Vorausschauend planen - wirtschaftlich dimensionieren Investitionskosten von Druckströmungs-Entwässerungssystemen können durch optimale Strangplanung gesenkt werden

Je nach Grundstücksgegebenheiten macht es durchaus Sinn, sich über die Platzierung des Gebäudes Gedanken zu machen und die Regenentwässerungsanlage darauf abzustimmen. Oft ist nur ein kleiner „Stich“, bzw. Abzweig, von der öffentlichen Kanalisation auf das Grundstück erforderlich. Unter Kostengesichtspunkten rechnet sich diese vorausschauende Vorgehensweise gleich mehrfach. Bei einer dem Gebäude mittig zugeordneten 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.

Einfluss des Abflussverhaltens
Bei jeder Berechnung des Abflussverhaltens einer Druckentwässerungsanlage muss die potenzielle Energie des Wasserstromes berücksichtigt werden. Auf dem Weg vom Dach bis zum Kanal wird diese Energie in Bewegungs- und Reibungsenergie umgewandelt. Bei der Druckrohrentwässerung spricht man allerdings nicht mehr von Energie, sondern von Druck. Diesem Druck, der aus der potenziellen Energie oder Lagerenergie hervorgeht, stehen die Rohrreibung und die Einzelwiderstände gegenüber, die für Druckverluste sorgen. Im ersten Planungsstadium muss in jedem Fließweg die Differenz aus dem verfügbaren Druck und dem Druckverlust durch Rohrreibung sowie den Einzelwiderständen max. +-100 mbar betragen. Die Druckverluste müssen also sowohl bei einem langen als auch bei einem kurzen Fließweg annähernd gleich sein.
Je länger der Weg ist, den das Wasser zurücklegen muss, desto größer ist bei gleicher Nennweite auch der Druckverlust. Um jedoch die o.g. Bedingung einhalten zu können, 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. Das Bemühen, kurze Fließwege zu erzielen, sollte also immer im Vordergrund stehen. Eine vergleichende Betrachtung der verschiedenen Leitungsführungen verdeutlicht dies.

Bild 2: Schematische Darstellung eines „L-Stranges“.

L- oder T-Strang?
Bei der Planung einer Druckströmungsentwässerungsanlage gibt es generell mehrere Möglichkeiten der Rohrführung. Eine Möglichkeit ist ein sogenannter L-Strang (Bild 1), der hier mit einem T-Strang (Bild 2) verglichen werden soll. Die Rohrleitungslänge eines Fließweges ist bei einem L-Strang zwangsläufig länger als bei einem T-Strang. Damit die physikalischen Bedingungen eingehalten werden können, müssen hier Nennweiten gewählt werden, die ein geringes Rohrreibungsdruckgefälle pro Meter aufweisen. Der Abgleich der Fließwege bedingt bei einem L-Strang ein relativ großes Nennweitengefälle. Während der längste Fließweg relativ groß dimensioniert ist, muss die Einzelanschlussleitung des kürzesten Fließweges in einer recht kleinen Nennweite ausgeführt werden.

Entwässerungstechnisch betrachtet gilt der T-Strang als Ideallösung, weil er am strömungsgünstigsten ausgeführt werden kann. Da der gleiche Druck hier auf kürzerem Wege abgebaut wird, kann mit kleineren Rohrdimensionen gearbeitet werden, die dementsprechend geringere Inves­titionskosten verursachen. Bei der wirtschaftlichen Betrachtung einer T-Strang-Anlage zählen aber nicht nur die kleineren Nennweiten der Rohre, sondern auch die Einsparungen durch geringere Kosten für Schweißmuffen und Rohrschellen. Aufgrund des geringeren Gewichtes kann die Anlage darüber hinaus einfacher und schneller montiert werden.

Bild 3: Schematische Darstellung eines „T-Stranges“.

Kostenoptimierte Dimensionierung
Welches Einsparpotenzial es bringt, diese Erkenntnisse in die Praxis umzusetzen, zeigt das folgende Berechnungsbeispiel:
Als Kalkulationsbasis wurde ein Gebäude mit einer Dachfläche von 4200 m² zugrunde gelegt, dessen Druckentwässerungsanlage mit acht Flachdachgullys arbeitet. Bei der L-Strang-Lösung verläuft die Fallleitung an der Stirnseite des Gebäudes. Die Fließweglänge beträgt hier maximal 61,50 m und minimal 9,30 m. Das Verhältnis des längs­ten Fließwegs zu dem kürzesten Fließweg beträgt 6,1.

Bild 4: Eine 80-seitige DSS-Planungsbroschüre der Sita Bauelemente GmbH informiert über die normgerechte Ausführung von Druckströmungs-Systemen zur Flachdachentwässerung.

Bei der T-Strang-Lösung ist die Fallleitung in der Mitte der Längsseite des Gebäudes angeordnet und teilt die Anlage. Hier hat der längste Fließweg eine Länge von 32,80 m, während der kürzeste Fließweg 10,40 m beträgt. Das Verhältnis des längs­ten Fließwegs zu dem kürzesten Fließweg beträgt 3,2. Generell gilt: Je näher das Verhältnis zum Wert 1 tendiert, desto strömungs- und kostengünstiger kann die Anlage ausgeführt werden. In diesem Fall wurde eine Kostenersparnis von 25% erzielt.

Fazit
Wirtschaftlich gesehen beginnt der Entwurf mit der Grundlagenermittlung. Um Bauherren die günstigste Lösung anzubieten, sollten sich Architekten und Planer bereits ganz zu Anfang folgende Fragen stellen: Wo sind die Übergabepunkte an das öffentliche Kanalnetz? Wie können die Grundleitungen verlegt werden? Wie sollte das Gebäude idealerweise auf dem Grundstück positioniert werden? Schon in der Vorplanungsphase können Systemhersteller für die Druckströmungsentwässerung Anlagen- und Kostenvergleiche hierzu erstellen. Visualisierungen über CAD-Systeme machen die Idealplanung sichtbar und geben Entscheidungs- und Ausführungssicherheit.

Bild 5: Der CAD-Berechnungsservice des Herstellers Sita macht die Planung der kompletten Druckströmungsentwässerung sichtbar und gibt zusätzliche Entscheidungs- und Ausführungssicherheit.

Autor: Rainer Pieper, Technischer Leiter, Sita Bauelemente GmbH, Herzebrock-Clarholz

Bilder: Sita Bauelemente GmbH, Herzebrock-Clarholz

www.sita-bauelemente.de

Nachgefragt

IKZ-FACHPLANER: Die bisher in der VDI-Richtlinie 3806 beschriebene Druckströmungsentwässerung wurde im Mai 2008 in der DIN 1986-100 neu gefasst. Sie enthält sowohl neue Anforderungen als auch Lösungsansätze für die Druckströmungsentwässerung. Was sind die wichtigsten Änderungen aus Ihrer Sicht?

Rainer Pieper: Neben einigen strömungstechnischen Randbedingungen, die u. a. reduzierte Zeta-Werte sowie minimale Fließgeschwindigkeiten und Rohrreibungsdruckgefälle mit sich bringen, ist die neue Betrachtung der Anlaufbedingungen neu.
Während nach VDI 3806 drei unterschiedliche Übergänge in die Fallleitung definiert waren, gibt es in der DIN 1986-100 keine Unterscheidung beim Übergang in die Fallleitung.
Der in der Anlage realisierbare Anlaufvolumenstrom muss jetzt 20 % größer sein, als der Volumenstrom, bei dem die Fallleitung bereits in Teilabschnitten zuschlägt. Früher musste er um 10 % größer sein. Das betrifft in der Regel aber nur Anlagen, deren Leitungen direkt unter dem Gully in der Waagerechten verlegt werden.
Insgesamt tragen die Änderungen zu einer Reduzierung der Nennweiten und damit zur Reduzierung der Gesamtkosten bei. Anders gesagt: Das Berechnungsergebnis einer nach VDI berechneten, DIN-konformen Druckrohrentwässerungsanlage wird immer einen kleineren Gesamtvolumenstrom ausweisen.

IKZ-FACHPLANER: Die moderne Architektur hält für den Fachplaner auch im Entwässerungsbereich komplexe Planungsaufgaben bereit. Worauf ist zu achten, wenn Dachflächen mit unterschiedlichem Höhenniveau oder unterschiedlichen Abflussverzögerungen durch Dachbegrünung oder bekiesten Flächen per Druckströmungssystem entwässert werden sollen?

Rainer Pieper: Dachflächen mit unterschiedlichem Höhenniveau sollten grundsätzlich getrennt voneinander entwässert werden. Das höhere Dach hat eine höhere Energie zur Verfügung, die über die Rohrleitungen und Einzelwiderstände in Rohrreibungsverluste umgewandelt werden muss. Nicht immer gelingt der rechnerische Nachweis bei Anlagen mit unterschiedlichen Höhen. Die Gefahr, dass die Anlage „Luft saugt“ und damit funktionsuntüchtig wird, besteht und muss verhindert werden. Eine weitere Gefahr besteht darin, dass bei einem Starkregen das Regenwasser von der höheren auf die untere Fläche auslaufen kann und somit die Statik des Daches schnell überlastet werden kann.
Unterschiedliche Abflussverzögerungen können ebenfalls zum Versagen der Entwässerungsanlage führen. Da diese Anlagen bei Starkregen schnell vollgefüllt werden müssen und so zügig ihre volle Leis­tungsfähigkeit erbringen müssen, ist auf eine unterschiedliche Abflussverzögerung zu verzichten. Dachflächen mit Begrünung und „nackte“ Dachflächen sollten nicht an eine gemeinsame Druckentwässerungsanlage angeschlossen werden.

IKZ-FACHPLANER: Bei hohen Gebäuden entstehen in den Fallleitungen mitunter große Unterdrücke und Fließgeschwindigkeiten. Wie kann in solchen Fällen insbesondere bei Kunststoff-Rohrsystemen der Schallpegel minimiert werden?

Rainer Pieper: Wichtig ist dabei, dass die Körperschallübertragung auf den Baukörper reduziert wird. Effektive Mittel sind der Einsatz von Rohrschellen mit Gummieinlage und die Schallisolierung der Rohrleitung, die gleichzeitig auch die Schwitzwasserbildung eindämmt.
Bei der Montage der Anlage ist außerdem darauf zu achten, dass die Rohre keinen direkten Kontakt zum Mauerwerk haben. In sensiblen Bereichen, z.B. bei Trennwänden zu Schlafräumen, sollten entsprechend massive Wände vorgesehen werden.

IKZ-FACHPLANER: Eine wichtige Forderung der DIN 1986-100 ist der hydraulische Abgleich der einzelnen Abläufe, der verhindern soll, dass sich an einzelnen Abläufen zu viel Wasser aufstaut. Wie wird dieser in der Praxis gewährleistet bzw. überprüft?

Rainer Pieper: Bei der Vordimensionierung einer Druckentwässerungsanlage darf die Abweichung in einem Fließweg zwischen dem verfügbaren Druck aus der Höhendifferenz zum Druck aus Rohrreibung und Einzelwiderständen maximal +-100 mbar betragen.
Über alle Fließwege soll sich dann die Summe aller Abweichungen so gut es geht ausgleichen. Auch hier hat sich eine Differenz von +-100 mbar als praxistauglich erwiesen.
Erst nach dieser Vorplanung wird die vorhandene Abweichung auf 0 mbar gerechnet und somit die Ablaufleistung eines jeden Fließweges angepasst. In der Praxis bedeutet dies, dass eine Anlage genauso umgesetzt werden muss, wie sie berechnet wurde, was in der Praxis nicht immer gelingt.
Häufig muss nachträglich noch ein Träger, ein Lüftungskanal o.ä. mit der Rohrleitung umfahren werden. Kleinere Änderungen zum berechneten Strang liegen meist im tolerierbaren Bereich. Bei grundlegenden Änderungen, wenn z.B. die Höhe der Sammelanschlussleitung geändert wird, sollte die Anlage vor Montage aber in jedem Fall nochmals überprüft werden.

Über Planungsaspekte bei der Projektierung von Druckströmungs-Entwässerungen nach DIN 1986-100 sprach die IKZ-FACHPLANER-Redaktion mit Rainer Pieper, Technischer Leiter der Sita Bauelemente GmbH.