IKZ-HAUSTECHNIK, Ausgabe 9/1996, Seite 46 ff.


SANITÄR


Regenentwässerungsanlagen

Das hydraulische Verhalten im Überlastungszustand

Prof. Dipl.-Ing. Bernd Rickmann Teil 2

Ergänzend zum Teil 1 dieses Beitrags, erschienen in IKZ-HAUSTECHNIK, Ausgabe 8, Seite 116 ff, zeigt der Autor im Teil 2 an einer Regenentwässerungsanlage für eine Lagerhalle beispielhaft, bei welchen Planungsgegebenheiten sich Gefährdungspotentiale ergeben und welche Maßnahmen ergriffen werden können bzw. müssen um das Risiko zu reduzieren.

Berechnungsbeispiele

Im Beispiel soll ein Grundstück mit einer Fläche von 180 m 120 m = 21600 m2 entwässert werden, das mit einer Lagerhalle (Grundrißfläche: 120 m 80 m = 9600 m2) bebaut ist (Bild 3). Die Verkehrs- und Wegeflächen, die sich bei Überlastung für eine Regenrückhaltung eignen, wurden mit 8000 m2 festgestellt. Die Bemessung der Grundleitungen soll für r = 200 l/s/ha vorgenommen und eine Überlastungsregenspende von r = 450 l/s/ha berücksichtigt werden. Diese Festlegungen entsprechen z.B. den zu erwartenden Regenereignissen am Gebäudestandort Essen oder Lübeck (Tabelle 1).

Bild 3: Vereinfachter Lageplan des Gebäudes für die Beispielberechnungen.

Die Berechnungsergebnisse der Überlastungsrechnung für px (Tabelle 2) zeigen, daß sich längs des Fließweges von TS 13 bis TS 1 Überdruck ausbildet, dessen Maximum sich am Anfang des Fließweges einstellt und zwar an der Umlenkungsstelle von der Falleitung in die Grundleitung.

Aus der ungünstigen Leitungsführung resultieren Überdrücke in den Grund- und Falleitungen, die jenseits der standardmäßig zugelassenen Belastungsgrenze für Rohrleitungs- und Dichtsysteme von 0,5 bar liegen, obwohl eine Regenspende für die Bemessung der Leitungen verwendet wurde, die noch den normativen Festlegungen entspricht. Für die Gebäudeinstallation ergibt sich durch diese Betriebsweise die Gefahr, daß Wasser auch oberhalb der vermeintlichen Rückstauebene austreten kann und daß nicht ausreichend druckfeste Leitungen brechen oder ungesicherte bzw. nicht fachgerecht erstellte Verbindungen undicht werden können.

Tabelle 2: Ergebnisliste für die Bemessung der Freispiegelentwässerung mit einer Bemessungsregenspende von r = 200 l/s/ha aus Bild 4 (TS 1 - TS 13) in Verbindung mit einer Überlastungsrechnung (r = 450 l/s/ha). Die Vorgaben und Ergebnisse der Überlastungsrechnung sind kursiv dargestellt. Der sich rechnerisch ergebende statische Druck in der Grundleitung px ist zusätzlich fettgedruckt.

TS

Länge

Fläche

y

Vr-200

Vr-450

Igew

h/di

DN

Rb

v

l Rb

Dp-x

(l I)

p2

S(l I)

Px

-

m

m2

-

l/s

l/s

cm/
m

-

-

mbar/
m

m/s

mbar

mbar

cm

mbar

mbar

mbar

1

20

9600

0,8

153,6

345,6

1

1,0

350

4,8

3,6

96,0

96,0

20

200

20

276,0

2

40

8000

0,8

128,0

288,0

1

1,0

350

3,4

3,0

136,0

232,0

40

200

60

372,0

3

40

4800

0,8

76,8

172,8

1

1,0

300

2,8

2,5

122,0

344,0

40

200

100

444,0

4

15

3200

0,8

51,2

115,2

1

0,7

250

3,1

2,3

46,5

390,5

15

200

115

475,5

5

8

2880

0,8

46,1

103,7

1

0,7

250

2,6

2,1

20,8

411,3

8

200

123

488,3

6

8

2560

0,8

41,0

92,2

1

0,7

250

2,0

1,9

16,0

427,3

8

200

131

496,3

7

8

2240

0,8

35,8

80,6

1

0,7

250

1,6

1,7

12,8

440,1

8

200

139

501,1

8

8

1920

0,8

30,7

69,1

1

0,7

250

1,1

1,4

8,8

448,9

8

200

147

501,9

9

8

1600

0,8

25,6

57,6

1

0,7

200

2,6

1,8

20,8

469,7

8

200

155

514,7

10

8

1280

0,8

20,5

46,1

1

0,7

200

1,6

1,5

12,8

482,5

8

200

163

519,5

11

8

960

0,8

15,4

34,6

1

0,7

200

1,0

1,1

8,0

490,5

8

200

171

519,5

12

8

640

0,8

10,5

23,0

1

0,7

150

1,9

1,3

15,2

505,7

8

200

179

526,7

13

8

320

0,8

5,1

11,5

1

0,7

125

1,3

1,0

10,4

516,1

8

200

187

529,1

Bedingt durch die im Beispiel realisierte geschlossene Rohrleitungsführung von den Dachabläufen bis zum Anschlußkanal (Bild 4) gerät auch die Ortsentwässerung bei Überlastung unter Einfluß der Gebäudehöhe. Die Folge ist, daß sich jede Abflußspitze in der Grundstücksentwässerung mit nur geringer Verzögerung der Ortsentwässerung in vollem Umfange mitteilt, fast unabhängig davon, welche Bemessungsregenspende für die Grundleitung verwendet wurde.

Kann die Ortsentwässerung die auftretenden Überlastungsregenspenden nicht aufnehmen, tritt Regenwasser schwallartig aus den Straßenabläufen aus. Die erforderliche Regenrückhaltung findet damit im Straßenbereich statt. Gleichzeitig geraten geschlossene Schachtdeckel bei Schächten mit offener Leitungsführung unter Überdruck. Die Erscheinung, daß ungesicherte Schachtdeckel bei solchen Belastungszuständen aus ihrer Lagerung gerissen werden und dann große Wassermengen unkontrolliert austreten, ist in der Praxis bekannt. DIN 1986-1 schreibt u.a. aus diesem Grunde in Abschnitt 6.6.3 vor, daß "innerhalb von Gebäuden . . . Abwasserleitungen geschlossen mit Reinigungsrohren durch die Schächte zu führen" sind.

Bild 4: Negativbeispiel für die Leitungsführung in einer Freispiegelentwässerungsanlage (Lagerhalle mit einer Grundrißfläche von 9600 m2).

 

Bild 5: Prinzipskizze der Überlastungszustände in einer Grundstücksentwässerungsanlage mit den Konstruktionsmerkmalen aus Bild 4.

Werden die in Teil 1 formulierten Entwurfsregeln für die Grundstücksentwässerung beachtet, ergeben sich wesentlich verbesserte Betriebsbedingungen für alle Leitungsteile der Entwässerungsanlage. Die Leitungsführung in Bild 6 berücksichtigt daher zunächst den Grundsatz, daß geschlossene Fließwege unter Einfluß der Gebäudehöhe kurz gehalten werden müssen. Die Grundleitungen, die Wasser aus den Falleitungen aufnehmen, werden aus diesem Grund über die Längsseiten aus dem Gebäude geführt.

Die Anbindung dieser druckkritischen Leitungsbereiche erfolgt an "offene" Grundleitungen außerhalb des Gebäudes, in denen sich kein höherer statischer Druck aufbauen kann als der, der durch Rückstau bis zur Geländeoberkante (Hof- /Straßenablauf) verursacht werden kann. Durch diese einfachen Maßnahmen können die statischen Drücke auch "innerhalb des Gebäudes" nicht wesentlich größer werden als sie vom Rückstau aus der Ortsentwässerung sowieso aufgeprägt werden. In der Beispielberechnung gilt diese Feststellung auch noch für eine Bemessungsregenspende von r = 200 l/s/ha (s. Berechnungsergebnisse für px in Tabelle 4).

Tabelle 3: Auf Grundlage der vom Deutschen Wetterdienst [3] veröffentlichten Starkniederschlagshöhen berechnete Bemessungsregenspenden für eine Regendauer "T" von 15 und Wiederkehrzeiten "Tn" von 1, 2, 10, 20, 50 und 100 Jahren (Auswahl)

Meßort

Tn = 1 Jahr
T = 15 min

Tn = 2 Jahre
T = 15 min

Tn = 10 Jahre
T = 15 min

Tn = 20 Jahre
T = 15 min

Tn = 50 Jahre
T = 15 min

Tn = 100 Jahre
T = 15 min

Berlin - Temp. Flugwetterwarte

127

166

258

297

349

389

Bernau, Kr. Rosenheim

171

213

311

353

409

451

Bremen Flugwetterwarte

101

118

158

174

197

214

Essen - Bredeney Wetteramt

108

130

180

202

231

253

Frankfurt - Stadt

113

146

220

252

294

327

Friedrichshafen

121

149

214

242

279

307

Hamburg - Fuhls. Flugwetterwarte

106

137

210

242

283

316

Hannover - Lang. Flugwetterwarte

97

119

173

197

227

250

Kiel - Kronshagen Wetterstation

89

109

157

177

203

224

Lübeck Blankensee Wetterstation

93

116

168

190

220

242

Mittenwald

130

164

242

277

321

356

München - Riem Flugwetterwarte

131

166

246

280

326

360

Münster Wetterstation

109

138

204

233

271

300

Scheyern

124

167

264

307

363

406

Stuttgart Wetteramt

137

179

278

320

376

419

Villingen - Schwenningen

128

158

228

258

297

327

Eine weitere wichtige Folge dieser Leitungsführung ist die hydraulische Entkopplung der Kanäle der Ortsentwässerung von der Gebäudehöhe. Abflußspitzen aus der Gebäudeentwässerung teilen sich dadurch der öffentlichen Kanalisation - wenn überhaupt - dann nur stark abgeschwächt mit.

Bei den vorliegenden Planungsgegebenheiten im Beispielfall ist zu erwarten, daß die Regenspende, die maximal in die Ortskanalisation eingeleitet werden kann, im Bereich von r = 100 - 150 l/s/ha begrenzt ist. In einem solchen Fall sieht DIN 1986-2 : 1995 im Überlastungsfall die kontrollierte Regenrückhaltung über 15 Minuten auf dem Grundstück durch Versickerung, Überflutung nicht gefährdeter Flächen, Rückhaltebecken u.a.m. vor.

Damit das Rückhaltevolumen insgesamt ermittelt werden kann, sollte auch in diesem Fall das statistisch zu erwartende Jahrhundertereignis, diesmal allerdings für eine Regendauer von 15 Minuten, bekannt sein. Wie bei der Bemessung der Leitungsanlage liefert die Datenauswertung des Deutschen Wetterdienstes auch für den Rückhaltefall geeignete Auslegungsdaten (Tabelle 3). Überschlagsrechnungen werden in der Praxis im allgemeinen mit r = 300 l/s/ha durchgeführt [2].

Tabelle 4: Ergebnisliste für die Bemessung der Freispiegelentwässerung mit einer Bemessungsregenspende von r = 200 l/s/ha aus Bild 6 (TS 9 - TS 13) in Verbindung mit einer Überlastungsrechnung (r = 450 l/s/ha). Die Vorgaben und Ergebnisse der Überlastungsrechnung sind kursiv dargestellt. Der sich rechnerisch ergebende statische Druck in der Grundleitung px ist zusätzlich fettgedruckt.

TS

Länge

Fläche

y

Vr-200

Vr-450

Igew

h/di

DN

Rb

v

l Rb

Dp-x

(l I)

p2

S(l I)

Px

-

m

m2

-

l/s

l/s

cm/
m

-

-

mbar/
m

m/s

mbar

mbar

cm

mbar

mbar

mbar

8

200

200,0

9

8

1600

0,8

25,6

57,6

1

0,7

200

2,6

1,8

20,8

20,8

8

200

8

212,8

10

8

1280

0,8

20,5

46,1

1

0,7

200

1,6

1,5

12,8

33,6

8

200

16

217,6

11

8

960

0,8

15,4

34,6

1

0,7

200

1,0

1,1

8,0

41,6

8

200

24

217,6

12

8

640

0,8

10,2

23,0

1

0,7

150

1,9

1,3

15,2

56,8

8

200

32

224,8

13

8

320

0,8

5,1

11,5

1

0,7

125

1,3

1,0

10,4

67,2

8

200

40

227,2

Für die Beispielberechnung soll der zulässige Abfluß in die Ortsentwässerung mit rzul = 150 l/s/ha und die Überlastungsregenspende über 15 Minuten mit rT(n) = 300 l/s/ha angenommen werden. Das Volumen V, das dann durch Überfluten der Verkehrs- und Wegeflächen auf dem Grundstück zurückgehalten werden muß, kann mit Gleichung 3 berechnet werden.

V = (rT(n) - rzul)

 

V = (300 - 150)

Im konkreten Fall ist der Nachweis der Auswirkungen einer solchen Überflutung relativ einfach zu führen, da im Beispiel 8000 m2 der Verkehrs- und Wegeflächen auf dem Grundstück für diese Maßnahme geeignet sind. Unterstellt man für den Beispielfall vereinfachend, daß diese Fläche völlig eben ist, kann die zu erwartende Überflutungshöhe h über die Gleichung 4 berechnet werden.

h =

Wie diese einfache Berechnung zeigt, sind bei den gegebenen Voraussetzungen die zu erwartenden Überflutungshöhen bei Überlastung im allgemeinen sehr gering, hier weniger als 3 cm. Ferner muß bei der Beurteilung des Ergebnisses berücksichtigt werden, daß diese Höhe berechnet wurde für ein Regenereignis, das statistisch gesehen einmal in 100 Jahren erwartet werden muß.

Bild 6: Freispiegelentwässerungsanlage einer Lagerhalle mit einer Grundrißfläche von 9600 m2 mit hydraulisch günstigen Eigenschaften.

 

Bild 7: Prinzipskizze der Überlastungszustände in einer Grundstücksentwässerungsanlage mit den Konstruktionsmerkmalen aus Bild 6.

Man sollte sich allerdings immer darüber im klaren sein, daß ein solches Ereignis schon im nächsten Sommer auftreten kann. Dann ist es allerdings entscheidend, an welcher Stelle Regenwasser zurückgehalten wird. Bei gut geplanten und gebauten Entwässerungsanlagen kontrolliert im Freien (s.o.) oder bei hydraulisch schlecht ausgebildeten Systemen unkontrolliert im Gebäude!!


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