obiektu za pomocą szyn, stelaży i różnego rodzaju mocowań. W związku z tym rozwiązanie to znacząco poprawia termikę obiektu, a brak orurowania wewnątrz daje więcej przestrzeni.

Zmiany w projekcie odwodnienia dachu płaskiego

Każdy projekt weryfikowany jest podczas realizacji. Z doświadczenia wiadomo, że zdarzają się sytuacje, kiedy konieczne jest dokonanie zmian podczas montażu systemu. W przypadku instalacji grawitacyjnej nie stanowi to większego problemu, ponieważ woda spływa swobodnie przy zachowaniu spadków. Stosowanie dużych średnic orurowania daje również możliwość dodatkowych podpięć, przy czym każde kolejne wymaga sprawdzenia, ale za pomocą dość prostych obliczeń. Problematyczne natomiast mogą okazać się zmiany w układzie podciśnieniowym, gdyż wymagają konsultacji i ponownego przeprowadzenia obliczeń. Samowolne dokonywanie modyfikacji niesie ze sobą przyjęcie wszelkiej odpowiedzialności za mogące powstać nieprawidłowości w funkcjonowaniu systemu. Należy także pamiętać, że im bardziej złożona jest instalacja, tym mniej możliwości zmian.

Artykuł ukazał się w publikacji „Hale Przemysłowe” 2016
Zobacz e-wydanie
 

Czy artykuł był przydatny?
Przykro nam, że artykuł nie spełnił twoich oczekiwań.
Czytaj więcej