Úpravy pre bezpečné odvodnenie striech

Výpočtová výdatnosť dažďa

Základným parametrom je výpočtová výdatnosť dažďa, ktorá závisí od predpokladaného času trvania dažďa a periodicity jeho výskytu. Informácie o štatisticky vyhodnotených hodnotách výdatností v SR sú uvedené v tab. 1 a 2.

Druh zrážok	Výdatnosť (l/(s. ha))	Výška zrážky (mm/h)	Priemer kvapiek (mm)	Rýchlosť pádu (mm/s)
Mrholenie	0,7	0,2 až 0,25	0,1 až 0,2	0,3 až 1,3
Mierny dážď	2,5 až 14	1,1 až 5,0	0,5	2,0 až 3,5
Silný dážď	15 až 46	< 10	1,3	4,4 až 7,0
Veľmi silný dážď	40 až 60	< 15	1,3	4,4 až 7,0
Krátkodobé dažde (trvanie 5 až 360 minút)
Lejak	70	< 25	< 5	8,0
Búrkový príval	160	< 58	< 5	8,0
Prietrž mračien	> 200	> 58	až 7	-

Tab. 1

Čas trvania (min.)	Periodicita dažďa n (-)
	5	2	1	0,5	0,2	0,1
	Výdatnosť dažďa - c/d (l/(s . ha))
5	113/180	163/256	222/310	225/390	268/490	310/580
10	68/118	106/159	138/202	162/249	199/322	233/400
15	49/89	78/123	102/153	130/194	144/257	182/312
20	38/72	61/102	82/125	109/178	137/218	150/262

Tab. 2

Podľa v súčasnosti platnej normy STN 73 6760 sa pre návrh odvodňovacích systémov v budovách vychádza z trvania dažďa 5 minút, ktorý sa vyskytuje raz za 2 roky. Pre celé územie SR sa stanovila výpočtová výdatnosť dažďa s hodnotou r = 250 l/(s . ha), resp. 0,025 l/(s . m²). Odvodňovacie systémy, ktoré sú navrhnuté na túto výpočtovú výdatnosť, sa však môžu počas životnosti stavby konfrontovať s väčšou výdatnosťou, ktorá môže spôsobiť prevádzkové škody alebo škody na konštrukcii stavby.

Niektoré výpočtové postupy prevzaté zo zahraničia vyžadujú používať hodnotu výdatnosti dažďa na úrovni r = 0,03 l/(s . m²). Treba si však uvedomiť, že súčiniteľ odtoku zo striech je napr. v Nemecku c = 0,8 a u nás c = 1,0. Po vynásobení 0,8 × 0,03 l/(s . m²) dostávame hodnotu 0,024, čiže nižšiu, ako je u nás požadovaná hodnota výpočtovej výdatnosti r = 0,025 l/(s . m²).

Informácie o maximálnych svetových úhrnoch zrážok v rôznych časových úsekoch sú uvedené v tab. 3.

Krajina	Rok	Výška zrážok (mm)	Čas trvania dažďa
USA	1956	31,2	1 minúta
Panama	1911	63,0	5 minút
Nemecko	1920	126,0	8 minút
Jamajka	1916	198,1	15 minút
USA	1947	304,8	42 minút
USA	1935	558,8	2,75 hodiny
USA	1942	782,3	4,2 hodiny
Filipíny	1911	1 168	24 hodín
India	1931	3 331	8

Tab. 3 Najväčšie svetové úhrny zrážok v rôznych časových úsekoch

Gravitačné odvodňovacie systémy v budovách

Gravitačné odvodnenie budov rieši norma STN EN 12056-3 z roku 2003 a norma STN 73 6760 z roku 1983. Pripravovaná revízia národnej normy, z ktorej uvádzame niektoré požiadavky, sa zverejní do konca roka 2008.

Vonkajšie odvodnenie budov

Vonkajšie odvodňovacie systémy pozostávajú zo žľabov a z odpadových potrubí. Návrh odvodňovacích žľabov analyzuje norma STN EN 12056-3. Odporúča voľbu výpočtovej výdatnosti podľa možného stupňa ohrozenia budovy, pričom najmenšia hodnota je r = 0,015 l/(s . m²). Konkrétne hodnoty výpočtovej výdatnosti dažďa podľa konečného návrhu revízie normy STN 73 6760 sú uvedené v tab. 5. V tejto norme sú aj požiadavky na dimenzovanie vonkajších odpadových potrubí (tab. 4). Návrh vonkajších odvodňovacích systémov podľa tab. 4 a 5 nevyžaduje realizáciu ďalších ochranných opatrení.

Typ strešného žľabu a charakter budovy	Súčiniteľ bezpečnosti	Výdatnosť r (l/(s . m2))
		základná	výpočtová
Pododkvapové nástrešné a nadrímsové žľaby bez následkov ich prelievania	1	0,015	0,015
Rovnaké žľaby ako v predchádzajúcom prípade, ale s možnými problémami, napr. s prelievaním vody nad vstupmi do verejných budov	1,5	0,015	0,023
Systémy, ktoré by sa mohli pri dažďových prívaloch zahltiť alebo upchať s následným vniknutím vody do budovy	2	0,015	0,03
Žľaby v budovách, ktoré vyžadujú vysoký stupeň ochrany, napr. v nemocniciach, drahých komunikačných zariadeniach, skladoch látok, ktoré pri styku s vodou uvoľňujú toxické látky, v galériách a pod.	3,0	0,015	0,045*

* V našich podmienkach sa takáto situácia vyskytuje raz za 100 rokov (tab. 2).
Tab. 4 Výpočtová výdatnosť dažďa pre odvodňovacie systémy so žľabmi

Dažďové odpadové potrubie di (mm)	Qmax (l/s)
	f = 0,2	f = 0,33
70	1,8	4,1
100	4,6	10,7
120	7,6	17,4
150	13,7	31,6
200	29,5	68

Tab. 5 Dovolený prietok dažďovej vody v dažďových odpadových potrubiach podľa normy STN EN 12056-3

Vnútorné odvodnenie budov

Najmenšia výdatnosť dažďa pre návrh vnútorných odpadových potrubí je r = 0,025 l/(s . m²). Najmenšie svetlosti vnútorných odpadových potrubí sú pre stupeň plnenia f = 0,33. Vzhľadom na uvedený stupeň plnenia nie sú potrebné ďalšie ochranné opatrenia. Ak sa navrhne odpadové potrubie na vyšší stupeň plnenia, treba podľa miestnych podmienok navrhnúť aj konkrétne úpravy, opísané ďalej.

Podtlakové odvodňovacie systémy v budovách

Všeobecné zásady navrhovania

Podtlakové odvodňovacie systémy sú funkčné len pri plnom zaplnení prierezovej plochy potrubia a dimenzujú sa na výpočtovú výdatnosť dažďa r_min = 0,025 l/(s . m²). Počas životnosti stavby sa však vyskytujú väčšie výdatnosti, s ktorými sa podtlakový systém nevie vysporiadať. Ak by sa pri výpočtoch potrubia použili hodnoty výdatnosti pre storočný dážď, takmer nikdy by v systéme nevznikol podtlak. Pri návrhu bezpečnostných opatrení treba zohľadniť výšku, do ktorej môže stúpnuť hladina vody nad strešný vtok a ktorá nemôže ohroziť strešnú krytinu (napr. vodotesnosť spojov izolačných povlakov) a stabilitu stavebnej konštrukcie (prídavné zaťaženie strechy).

Bezpečnostné opatrenia pozostávajú z niektorých z uvedených technických úprav:

1. vo výške H sa osadí vnútorný strešný vtok s gravitačným odpadovým potrubím, ktoré sa za pätou vyústi cez obvodový plášť nad rovinou terénu, príp. nad nižšie sa nachádzajúcu strechu, alebo sa zaústi do vsakovacieho objektu (napr. vsakovacej šachty), alebo sa napojí na mimoobjektovú dažďovú kanalizáciu,
2. realizuje sa bezpečnostný priepad obdĺžnikového prierezu v atike alebo sa do atiky strechy vsadí potrubie s dĺžkou približne 600 mm, pričom spodná hrana týchto prvkov je na úrovni výšky H.

Zahraničné skúsenosti potvrdzujú, že pri veľkoplošných strechách sa osvedčila kombinácia úprav uvedených v písm. a) a b). Pri takejto úprave sa realizuje otvor v atike so spodnou hranou nad výškou H, čím sa dosiahne jeho využitie len vo výnimočných dažďoch, resp. sa minimalizuje negatívny vplyv padajúcej vody na fasádu budovy.

Návrh bezpečného vnútorného prepadu s gravitačným odpadovým potrubím Horná hrana bezpečnostného strešného vtoku sa osadí vo výške H, ktorá sa určí z technologickej a statickej analýzy. Aby voda do vtoku vtekala plynule, môže byť jej výška nad vtokom podľa (9) a obr. 1.

Obr. 1 Schematický rez atypického strešného vtoku v tvare konoidu s gravitačným odpadovým potrubím

Legenda k obrázku 1:
b - výška zalomeného úseku (najčastejšie b = d_vý), hadm - dovolená výška hladiny vody pri optimálnom prietoku vtokom, d_op - vnútorný priemer odpadového potrubia (môže byť menší ako d_vý), d_vt - vnútorný priemer vtoku v hornej časti, d_vý - vnútorný priemer vtoku v spodnej časti

kde d_vý je vnútorný priemer spodnej časti vtoku.

Najvhodnejší tvar vtoku je kónický. Jeho prietok je daný rovnicou

v ktorej

Pre tvar vtoku podľa obr. 1, kde d_vt = 2d_vý a b = d_vý, možno pre jednotlivé svetlosti odpadového potrubia počítať s takýmto prietokom:

• DN 100 - 13 l/s,
• DN 125 - 22 l/s,
• DN 150 - 35 l/s.

Výška vody nad vtokom pri atike sa ustáli na hodnote 2h_adm.

Návrh bezpečnostného prepadu otvorom v atike Návrh bezpečnostných prepadov sa uskutočňuje podľa vzorcov, ktoré sa experimentálne overili, pričom autori ich ponúkajú na použitie s rôznymi súčiniteľmi bezpečnosti. Podľa (5) a obr. 2 je prietok bezpečnostným prepadom v atike

Obr. 2 Schematický rez bezpečnostným prepadom v atike plochej strechy

Legenda k obrázku 2:
b - šírka prepadu, h₁ - možná výška vody nad hornou hranou prepadu, h₂ - výška vody nad spodnou hranou prepadu (h₂ - h₁ = a - výška prepadu), s - výška spodnej hrany prepadu nad rovinou strechy (s = H + 2h_adm)

kde

b - šírka otvoru (m),
g - gravitačné zrýchlenie (m/s²),
h - výška otvoru (m),
η - súčiniteľ prietoku (zvyčajne 0,6).

Podľa (7) je prietok bezpečnostným prepadom v atike

Ak si pre prietok Q_a = 20 l/s zvolíme šírku otvoru b = 0,5 m, bude podľa rovnice [4] výška h = 80 mm, podľa rovnice [5] h = 90 mm. Inak povedané, výpočet podľa [5] počíta s bezpečnostným súčiniteľom s približnou hodnotou 1,1.

Závislosti rozmerov prepadu v atike a prietoku otvorom podľa [5] sú uvedené v tab. 6. Prepad možno realizovať aj vložením 600 mm dlhej rúry do atiky, pričom jednotlivé svetlosti bezpečne odvedú tieto prietoky:

• DN 100 - 7,2 l/s,
• DN 125 - 12,2 l/s,
• DN 150 - 18,2 l/s,
• DN 200 - 37,5 l/s.

Príklad

Treba navrhnúť podtlakové odvodnenie strechy s plochou 3 000 m² a jej zabezpečenie pred 5-minútovým dažďom, ktorý sa môže vyskytnúť raz za 100 rokov (životnosť stavby). Vtoky podtlakového odvodnenia majú dovolený prietok q_adm = 12 l/s. Na stanovenie ich počtu sa vychádza z výdatnosti dažďa r = 0,03 l/(s . m²) (5-minútový dážď s periodicitou raz za dva roky). Ako zabezpečovacie prvky sa navrhujú vnútorné vtoky s gravitačnými odpadovými potrubiami pre 10-minútový dážď s periodicitou raz za 100 rokov (podľa tab. 2 r_max = 0,04 l/(s . m²)) a otvor v atike pre maximálnu výdatnosť zistenú v SR - r_max = 0,058 l/(s . m²).

Riešenie príkladu: Prietok podtlakovým systémom

Horná hrana strešného vtoku v tvare konoidu sa osadí vo výške H = 50 mm nad vtokom podtlakového systému (priestor medzi odvodňovanými hladinami sa pri výdatnosti dažďa r_max = 0,058 l/(s . m²) vyplní vodou za 3 minúty).

Na výpočet prietoku vtokom v tvare konoidu sa počíta s výdatnosťou:

Prietok prvým zabezpečovacím stupňom bude:

Pri počte dvoch vtokov s DN 125 pri výtoku bude spoľahlivý prietok Q = 2 × 22 = 44 > 30 l/s. Ak podľa [1] je dovolená výška vody nad vtokom h_adm = 0,36 DN = 0,36 × 125 = 45 mm, výška vody pri atike bude 2h_adm, resp. 90 mm. Nad touto úrovňou sa realizuje druhý bezpečnostný stupeň, ktorý zabezpečí strechu pred maximálnou výdatnosťou (pre otvor v atike), ktorá sa vypočíta z rozdielu:

Prietok druhým zabezpečovacím stupňom bude:

Z tab. 6 sa navrhuje prepad v tvare obdĺžnika s rozmermi 1 000 × 120 mm s prietokom Q = 61,3 > 54 l/s. Riešenie príkladu je vyznačené na obr. 3.

Obr. 3 Schematický rez s odvodňovacími prvkami na plochej streche

Legenda k obrázku 3:
1 - strešný vtok podtlakového systému pre výdatnosť dažďa r = 0,03 l/(s . m²), 2 - prvý stupeň bezpečnostného odvodnenia kónickým strešným vtokom pre r = 0,01 l/(s . m²), 3a - druhý stupeň zabezpečenia otvorom v atike pre r = 0,018 l/(s . m²), 3b - alternatívne riešenie druhého stupňa zabezpečenia vložením kanalizačnej rúry do atiky, a - výška prepadu, h_adm - výška vody nad kónickým vtokom, 2h_adm - výška vody pri atike pri prietoku kónickým vtokom, H - výška vody nad rovinou strechy po hornú hranu kónického vtoku, s - výška spodnej hrany bezpečnostného prepadu v atike (s = H + 2h_adm), v - dĺžka prepadovej rúry asi 600mm

Výška otvoru a (mm)	Prietok otvorom (l/s) so šírkou b (mm)
	100	200	300	400	500	600	800	1000
30	0,8	1,5	2,3	2,7	3,8	4,6	6,1	7,7
40	1,2	2,4	3,5	4,7	5,9	7,1	9,5	11,8
50	1,7	3,3	4,9	6,6	8,3	9,9	13,2	16,5
60	2,2	4,3	6,5	8,7	10,8	13,0	17,3	21,7
80	3,3	6,7	10,0	13,4	16,7	20,0	26,7	33,3
100	4,7	9,3	14,0	18,7	23,3	28,0	37,3	46,7
120	6,1	12,3	18,4	24,5	30,6	36,8	49,1	61,3
150	8,6	17,1	25,7	34,3	42,8	51,4	68,5	85,7
200	13,2	26,4	39,6	52,8	66,0	79,2	105,6	132,0
250	18,4	36,8	55,3	73,8	92,2	110,6	147,5	184,3

Tab. 6 Prietok Qa prepadovým otvorom s rozmermi a a b

Literatúra

1. STN EN 12056-3 Gravitačné kanalizačné systémy vnútri budov - Odvádzanie dažďovej vody zo striech - navrhovanie a výpočty.
2. STN 73 6760 Vnútorná kanalizácia 1983.
3. DIN 1986 Entwässerungsanlagen für Gebäude und Grundstücke. Technische Bestimmungen für den Bau.
4. SIA 271 Flachdächer (švajčiarsky predpis).
5. Gebäude - und Grundstücke - Eentwässerung. Kommentar zu DIN 1986 und DIN EN 1610 Benth Verlag GmbH, Berlin, 1998, 392 s.
6. Plannungshandbuch. Geberit Vertriebs AG 2003, 543 s.
7. Sommerhein, P.: Dachentwässerung nach dem Vollstromprinzip. Systembedindgte Risiken und ihre Lösungen. Technische Handbuch. Systemmanual April 1997, 78 s.
8. Valášek, J.: Vnútorná kanalizácia. Komentár k ČSN 73 6760. Dimenzovanie vnútornej kanalizácie. Praha: Vydavatelství úřadu pro normalizaci a měření, 1986, 120 s.
9. Valášek, J., Tomašovič, P.: Zdravotnotechnické inštalácie. Alfa Bratislava, 1990, 632 s.
10. Valášek, J. a kol.: Zdravotnotechnické zariadenia budov. Bratislava: JAGA GROUP, 2005, 350 s.
11. SN 592 000, VSA/SSIV Plannung und Erstellung von Anlagen für Liegenschaftsentwässerung.

Príspevok vznikol v rámci projektu VEGA 1/0730/08.