Vnitřní kanalizace ve vysokých budovách

1. Úvod
Při navrhování vnitřní kanalizace ve vysokých budovách je třeba věnovat zvláštní pozornost splaškovým odpadním potrubím. Všechna potrubí vnitřní kanalizace se zde musí dimenzovat výpočtem. Zásady pro návrh a dimenzování svodných (ležatých) potrubí jsou u vysokých budov stejné jako u budov s menším počtem podlaží. Dimenzování a návrh splaškových odpadních potrubí vychází z poznatků získaných výzkumy prováděnými zejména v zahraničí.

2. Proudění ve splaškovém odpadním potrubí
Odpadní voda proudí v odpadním potrubí po vnitřní stěně trub ve formě dutého válce (povlaku) se vzduchovým jádrem uprostřed. V místě většího přítoku z připojovacího potrubí se však vzduchové jádro uzavírá, a to je hlavní příčinou podtlaku v odpadním potrubí. Proudí-li odpadním potrubím větší množství odpadních vod, dochází k přisávání vzduchu větracím potrubím z vnějšího prostředí. Pokud je průtok vody malý nebo žádný, proudí vzduch odpadním a větracím potrubím nahoru do vnějšího prostředí. Tlaková ztráta při proudění vzduchu větracím a odpadním potrubím je další příčinou podtlaku v odpadním potrubí. Problematickými místy jsou změny směru odpadního potrubí (odskok, zalomení a přechod do svodného potrubí). Pokud se směr odpadního potrubí mění o více než 45°, přestává mít proudění vody charakter dutého válce a mění se na proudění v částečně plněném ležatém potrubí. V místě zalomení svislého do ležatého potrubí vzniká tzv. hydraulický skok, způsobený náhlým zmenšením rychlosti proudící vody. Voda padající na stěnu kolena, které mění směr potrubí, způsobuje také hluk. Nad změnou směru vzniká přetlak, pod změnou směru podtlak. Při návrhu a dimenzování splaškového odpadního potrubí je třeba počítat s těmito jevy:

a) Rychlost vody proudící ve formě dutého válce se zvyšuje jen do určité vzdálenosti, kde dosahuje konečné rychlosti a dále se již téměř nemění.
Proto je rychlost vody proudící ve spodní části odpadního potrubí v třípodlažní budově téměř stejná jako v odpadním potrubí v budově o sto podlažích. Navrhování "brzd" tvořených odskoky tedy není opodstatněné.

b) Průtok vzduchu přisávaného do odpadního potrubí při průtoku vody je několikrát větší než průtok odtékající vody.

c) Podtlaky a přetlaky v odpadním potrubí nesmí způsobovat porušení vodního uzávěru v zápachových uzávěrkách připojených zařizovacích předmětů.

d) Zvláštní pozornost je třeba věnovat změnám směru odpadního potrubí, kde potrubí mění směr o úhel větší než 45°. U těchto změn je třeba omezit podtlaky a přetlaky v odpadním potrubí a zabránit šíření hluku padající vody do místností, kde by mohl obtěžovat.

Proudění vody v odpadním potrubí je možno popsat podle teorie Wylyho a Eatona [1] následujícími vztahy:

Konečná rychlost vody v_t (m/s) proudící v odpadním potrubí se určí podle vztahu

kde
a je součinitel,
pro litinové trouby a = 10,
pro plastové trouby a = 12,5,
Q_tot - celkový průtok odpadních vod odpadním potrubím (m³/s),
d_op - vnitřní průměr odpadního potrubí (m).

Hydraulickou kapacitu odpadního potrubí Q_max (m³/s) je možné určit podle zvoleného stupně plnění f ze vztahu

kde
f je stupeň plnění odpadního potrubí (-),
d_op - vnitřní průměr odpadního potrubí (m).

Stupeň plnění f (-) je možné vyjádřit jako

kde
S_W je vodou plněná část průřezu odpadního potrubí (m²),
S_op plocha vnitřního průřezu odpadního potrubí (m²),
Q_tot celkový průtok odpadních vod odpadním potrubím (m³/s),
d_op vnitřní průměr odpadního potrubí (m).

Aby při proudění vody v odpadním potrubí nedocházelo k velkým podtlakům, počítáme v odpadních potrubích s hlavním větracím potrubím se stupni plnění f = 0,16 až 0,25 a v odpadních potrubích s doplňkovým větracím potrubím se stupni plnění f = 0,19 až 0,29. U sekundárního větrání je možné stupeň plnění zvýšit až na f = 0,33, což je jeho horní hranice. V USA, kde je sekundární větrání často používáno, se doporučuje, aby stupeň plnění nepřekročil hodnotu f = 0,30.

3. Větrání splaškového odpadního potrubí

Větrání, zejména způsob přívodu vzduchu do odpadního potrubí, který je potřebný k omezení podtlaku, je základním problémem, jemuž musíme u vysokých budov věnovat zvláštní pozornost.

Podle řešení větrání splaškového odpadního potrubí rozlišujeme čtyři základní systémy větrání:

a) Systém s hlavním větracím potrubím (primární větrání) je u nás nejčastěji používaným systémem, u kterého splaškové odpadní potrubí pokračuje větracím potrubím nad střechu (obr. 1).

b) Systém s přímým doplňkovým větracím potrubím (doplňkové větrání), u něhož je odpadní potrubí s hlavním větracím potrubím opatřeno ještě doplňkovým větracím potrubím spojeným přímo s odpadním potrubím (obr. 2).

c) Systém s nepřímým doplňkovým větracím potrubím (doplňkové větrání), kde je odpadní potrubí s hlavním větracím potrubím opatřeno ještě doplňkovým větracím potrubím spojeným s odpadním potrubím přes připojovací potrubí (nepřímo) (obr. 3).

d) Systém se sekundárním větracím potrubím (sekundární větrání), u kterého je odpadní potrubí s hlavním větracím potrubím opatřeno ještě sekundárním větracím potrubím (skládajícím se z větrání připojovacího potrubí a doplňkového větracího potrubí) propojeným s hlavním větracím a odpadním potrubím a u každé zápachové uzávěrky také s připojovacím potrubím (obr. 4). Tento systém vytváří téměř absolutní bezpečnost před odsáváním zápachových uzávěrek.

Obr. 1: Odpadní potrubí s hlavním větracím potrubím	Obr. 2: Odpadní potrubí s přímým doplňkovým větracím potrubím
Obr. 3: Odpadní potrubí s nepřímým doplňkovým větracím potrubím	Obr. 4: Odpadní potrubí se sekundárním větracím potrubím

Jestliže v budovách o malém počtu podlaží plně vyhovuje systém s hlavním větracím potrubím, potom u vysokých budov musíme někdy použít další uvedené systémy větrání. Doplňkové, respektive sekundární větrání umožňuje oproti větrání primárnímu zatížit odpadní potrubí o stejné světlosti až o 40, respektive 60 % větším průtokem odpadních vod. Přívod vzduchu do odpadního potrubí ve více místech způsobuje zmenšení podtlaku. Větrané připojovací potrubí stejné světlosti může být zatíženo větším průtokem než připojovací potrubí nevětrané. Systémy s doplňkovým a sekundárním větracím potrubím jsou však náročné na prostory pro instalace (např. instalační šachty) a oproti systému s hlavním větracím potrubím jsou složité a drahé.

4. Návrh svislé kanalizace ve vysokých budovách

Svislou kanalizací lze nazvat odpadní a připojovací potrubí splaškové vnitřní kanalizace. Protože ČSN EN 12056 a ČSN 75 6760, podobně jako např. DIN 1986-100 nebo ÖNORM B 2501, řeší problematiku svislé kanalizace především pro běžnou zástavbu o menším počtu podlaží, musíme se při návrhu splaškových odpadních a připojovacích potrubí ve vysokých budovách řídit ještě dalšími zásadami vycházejícími z výzkumů a zkušeností.

4.1 Dimenzování splaškových odpadních potrubí

Hydraulická kapacita Qmax (l/s)		Maximální počet připojených záchodových mís	Jmenovitá světlost odpadního a hlavního větracího potrubí DN
Odbočky s úhlem 60° až 88,5°	Odbočky s obloukovou úpravou
0,5	0,7	0	601) 3)
1,5	2,0	0	702) 3)
2,7	3,5	84)	903)
4,0	5,2	13	100
5,8	7,6	27	125
9,5	12,4	73	150

Tab. 1: Hydraulické kapacity a maximální počty záchodových mís u splaškového odpadního potrubí s hlavním větracím potrubím
¹⁾ Na odpadní potrubí DN 60 nesmějí být napojovány žádné pisoáry.
²⁾ Na odpadní potrubí DN 70 nesmějí být napojovány žádné záchodové mísy ani keramické výlevky s napojením DN 100.
³⁾ Odpadním potrubím DN 60, DN 70 a DN 90 nesmějí být odváděny splašky s tuky od velkokuchyňských zařízení.
⁴⁾ Možno napojovat pouze záchodové mísy s nádržkovým splachovačem o objemu menším než 6 l, nesmí se napojovat žádné výlevky s napojením DN 100.

Hydraulická kapacita Qmax (l/s)		Maximální počet připojených záchodových mís	Jmenovitá světlost DN
Odbočky s úhlem 60° až 88,5°	Odbočky s obloukovou úpravou		odpadního a hlavního větracího potrubí	doplňkového větracího potrubí
0,7	0,9	0	601) 3)	50
2,0	2,6	0	702) 3)	50
3,5	4,6	13 4)	90 3)	50
5,6	7,3	25	100	50
7,6	10,0	47	125	70
12,4	18,3	125	150	90

Tab. 2: Hydraulické kapacity a maximální počty záchodových mís u splaškového odpadního potrubí s doplňkovým větracím potrubím
¹⁾ Na odpadní potrubí DN 60 nesmějí být napojovány žádné pisoáry, vany nebo dřezy z bytových kuchyní.
²⁾ Na odpadní potrubí DN 70 nesmějí být napojovány žádné záchodové mísy ani keramické výlevky s napojením DN 100.
³⁾ Odpadním potrubím DN 60, DN 70 a DN 90 nesmějí být odváděny splašky s tuky od velkokuchyňských zařízení.
⁴⁾ Možno napojovat pouze záchodové mísy s nádržkovým splachovačem o objemu menším než 6 l, nesmí se napojovat žádné výlevky s napojením DN 100.

Splašková odpadní potrubí se dimenzují na celkový průtok odpadních vod Q_tot vypočtený podle ČSN EN 12056-2 a ČSN 75 6760, který musí být menší nebo roven hydraulické kapacitě odpadního potrubí Q_max. Při dimenzování odpadního potrubí je třeba dodržet také minimální jmenovité světlosti podle ČSN 75 6760. Tabulky s hydraulickými kapacitami odpadních potrubí (tab. 1, 2) uvedené v ČSN EN 12056-2 se smí pro dimenzování použít, pokud součet výšky odpadního a hlavního větracího potrubí nepřekročí 70 m. U odpadních potrubí opatřených pouze hlavním větracím potrubím nemá být překročen maximální počet připojených záchodových mís dle ČSN 75 6760. Použije-li se pro větrání odpadního potrubí ještě doplňkové či sekundární větrací potrubí, může být u vysokých budov maximální počet záchodových mís překročen, pokud je odpadní potrubí dimenzováno výpočtem a není překročena jeho hydraulická kapacita Q_max.

Pokud je součet výšky odpadního a hlavního větracího potrubí větší než 70 m, můžeme podle tabulek s hydraulickými kapacitami (tab. 1, 2) uvedených v ČSN EN 12056-2 provést pouze předběžný návrh. U navržené světlosti odpadního potrubí je pak nutné posoudit, zda nedojde k překročení největšího podtlaku v odpadním potrubí Δp_max a zda nebude překročena maximální hodnota tlakové ztráty při proudění vzduchu přisávaného do odpadního potrubí Δp_op. Platí, že Δp_max ≤ 464 Pa (předpokládá se výška vody v zápachové uzávěrce po 14 dnech nepoužívání) a Δp_op ≤ 250 Pa (kritérium podle ČSN EN 12056).

Při součtu výšek odpadního a hlavního větracího potrubí od 70 do 100 m se posouzení provede následujícím způsobem:

a) Největší podtlak v odpadním potrubí Δp_max (Pa), který nesmí překročit hodnotu 464 Pa, se určí podle Dobromyslovova [2] vztahu

kde
Q_tot je celkový průtok odpadních vod odpadním potrubím (m³/s),
d_op - vnitřní průměr odpadního potrubí (m),
d_pp - vnitřní průměr připojovacího potrubí (m),
α - úhel připojení připojovacího potrubí na odpadní potrubí (°)

b) Průtok vzduchu Q_a (m³/s) přisávaného z atmosféry se určí podle Wyly - Eatonova [3] vztahu

kde
Q_tot je celkový průtok odpadních vod odpadním potrubím (m³/s),
f - stupeň plnění odpadního potrubí vypočtený podle vztahu (3)

c) Tlaková ztráta při proudění vzduchu přisávaného do odpadního potrubí z vnějšího prostředí, Δp_op (Pa), která nesmí překročit hodnotu 250 Pa, se určí ze vztahu

kde
Q_a je průtok vzduchu přisávaného do odpadního potrubí (m³/s),
L - součet výšek odpadního a hlavního větracího potrubí (m),
d_op - vnitřní průměr odpadního potrubí (m),
p_a - atmosférický tlak (Pa),
p_a = 100 000 Pa.

Místní tlakové ztráty v odpadním potrubí jsou ve vztahu (6) započítány 40 % přirážkou k tlakovým ztrátám třením.

Pokud jsou hodnoty podtlaků Δp_max nebo Δp_op překročeny, musí se světlost odpadního a větracího potrubí zvětšit a výpočet opakovat nebo navrhnout doplňkové či sekundární větrací potrubí.

Při součtu výšek odpadního a větracího potrubí nad 100 m se posouzení provede výše uvedeným postupem, ale místo Δp_max je kritériem Δp'_max. Platí, že Δp'_max ≤ 464 Pa. Největší podtlak Δp'_max (Pa) v odpadním potrubí vyšším než 100 m, se určí podle vztahu

kde
Δp'_max je největší podtlak ve splaškovém odpadnim potrubí (Pa),
Δp_max největší podtlak ve splaškovém odpadním potrubí určený podle vztahu (4) (Pa)
Δp_op tlaková ztráta při proudění vzduchu přisávaného do odpadního potrubí z vnějšího prostředí (Pa),
Δp_op ≤ 250 Pa.

I zde platí, že pokud jsou hodnoty podtlaků Δp'_max nebo Δp_op překročeny, musí se světlost odpadního a hlavního větracího potrubí zvětšit a výpočet opakovat nebo navrhnout doplňkové, případně sekundární větrací potrubí.

4.2 Důvody pro návrh doplňkového nebo sekundárního větracího potrubí

Doplňkové nebo sekundární větrací potrubí navrhujeme v následujících případech:

a) Nevyhovuje-li odpadní potrubí s hlavním větracím potrubím, protože celkový průtok odpadních vod Q_tot je větší než jeho hydraulická kapacita Q_max nebo je překročen maximální počet připojených záchodových mís a větší světlost nelze kvůli omezenému sortimentu trub a tvarovek navrhnout.

b) Jsou-li k odpadnímu potrubí napojena připojovací potrubí zatížená velkým průtokem nebo mající větší délku, počet kolen či spádovou výšku než podle ČSN 75 6760 povolené maximální hodnoty pro nevětraná připojovací potrubí a je tedy nutné větrat také připojovací potrubí.

Odpadní a připojovací potrubí je možné zatížit největším průtokem při jejich spojení pod úhlem 45° a sekundárním větráním.

Doplňkové větrací potrubí má ve vysokých budovách mít nejblíže nižší jmenovitou světlost než je jmenovitá světlost odpadního potrubí. Vhodné je tedy volit větší světlosti doplňkových větracích potrubí, než je předepsáno v ČSN EN 12056-2 a v tab. 2.

4.3 Použití speciálních tvarovek na odpadním potrubí

Speciální tvarovky ovlivňují hydrauliku odpadního potrubí. Nejznámější z nich je tvarovka Sovent (obr. 5). Při napojení připojovacího potrubí na odpadní potrubí tvarovkou Sovent může být odpadní potrubí zatíženo větším průtokem, takže pro větší průtok je možno bez doplňkového či sekundárního větrání použít odpadní potrubí o menší světlosti, než by bylo nutné při použití běžných odboček. Speciální tvarovky není vhodné na jednom odpadním potrubí kombinovat s běžnými odbočkami. Při dimenzování a návrhu odpadních potrubí se speciálními tvarovkami je třeba se řídit doporučeními výrobců těchto tvarovek.

Obr. 5: Tvarovka Geberit Sovent a její osazení
na odpadním potrubí a - tvarovka Sovent v řezu,
b - osazení tvarovek Sovent na odpadním potrubí

4.4 Dimenzování připojovacího potrubí

Předpisy pro dimenzování obsažené v ČSN EN 12056-2 a ČSN 75 6760 je možné použít i pro připojovací potrubí ve vysokých budovách. Navrhuje-li se nepřímé doplňkové nebo sekundární větrací potrubí, dimenzují se připojovací potrubí opatřená na horním konci větracím potrubím jako připojovací potrubí větraná. Oproti nevětraným připojovacím potrubím je možné větraná připojovací potrubí zatížit větším průtokem. U nepřímého doplňkového větrání se jmenovitá světlost větrání připojovacího potrubí volí v souladu s tabulkou v ČSN EN 12056-2 podle jmenovité světlosti připojovacího potrubí v místě napojení na potrubí odpadní.

4.5 Dimenzování společného větracího potrubí

Světlost společného větracího potrubí je ve vysokých budovách možné předběžně navrhnout podle tabulky v ČSN 75 6760. Pokud je jeho délka společně s délkou některého napojeného odpadního potrubí větší než 70 m, musí se při posouzení světlosti odpadního potrubí zahrnout při určování tlakové ztráty prouděním vzduchu přisávaného do odpadního potrubí .pop také tlaková ztráta ve společném větracím potrubí. Průtoky vzduchu ve společném větracím potrubí se při posouzení sčítají a uvažuje se, že všechen vzduch se přisává z venkovního prostředí, i když tomu tak ve skutečnosti není.

4.6 Řešení svislé kanalizace

Splaškové odpadní potrubí a případně doplňkové větrací potrubí vedeme v instalační šachtě společně s vodovodním potrubím. Instalační drážky nejsou vhodné. V administrativních a podobných budovách je vhodné navrhovat více odpadních potrubí, aby se při poruše jednoho odpadního potrubí nevyřadily z provozu všechny hygienické místnosti. Prostupy instalačních šachet stropy je třeba zabetonovat.

Pokud je odpadní potrubí nad zalomením vyšší než 30 m, řešíme zalomení pod úhlem větším než 45° vždy s obtokovým potrubím a připojovací potrubí v místě zalomení napojujeme na obtokové potrubí (obr. 6). Při použití obtokového potrubí ve vysokých budovách není třeba v místě zalomení zvětšovat jmenovitou světlost odpadního potrubí. Jmenovitá světlost obtokového potrubí je stejná jako jmenovitá světlost odpadního potrubí, nejvýše však DN 100. Zalomení odpadního potrubí je nejvhodnější umístit do instalačního podlaží nebo mezistropu. Nachází-li se mezistrop nad místnostmi, kde by mohl hluk z potrubí obtěžovat, je třeba potrubí v místě zalomení zvukově izolovat, nebo použít zvukově izolační trouby a tvarovky (zejména kolena).

Obr. 6. Obtokové potrubí u zalomení odpadního potrubí

Připojovací potrubí je nejvhodnější vést v dutině předstěnové instalace, která poskytuje dostatek prostoru i pro případná sekundární větrací potrubí. Potrubí pro větrání se na připojovací potrubí napojuje shora, aby při běžném provozu nemohlo docházet k zatékání splašků do větracího potrubí. Z důvodu zabránění zatékání splašků do větracího potrubí při ucpání připojovacího potrubí musí být ležaté části větracího potrubí vedeny nejméně 150 mm nad horním okrajem zařizovacích předmětů, jejichž připojovací potrubí je větráno. Při volbě materiálu, zejména odpadního potrubí procházejícího stropními konstrukcemi, je třeba brát v úvahu také hlediska požární bezpečnosti. Může být požadováno potrubí z nehořlavého materiálu (např. litinové bezhrdlové), nebo řešení prostupů potrubí stropy s protipožárním uzávěrem.

Literatura
[1] De Cuyper, K.: Proposal for a "scientific calculation" of the capacity of only primary vented stacks. CEN TC 165 WG 21 TG 2, 1992.
[2] Valášek, J. - Tomašovič, P.: Zdravotnotechnické inštalácie. Alfa, Bratislava 1990.
[3] De Cuyper, K.: Some comments about the determination of the capacity of AAV. CEN TC 165 WG 23 TG 3. 1992.
[4] Vranayová, Z.: Technické zariadenia budov I. Zdravotná technika. Stavebná fakulta TU Košice 2002.
ČSN EN 12056-1 až 5 (75 6760) Vnitřní kanalizace - Gravitační systémy
ČSN 75 6760: 2003 Vnitřní kanalizace
DIN 1986-100: 2002 Entwässerunganlagen für Gebäude und Grundstücke - Teil 100: Zusätzliche Bestimmungen zu DIN EN 752 und DIN EN 12056
ÖNORM B 2501: 2002 Entwässerungsanlagen für Gebäude - Ergänzende Richtlinien für die Planung, Ausführung und Prüfung