Součinitel odtoku a komplexní dimenzování odvodnění střech

Životnost střešního pláště ploché střechy závisí zásadně na způsobu odvodnění srážkové vody. Hromadění vody nevede jen k poškození hydroizolace, ale může způsobit i statické problémy celé konstrukce. Špatně navržený odvodňovací systém může výrazně zkrátit životnost střešního pláště a způsobit značné škody. Přitom správné řešení odvodnění ploché střechy není složité - stačí znát základní principy, umět spočítat potřebnou kapacitu a vybrat vhodný systém.

V tomto průvodci se dozvíte, jak na odvodnění plochých střech včetně výpočetních vzorců a porovnání gravitačního a podtlakového systému. Najdete zde praktické informace pro návrh odvodnění logistických hal i administrativních budov.

Základní principy a systémy odvodnění střech

Dobře navržené odvodnění střešní plochy je základním předpokladem správné funkce střechy jako celku, který chrání vnitřní prostředí proti přímému působení atmosférických vlivů. Střechy musí zachycovat a odvádět srážkové vody, sníh a led. Požaduje se, aby voda byla ze střechy odváděna odvodňovacím systémem. Plynulému odtoku vody k okapu, do žlabů nebo vtoků nemají bránit žádné překážky.

Odvodnění střech lze realizovat vnitřně (přes vpusti a svody do kanalizace uvnitř budovy) nebo vně (do podokapních žlabů se svodem po fasádě). Volba závisí na velikosti objektu, klimatických podmínkách a architektonických požadavcích. Klíčové je dodržet základní pravidla pro umístění a dimenzování komponentů.

Vnitřní a vnější odvodnění

Vnitřní odvod (vpusti) najdeme převážně u větších budov jako jsou výrobní haly nebo výškové budovy. U průmyslových hal převládá vnitřní odvodnění kvůli jednoduchosti. U bytových domů se často volí kombinace obou systémů. Vnější odvodnění bychom mohli rozdělit podle umístění žlabů. Zaatikové a mezistřešní odvodnění se převážně nevyužívá. Kdyby to však konstrukční řešení vyžadovalo, žlaby by musely být v šířce min. 500 mm (spíše se volí úžlabí s povlakovou hydroizolací). Dále máme podokapní žlaby, které se provádí ve sklonu min. 0,5 %. U vnějšího typu bude zapotřebí i klempířské činnosti. Odvodnění střechy bude vyžadovat i lapač splavenin v úrovni terénu.

Čtěte také: Tepelná roztažnost a dřevěné konstrukce

Hlavní odvodnění střechy bodově skrze atiku se nedoporučuje navrhovat. Je-li navrženo, musí být navržené chrliče s elektrickým vyhříváním a střecha doplněna použitím pojistného přepadu skrz atiku. Odvodnění dvouplášťových plochých střech pomocí mezistřešních nebo zaatikových žlabů přináší vysoké riziko poruch (zatečení během přívalových dešťů, tání sněhu atd.). Z hlediska dlouhodobé spolehlivosti a hydroizolační bezpečnosti se jako vhodné řešení pro odvodnění dvouplášťových plochých střech jeví vnější odvodnění do podokapních žlabů (tedy pultový nebo sedlový tvar střechy).

Klíčové komponenty odvodnění

Při odvodnění ploché střechy jsou zásadní především kvalitní systémové prvky a jejich správná instalace:

• Střešní vpusti představují srdce celého systému. Doporučují se průmyslově vyrobené díly s integrovanou manžetou ze stejného materiálu jako hydroizolace, které lze dokonale svařit. Minimální průměr je DN 70, ale doporučuje se alespoň DN 100 pro snížení rizika ucpávání. Ideální průměr svodu je 100 mm. Minimálně se setkáte se 70 mm, ale jak se říká - jistota je jistota. Větší průměr zmenší riziko ucpání. Zároveň by veškerá hrdla vpusti měla mít minimální odstup 0,5 m od atiky či zdiva z důvodu osazování hydroizolace nebo jiných materiálů. Naopak maximální vzdálenost se udává na 15 m.
• Správné umístění vtoků je kritické - musí být v nejnižším místě odvodňované plochy a minimálně 500 mm od atik a prostupů. Těleso vtoku se vždy připevňuje k nosné konstrukci. Vtoky a prostupy potrubí se nemají umísťovat do závětrných koutů střech, do bezprostřední blízkosti atik nebo jiných nadstřešních konstrukcí.
• Ochranné košíky vpustí zabraňují zanášení vpusti většími nečistotami (jako listí, atd.). Musí vyčnívat alespoň 40 mm. Důvod je prostý. V případě zamezení vpusti vody dovnitř nenastane problém zneprůchodnění. U střech s kačírkem nebo jiným přitěžujícím souvrstvím se používají speciální perforované koše. Střešní vpusť musí být vybavena ochranným košem, který chrání vpusť přes ucpáním různými nečistotami.
• Vyhřívání vpustí představuje důležité opatření proti zamrznutí. K dispozici jsou samoregulační systémy na 230 V nebo nízkonapěťové varianty s termostatickou regulací. Pokud nelze předpokládat, že zamrznutí vtoku zabrání teplý vzduch stoupající z kanalizace, je třeba navrhnout opatření proti zamrznutí vtoku.
• Bezpečnostní pojistné přepady zahrnují nouzové odvodnění pro případ ucpání hlavního systému odvodnění nebo havárie kanalizace. Nouzové odvodnění je povinné u nových střech s atikami a zajišťuje odvod přebytečné vody při ucpání hlavního systému odvodnění nebo havárie kanalizace. Pro jednu vnitřně odvodňovanou střechu se navrhují nejméně dva vtoky se samostatnými dešťovými odpady. Případně lze jeden vtok nahradit přepadem, nouzovým odvodněním nebo dalším vhodným technickým opatřením (viz ČSN 73 1901-1 - 7.2.3.2.5). U všech střech s povlakovou krytinou se musí navrhnout nouzové odvodnění podle ČSN 75 6760, ČSN EN 12056-3 a ČSN EN 752, nebo odtok přes okapní hranu. Doporučuje se navrhovat bezpečnostní přepad na všech plochých střechách. Bezpečnostní přepad se řeší např. nouzovými přepady v atice střechy, popř. vtoky.

Kaluže na střeše

Střecha se navrhuje tak, aby se na povrchu krytiny netvořily kaluže. To se zajistí dostatečným sklonem krytiny (doporučujeme min. 3%). Doporučujeme navrhovat a realizovat ploché střechy takovým způsobem, aby se na povrchu krytiny netvořily kaluže, kde by se dlouhodobě zadržovala voda. Kaluže vody způsobené nevhodně vyrovnaným podkladem, nesprávným kladem prvků krytiny nebo nevhodným řešením odvodnění střechy apod. jsou nepřípustné. Kaluže vody vzniklé za nerovnostmi tvořenými spoji vodotěsnících materiálů použitých v povlaku plochých střech se považují za přípustné. Voda, která se po deštích zadržuje za spoji vodotěsnících vrstev, se obvykle během několika hodin ve slunných letních dnech vypaří.

Dimenzování odvodnění střechy

Dimenzování odvodnění střechy, a tím přiřazení velikosti okapového žlabu, závisí na množství srážek, základní ploše střechy (půdorysné ploše) a koeficientu odtoku (sklon, vlastnost povrchu). Pro toto dimenzování platí průtočné plochy vypočtené ze světlých rozměrů. U dešťových svodů s pravoúhlým průřezem musí mít nejmenší strana minimálně velikost průměru (jmenovité velikosti) příslušného dešťového svodu s kruhovým průřezem. Základem pro dimenzování podle DIN 1986 - 2 jsou půlkulaté kotlíky. Údaj o velikosti pro všechny druhy střešních okapových žlabů a dešťových svodů, vztahující se k šířce přířezu (provedení) resp. připojená plocha dešťových srážek při max. uvedené hodnoty vyplývají z trychtýřovitých/půlkulatých kotlíků. Základy pro dimenzování jsou definovány v DIN 1986. V grafu je znázorněno zjednodušené stanovení potřebných velikostí dešťových svodů v závislosti na odvodňované půdorysné ploše střechy. Zakládá se na množství srážek 300 l/(s x ha). Další zásady pro dimenzování jsou uvedeny v bodě 4.

Výpočtové množství vody se tedy navýší o cca 10-20 %. To se týká také i případného drenážního systému pro snížení namáhání spodní stavby vodou.

Čtěte také: Inovativní zateplení historických budov

Výpočet odvodnění ploché střechy

Správný návrh odvodnění ploché střechy je základem funkčního systému. Pro jednu vnitřně odvodňovanou střechu se mají navrhovat nejméně dva vtoky se samostatným odpadním potrubím. Použije-li se jeden vtok, musí se navrhnout bezpečnostní přepad. Pro naši halu (1200 m²) potřebujeme minimálně 5 vpustí DN 100 nebo 4 vpustí DN 125.

Pro výpočet odvodnění je důležitý vzorec:

Q = i . A . C . γ

Kde:

• Q je množství vody, které má být odvedeno [l/s]
• i je intenzita deště [l/(s∙m2)]
• A je odvodňovaná plocha [m2]
• C je součinitel odtoku, bezrozměrné číslo vyjadřující především schopnost povrchu zadržovat vodu. Součinitel odtoku C je udáván bezrozměrným číslem, jehož hodnota je maximálně rovna 1 a jehož použitelná hodnota je ovlivněna sklonem střechy a schopností povrchu střechy zadržovat vodu. Pro běžné skladby střech volíme hodnotu 1 (tzn., že ze střechy odvádíme 100% srážkové vody).
• γ je koeficient bezpečnosti, hodnota 1 až 3. Dle ČSN EN 12 056-3 se vypočtená hodnota Q ještě násobí koeficientem bezpečnosti. A to především z důvodu omezení možnosti zahlcení potrubí a následného překročení dovoleného zatížení nosné konstrukce střechy hmotností zadržované vody na ploše a v odvodňovacích prvcích střechy.

Průtok vpusťmi a chrliči počítáme jednotlivě pro každý prvek zvlášť, podle jeho příslušné účinné plochy střechy. Hodnota DN se stanoví v závislosti na QRWP dle níže uvedených tabulek 2 a 3 (dle ČSN 75 6760 Vnitřní kanalizace je nutné zohlednění různých hodnot pro dešťové odpadní potrubí vedené vně budovy nebo uvnitř budovy).

Čtěte také: Jak souvisí součinitel tepelné vodivosti (λ) s kvalitou izolace Isover?

Nouzové odvodnění a jeho dimenzování

U všech střech s povlakovou krytinou se musí navrhnout nouzové odvodnění podle ČSN 75 6760, ČSN EN 12056-3 a ČSN EN 752, nebo odtok přes okapní hranu. Dimenzování nouzového odvodnění se však provádí podle ČSN 75 6760, jež platí pro vnitřní kanalizaci, a provádí ho tedy většinou projektant zdravotně technických instalací, který musí znát maximální výšku hladiny vody na střeše. U střech s velkou plochou je vhodné nouzové odvodnění rozdělit do více nouzových přepadů nebo nouzových střešních vtoků.

Výšková úroveň nouzových přepadů nebo nouzových střešních vtoků nad rovinou střechy, podlahou balkonu nebo lodžie musí být taková, aby:

• byla zajištěna výška hladiny vody na střeše, podlaze nebo ve žlabu potřebná ke správné funkci střešních vtoků nebo výtoků ze střešních žlabů (tzv. vzdutí vody na střeše),
• nebylo překročeno dovolené zatížení střechy nebo podlahy (maximální výška hladiny vody na střeše), s nímž je počítáno ve statických výpočtech,
• nemohlo dojít k vniknutí srážkových vod do vstupů na střechu, balkon nebo lodžii, střešních oken, světlíků, vyústění potrubí vzduchotechniky apod.

Při tom je třeba vzít v úvahu, že ve vzdálenosti větší než 10 m od nouzového přepadu nebo vtoku je výška hladiny vody dvojnásobkem výšky hladiny vody v místě nouzového přepadu nebo vtoku. U střech, balkonů nebo lodžií odvodňovaných jedním střešním vtokem se ve výše uvedeném výpočtu uvažuje i možnost ucpání vtoku, proto musí nouzové odvodnění odvést veškerou vodu ze střechy. Hydraulickou kapacitu nouzových střešních vtoků ovlivňují případné mřížky. Nouzová dešťová potrubí s částečným plněním vodou se dimenzují podle ČSN EN 12056-3. U svislých nouzových dešťových odpadních potrubí se uvažuje odtok srážkových vod při stupni plnění f = 0,33. Ležatá nouzová dešťová potrubí se dimenzují jako svodná potrubí na stupeň plnění nejvíce 70 %.

Jmenovité světlosti typových nouzových střešních vtoků se stanovují podle dokumentace jejich výrobce, která by měla uvádět maximální průtoky střešními vtoky při určitých vzdutích (výškách vody nad vtoky).

Součinitel odtoku pro zelené střechy

Součinitel odtoku charakterizuje u vegetačního souvrství zelených střech schopnost odvádět srážkovou vodu. Je závislý na mocnosti, složení (skladbě) a sklonu vegetačního souvrství. Tabulkové součinitele odtoku se používají k dimenzování drenážní vrstvy a odvodnění zelené střechy. Pro dimenzování drenážní vrstvy a odvodnění střechy se podle tabulkového součinitele odtoku vypočítá celkový odtok dešťové vody ze střechy q [l/s/m2] = A x C x q/b, kde A je odvodňovaná plocha [m2], C součinitel odtoku, b výpočtová odtoková šířka - volná šířka u vpusti nebo žlabu [m] a q návrhový 15minutový déšť [l/s/m2].

Pro naši halu (1200 m²) potřebujeme minimálně 5 vpustí DN 100 nebo 4 vpustí DN 125. Při výpočtech hlavního odvodnění střech se substrátem by při zohlednění retenčních schopností mohl být součinitel odtoku 0,5. Nicméně doporučuje se, aby nebyl menší než 1, protože nejen v době stavby by odvodnění bylo nedostatečné, ale investor se může kdykoliv rozhodnout a střešní substrát vyměnit za neakumulační povrchovou úpravu. Kritické je použití ochranných košů nebo šachet proti zanesení substrátem.

Zelená střecha vyžaduje speciální přístup. I když substrát může zadržet až 70 % srážek, pro výpočet se používá C = 1 kvůli bezpečnosti.

Přesnější odtokový součinitel pro konkrétní vegetační souvrství lze stanovit na základě měření ve zkušebně. Metody stanovení nejsou ve Standardech popsány. Ve směrnici FLL (2018) je popsána metoda stanovení koeficientu odtoku C při intenzitě srážek 27 mm za 15 min (27 l/m2). Měření se provádí 24 hodin po maximálním nasycení vegetačního souvrství bez vegetačního krytu. Testovací plocha o rozměrech 5 x 1 m má sklon 2 %. Takto naměřené koeficienty platí pro střechy se sklonem do 5° (8,7 %). Pro střechy s vyšším sklonem je možné stanovit koeficient odtoku při 5°, 10° a 15°. Stanovuje se součinitel špičkového odtoku (Cpeak), který udává odtok během návrhového deště o dané intenzitě a trvání. Požadovaná vlhkost měřeného substrátu (skladby) je 25 ± 5 % hm. Velikost referenční plochy je 1,4 až 2,3 m2 (optimální je čtvercová plocha o rozměrech 1,5 x 1,5 m). Měření se provádí při sklonech 1° (1,7 %) a 5° (8,7 %) u plochých střech a 10° (17,6 %) a 20° (36,4 %) u šikmých střech. U extenzivních zelených střech se hodnotí vegetační souvrství včetně rozchodníkového koberce. V rámci měření se stanoví koeficient špičkového odtoku (Cpeak) i další koeficienty, které umožňují hodnocení změny odtoku v čase. Pro systémy Ekobox je možné konstantu počítat 0,5. Přesný výpočet odtoku zelené střechy však může být složitý a závisí na mnoha faktorech.

V současnosti neexistuje v České republice normová metodika pro stanovení součinitele odtoku z vegetačních střech, proto se v praxi, pro stanovení součinitele odtoku C konkrétní skladby vegetační střechy, využívá německé metodiky FLL. Obvykle se používá laboratorní hodnocení pro 15 minutový déšť. Tato metodika může být vhodná např. pro dimenzování kanalizační sítě, protože hledá extrémní odtok ze střechy. Pro dimenzování retenčních a vsakovacích zařízení však tato zkouška není vhodná, protože po ukončení zkoušky dochází ještě několik hodin, až dnů, k pomalejšímu odtoku, poměrně velkého množství vody, která se v laboratorním testu již nesleduje. Pro vnitřní kanalizaci tyto menší odtoky jsou nezajímavé, ale pro vsakovací zařízení s relativně pomalým odtokem mohou být tyto odtoky zásadní.

Klimatické změny, se kterými se poslední dobou setkáváme, se projevují také přívalovými srážkami. Protože doba trvání odtoku srážkových vod ze střech je krátká, navrhuje se jejich odvodnění na pětiminutové srážky. Vnitřní kanalizace pro odvodnění střech se navrhuje na intenzitu deště 0,03 l/(s.m2), což je v podmínkách České republiky přibližně dvouletá pětiminutová srážka. Při srážkách s větší intenzitou nemusí tedy být vnitřní kanalizace schopna srážkovou vodu odvádět. Na takové srážky není dimenzována ani kanalizace pro veřejnou potřebu. Hromadění vody na střeše může způsobit nejen zatékání do budovy, ale také překročení dovoleného zatížení střechy a následné statické poruchy.

Výsledky provedených měření potvrzují předpoklad, že v dlouhodobějších deštivých obdobích se pozitivní přínos retence vegetační střechy snižuje. V posledních letech, až na rok 2020, který byl nadprůměrně deštivý, jsou však dlouhodobá deštivá období spíše výjimkou a přínos vegetačních střech je zcela jednoznačný. Výsledky z měření také potvrzují předpoklad výrazného pozitivního přínosu v letních obdobích s náhlými krátkodobými přívalovými dešti, kdy je schopna vyschlá skladba střechy krátkodobě naakumulovat velké množství vody, které se následně odpaří nebo s významným zpožděním odteče ze střechy. Na druhou stranu je také nutné schopnosti vegetačních střech nepřeceňovat, aby nevhodné vstupní parametry retence nezpůsobily podcenění návrhu navazujících částí staveb, jako jsou např. retenční nebo vsakovací zařízení.

Dlouhodobé měření in-situ poskytuje asi přesnější výsledky, nežli laboratorní experimenty, protože odpovídá reálnému chování vegetačních střech. Na druhou stranu má oproti laboratornímu měření nevýhodu v opakovatelnosti a v možnosti dosažení návrhových intenzit srážek, které se vyskytují pouze jednou za několik let. Proto je vhodné tyto metody vzájemně kombinovat. V experimentálním centru DERIC dlouhodobě monitorujeme a analyzujeme rozdíly mezi různými typy skladeb plochých a šikmých střech.

Faktory ovlivňující součinitel odtoku u zelených střech

V předchozí kapitole bylo popsáno, jak významně jsou retenční vlastnosti vegetačních střech závislé na mnoha faktorech. Mezi ty klíčové patří vlastní skladba střechy, klimatické poměry, geografické podmínky a sklon střechy. Kvůli velikému rozpětí hodnot součinitele C je nezbytně nutné znát předmět posouzení. Projektant musí vždy pro daný druh výpočtu zvolit takovou hodnotu součinitele C, která pro danou aplikaci zaručí spolehlivé splnění posuzovaného požadavku. Například statik posuzující zatížení nosné konstrukce střechy musí předpokládat nejhorší stav, který odpovídá maximálnímu možnému nasycení skladby vodou. Při výpočtu vnitřní kanalizace je také nutné vycházet z hodnot součinitelů odtoku odpovídající extrémním úhrnům srážek. Jak při hodnocení statiky nebo odvodnění objektu je nutné také brát v úvahu montážní stavy při realizaci stavby, kdy ke zhotovení vegetačního souvrství, nebo jeho části, může dojít až po určité době. Tyto stavy je nutné důkladně zvážit především při využívání vysokých mocností vegetačních souvrství střech. Naopak při environmentálním hodnocení přínosu vegetačních střech anebo snížení zátěže kanalizační sítě je vhodné vycházet z dlouhodobějších hodnot odtoků vody, které se významně liší od těch extrémních.

Dále lze jednoznačně konstatovat, že rostoucí tloušťka substrátu má pozitivní vliv na retenční vlastnosti střechy. Větších tlouštěk substrátu se používá především při požadavku na intenzivní střechy. Při použití travní vegetace je ale nutné počítat s velmi intenzivní údržbou. Bez pravidelné zálivky nejsou schopny správně fungovat. Z dnešního pohledu, kdy je maximální snaha vodou šetřit, je použití travních systémů v našich klimatických podmínkách diskutabilní a ekologicky smysluplné pouze v případě, kdy se na zalévání využívá šedé nebo zachycené vody.

Srovnávací tabulka součinitelů odtoku (C) pro různé typy střech a norem

Níže uvedená tabulka porovnává hodnoty součinitele odtoku z vegetační střechy podle související německé, rakouské a české normy, a podle směrnice pro zelené střechy.

Poznámka: Tabulka obsahuje orientační hodnoty. Přesné hodnoty by měly být ověřeny s aktuálními normami a specifikacemi výrobce či laboratoře.

Gravitační vs. podtlakové odvodnění střech

Gravitační systém: Osvědčené řešení

Gravitační systém využívá spád potrubí a gravitaci. Je vhodný pro menší objekty do 1000 m² a vyznačuje se:

• Jednoduchostí návrhu a údržby
• Dostupností komponentů
• Nižšími počátečními náklady

Podtlakové odvodnění střech: Moderní řešení pro velké objekty

Podtlakové odvodnění využívá výšku budovy a podtlak v potrubí. Při intenzivním dešti se potrubí naplní a speciální vtok zabrání přístupu vzduchu - vzniká podtlakový efekt. Systém je ideální pro logistické haly, obchodní centra, sportovní areály a průmyslové objekty nad 1500 m².

Výhody podtlakového systému:

• Menší dimenze trubek
• Svoboda projekce
• Samočištění
• Úspory prostoru v dispozici objektu

Nejčastější chyby a rizika

Při konktrétně odvodnění se při špatném postupu může dojít k zatékání do konstrukce. Vlhkost způsobí degradaci materiálu a vaši novou plochou střechu můžete rázem měnit.

Nejčastější chyby:

• Podcenění intenzity srážek
• Špatné umístění vtoků
• Zanedbání použití nouzového odvodnění
• Nedostatečná údržba (kontrola a revize minimálně 2× ročně)

V praxi jsme se setkali s případem nevhodně navrženého odvodnění drenážního systému do nevhodně navrženého vsakovacího zařízení. Při vydatných srážkách došlo postupně k naplnění vsakovacího zařízení, zpětnému zaplavení drenážního systému, který má paradoxně vodu odvádět, k zaplavení propustných a drenážních vrstev po obvodu objektu a pod objektem a následně ke vzdutí podlah tlakem vody, včetně rozvodů v nich umístěných.

Při výpočtu klimatického namáhání konstrukcí budov, jako jsou vítr, sníh, dešťové srážky, nelze nikdy zcela pokrýt absolutní, teoreticky možná maximální namáhání, nebo by takové stanovení bylo značně nehospodárné. Proto se v praxi pro konkrétní účely využívá stanovení namáhání s určitou pravděpodobností návratu, např. 5, 10 nebo 50 roků, ve které je již zahrnuto jisté požadované posouzení spolehlivosti návrhu. Znamená to tedy, že ani návrhové hodnoty nejsou ty maximální, které se mohou během užívání stavby vyskytnout. Projektant pak musí zhodnotit rizika překročení návrhových hodnot a zajistit taková opatření, aby minimalizoval následky nebo na ně alespoň předem upozornil. Příkladem je dimenzování retenčních a vsakovacích zařízení dle normy, podle které se počítá s periodicitou (návratností) návrhových srážek p=0,2 (0,1) rok-1. To znamená, že se v návrhu počítá s překročením návrhových srážek jednou za 5 (10) roků, a tedy několikrát během předpokládaného užívání stavby. Míra spolehlivosti sytému je definována návrhovými normami, ale je vždy vhodné tyto skutečnosti konzultovat s investorem, který jako laik, nemusí vůbec počítat s tím, že mu může každých pět let přetéci na zahradu retenční nádrž. Možná by, při této znalosti okrajových podmínek návrhu, raději investoval více peněz do větší akumulační nebo vsakovací nádrže.

tags: #soucinitel #odtoku #strechova #metoda

Oblíbené příspěvky:

• Jak na imitaci kamene na fasádách a v interiérech
• Efektivní vytápění s Protherm kotli
• Základní škola Truhlářská 19
• Vše o betonových podlahách
• Jak správně izolovat sprchu v dřevostavbě