Auslegung von Flachdachentwässerungen:
Mit Regen rechnen
Berechnungs- und Jahrhundertregen. Zwei Parameter, die in die Entwässerungsplanung eines jeden Flachdachs einfließen. Die Basisdaten dazu liefert der KOSTRA-DWD-2000, ein Starkregenkatalog des Deutschen Wetterdienstes.
optimale Raumnutzung bei größeren Objekten.
Fachbericht
Regen wird immer häufiger nicht als Segen, sondern als Elementarereignis wahrgenommen, dessen Folgen die Berichterstattung in den Medien bestimmen. Der fachgerechten Berechnung und Auslegung von Flachdachentwässerungsanlagen kommt damit eine neue Bedeutung zu.
Regen kann man berechnen, zumindest rein theoretisch, bzw. statisch gesehen. Der vom Deutschen Wetterdienst herausgegebene KOSTRA-DWD-2000 dient dabei als wertvolle Hilfe. Der Name dieses Starkregenkataloges steht für „Koordinierte Starkniederschlags-Regionalisierungs-Auswertung“. Sein Datenmaterial basiert auf umfangreichen Dokumentationen historischer Regenereignisse und statistischer Berechnungen, die regional innerhalb des Zeitraumes von 1951 – 2000 erfasst wurden. Berücksichtigt wurden dabei die Messungen von deutschlandweit gut 5.000 Messstationen.
Als Bemessungsgrundlage dienten ursprünglich die empirischen Regenreihen nach Reinold, die bereits 1936 veröffentlicht wurden. Unter dem Namen KOSTRA wurde 1997 eine Neubearbeitung der in Deutschland zu erwartenden Starkniederschlagshöhen vorgenommen, die den Zeitraum von 1951 bis 1980 betrachtet. Um die Veränderung der klimatischen Verhältnisse zu erfassen, wurde dieser Atlas 2005 von KOSTRA-DWD-2000 abgelöst, der Regenspenden bis 2000 berücksichtigt. Der Trend zu vermehrten Extremwetterereignissen in der Dekade nach 2000 wird nicht nur subjektiv empfunden, sondern lässt sich auch rechnerisch nachweisen. So ist in der nächsten Zeit eine Novellierung des Standardwerkes KOSTRA-DWD-2000 zu erwarten, die die vermehrten Starkregenereignisse rechnerisch darstellt.
Für die Flachdachentwässerung müssen nach DIN 1986-100 ein fünfminütiges Fünfjahresregen r(5,5) und ein fünfminütiger Jahrhundertregen r(5,100) angesetzt werden. KOSTRA-Karten machen diese Regendaten grafisch sichtbar. Dabei unterliegt Deutschland einem Raster. Jedem Rasterpunkt lässt sich anhand der Farben die entsprechende Regenspende zuordnen. Jedes Farbkarree innerhalb des KOSTRA-Rasters steht für eine Fläche von 8,45 km im Quadrat, also 71,40 qm Terrain, so dass der Planende schnell einen ersten Eindruck erhält, mit welchen Regenbedingungen er am Standort rechnen muss.
Farbleitsystem
Das Farbmarkierungssystem der Deutschlandkarte hilft, sich einen schnellen Überblick über die regionale Regensituation zu verschaffen. So sind die Gebiete mit den niedrigsten Starkregenereignissen hellblau markiert, die höchsten Regenspenden in Rot-Violett-Farbtönen. Auf den ersten Blick lässt sich ein Nord-Süd-Gefälle erkennen. Bremen z. B. gilt mit einem Berechnungsregen (r 5,5) von 205 bzw. 304 ( l/s x ha) für den Jahrhundertregen als starkregenarm, Traunstein mit 523 und 1030 (l/s x ha) als starkregenreich. Möglicherweise regnet es im Norden, das gesamte Jahr betrachtend, insgesamt mehr als im Süden (Stichwort Schmuddelwetter und Landregen). Bei der Berechnung von Flachdachentwässerungsanlagen sind jedoch kurzfristige Extremwetterereignisse zu betrachten. Zugrunde gelegt werden müssen die Regenspitzen über fünf Minuten bei einer Wiederkehrzeit von fünf bzw. 100 Jahren.
Regenspenden in Zahlen
Genaue Angaben der örtlichen Niederschlagswerte liefern die Tabellen des KOSTRA-DWD-2000, der auch als DVD, also in digitalisierter Form, erhältlich ist. Für Planer gehören diese „Werkzeuge“ zur Standardausrüstung. Alle, die nur ab und an regionale Wetterdaten benötigen, erhalten diese auch direkt beim Deutschen Wetterdienst, beim zuständigen Bauamt oder bei den Herstellern und Lieferanten von Flachdachentwässerungssystemen. Sita unterhält zum Beispiel eine eigene Serviceabteilung, die sich speziell mit der Berechnung von standortbezogenen Entwässerungssystemen befasst.
Berechnungs- und Jahrhundertregen
Dem KOSTRA Starkregenkatalog lassen sich vor allen Dingen zwei Werte entnehmen, die für die fach- und normgerechte Berechnung von Entwässerungssystemen von Bedeutung sind. Als Basiswert für die Auslegung der Hauptentwässerung wird der Berechnungsregenwert am Gebäudestandort angesetzt. Der Berechnungsregen (r 5,5) beziffert ein fünfminütiges Regenereignis, das statistisch alle fünf Jahre einmal 200 bis 500 (l/s xha) bringt. Der Jahrhundertregen r(5,100), wird als ein fünfminütiges Regenereignis definiert, das statistisch einmal in hundert Jahren Werte bis zu 1.200 (l/s xha) erreichen kann.
Das fünfminütige Regenereignis über 500 l/s/ha entspricht einem Regenvolumen von 15 l pro Quadratmeter. Bei einem Jahrhundertregen (hier z. B. 1000 l/s/ha) können demzufolge 30 l pro Quadratmeter gemessen werden. Zum Vergleich die morgendliche fünfminütige Dusche: Je nach Duschkopf und Vorliebe erreichen wir mit durchschnittlich 40 l ein größeres Volumen, als ein Jahrhundertregen. Bedenkt man, dass diesem Rechenbeispiel zufolge auf einem Hektar 15.625 Duschen (Standardmaß 0,80 x 0,80 m) gleichzeitig aktiv wären, so bekommt ein Regenereignis eine neue beachtliche Dimension. Übrigens: Im Oktober 2014 betrug der durchschnittliche Niederschlag in Deutschland 64 l pro Quadratmeter. (Quelle: de.statista.com).
Das 5-Minuten-Regenereignis
Woraus resultiert der Bemessungszeitraum von fünf Minuten? KOSTRA-DWD 2000 definiert: „Im sogenannten „Zeitbeiwertverfahren“ wird der Regenabfluss in einer Teilstrecke unter der Annahme ermittelt, dass die Fließzeit, vom Einleitungs- bis zum Berechnungspunkt, gleich der maßgebenden Regendauer ist (Fließzeit = Regendauer).“ Dabei geht man von einer Leitungslänge von 300 – 600 m und einer mittleren Fließgeschwindigkeit von v ≈ 1,0-2,0 m/s aus, woraus eine maximale Gesamtfließzeit von höchstens fünf Minuten resultiert, bis die Anlage – vom Gully bis zum öffentlichen Anschlusskanal - „leer gelaufen“ ist.
Alles streng geregelt
Seit Mai 2008 gilt die neue DIN 1986 Teil 100 mit zusätzlichen nationalen Bestimmungen zur DIN EN 12056 und DIN EN 752. Die Regenentwässerungsanlage wird nun als Ganzes gesehen - vom Dachgully über die Rohrleitung bis hin zur Übergabe an den öffentlichen Kanal. Neben der standortbezogenen Berechnung des Bemessungs- und Jahrhundertregens ist heute ein frei auf das Grundstück entwässerndes Notablaufsystem vorgeschrieben. Dieses Notablaufsystem muss so geplant werden, dass es mindestens die Differenz zwischen der Jahrhundert- und der Berechnungsregenspende sicher entwässert. Keinesfalls darf die Notentwässerung, die das Dach auch statisch entlastet, an die Leitungen der Hauptentwässerung angeschlossen werden, die im Falle eines Starkregens u.U. schon überlastet sind.
Regen als Last
Regen stellt nicht nur die Abdichtung von Flachdachgebäuden auf die Probe, sondern auch die Statik. Regen wiegt schwer. Wie schwer, das soll das folgende Beispiel zeigen. Gehen wir von einem 1.000 qm Flachdach am Standort Stuttgart aus. Hier wird der Berechnungsregen mit 446 l/(s * ha) beziffert. Bei einem ganz normalen Berechnungsregen sammelt sich hier innerhalb des 5-minütigen Regenereignisses eine Wasserlast, die die Statik des Daches mit 13.380 kg belastet. Bei dem seltenen Ereignis eines Jahrhundertregens, der wie der Name impliziert, statistisch gesehen nur alle 100 Jahre vorkommen soll, sind innerhalb des 5-minütigen Jahrhundertregens sogar 25.740 kg Wasserlast zu erwarten. Welches Entwässerungssystem aber ist das richtige? Diese Frage muss von Objekt zu Objekt entschieden werden. Als Faustregel gilt: für kleinere Flachdächer empfiehlt sich eine Freispiegelanlage, für große, weitläufige Dachflächen eine Druckströmungsanlage.
Freispiegel - Entwässerung im Gefälle
Ein herkömmliches Freispiegelsystem entwässert Flachdachflächen über Gullys und Fallleitungen in ein ausgedehntes Grundleitungssystem. Das Rohrleitungssystem wird im Gefälle verlegt und arbeitet mit einer Teilfüllung der Rohre. Es erfordert daher große Rohrnennweiten und je nach Dachgröße viele Fallleitungen. Jede Fallleitung wird an eine Grundleitung angeschlossen, woraus ein ausgedehntes Grundleitungsnetz, die entsprechenden Erdarbeiten und nach Installation der Anlage Inspektionsschächte für die Grundleitungen erforderlich werden. Diese Zusammenfassung der baulichen Erfordernisse veranschaulicht, dass ab einer gewissen Dachflächengröße ein Druckströmungssystem die bessere Lösung darstellt.
DSS - Entwässerung mit Unterdruck
Druckströmungssysteme, kurz DSS genannt, sammeln das Wasser in gefällelosen Sammelleitungen direkt unter der Dachkonstruktion und führen es über wenige Fallleitungen schnell in die Grundleitung ab. Daraus resultiert eine optimale Raum- und Hallennutzung, z. B. für Hochregallager. Weniger Fallleitungen bedeutet auch weniger Rammschutz, weniger Aufwand und Erdarbeiten bei den Grundleitungen. Durch keine oder nur wenige Inspektionsschächte wird der Wartungsaufwand verringert. Aufgrund der erhöhten Leistungsfähigkeit kann mit kleineren Rohrnennweiten gearbeitet werden, was sich unterm Strich auch auf die Kosten auswirkt.
Generell kann gesagt werden, dass weitläufige Flachdächer von Industriegebäuden und Lagerhallen, auf denen sich in Sekundenschnelle große Wassermassen sammeln können, mit einem Druckströmungssystem ausgestattet werden sollen, um nicht zu sagen, müssen. Ein planmäßig vollgefülltes DSS-Regenentwässerungssystem entwässert mehr in weniger Zeit. Es erzeugt bereits bei geringen Regenmengen einen Unterdruck im Rohrleitungssystem, der per Saug-Hebe-Effekt schnell, sicher und effektiv entwässert. Dabei verhindern spezielle DSS-Dachgullys, z. B. ausgestattet mit dem SitaAirstop, die durch die „Coriolis-Kraft“ verursachte Lufteinführung in das Rohr. Der schon bei abschnittsweiser Vollfüllung der Rohre entstehende Druck führt zu einer hohen Fließgeschwindigkeit. Effizienz bei der Entwässerungsleistung und eine Reihe bautechnischer und wirtschaftlicher Vorteile sind die großen Pluspunkte einer DSS-Anlage.
Sicher und kostenorientiert planen
Oft wird über die Regenentwässerungsanlage erst zum Schluss nachgedacht, also dann, wenn das Gebäude bereits steht. Bei Druckströmungsanlagen gibt es eine planerische Besonderheit. Hier macht es Sinn, sich schon am Anfang über die Platzierung des Gebäudes auf dem Grundstück Gedanken zu machen. Bei einem Gebäude mit mittig zugeordneter Grundleitung kann mit kleineren Rohrdurchmessern für die Dachentwässerung gearbeitet werden. Dies erleichtert nicht nur die Verarbeitung, sondern mindert auch die Lasten, die an das Dach angehängt werden. Unter diesem Denkansatz kann die gesamte Statik des Daches neu betrachtet und unter Umständen sogar optimiert werden. Aber auch bei der Entwässerungsanlage selbst ist vorausschauendes Denken gefragt. Je länger der Weg ist, den das Wasser zurücklegen muss, desto größer ist bei gleicher Nennweite auch der Druckverlust. Deshalb sind bei langen Fließwegen in der Regel größere Rohrnennweiten einzuplanen – ein eigentlich unerwünschter Effekt. Im Idealfall arbeitet die Anlage mit kurzen Fließwegen, die eine effektive Entwässerung mit klein dimensionierten Leitungen ermöglichen – was sich auch unter Kostengesichtspunkten positiv auswirkt.
Fazit: Spezialisten sind gefragt
Die Berechnung einer Flachdachentwässerung ist – zumindest bei großen Flachdächern – keine Kleinigkeit. Neben den standortbezogenen müssen hier auch dachspezifische Parameter, z. B. die im Abflussbeiwert C definierte Ausführung der Dachfläche oder die vom Tragwerksplaner definierte maximale Überflutungshöhe, mit einbezogen werden. Hersteller von Flachdachentwässerungssystemen bieten daher einen in der Regel kostenlosen Berechnungsservice an.
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