Splašková odpadní potrubí ve vysokých budovách

V evropské normě ČSN EN 12056–2 jsou uvedeny hydraulické kapacity (maximální dovolené průtoky) splaškových odpadních potrubí (včetně hlavního větracího potrubí) jen pro budovy do 20 podlaží. Technická literatura k navrhování vnitřní kanalizace ve vysokých budovách u nás téměř není k dispozici. I když se u nás budov s výškou nad 60 m příliš mnoho nestaví, mohou se projektanti zdravotně technických instalací přesto s návrhem splaškového odpadního potrubí v těchto objektech setkat. Autor v článku uvádí, jak stanovit hydraulickou kapacitu splaškového odpadního potrubí, včetně hlavního větracího potrubí s výškou nad 60 m do 100 m, i jak posoudit návrh odpadního a hlavního větracího potrubí, s výškou nad 100 m. Zajímavé také je, jak velký vliv má navržení odpadního splaškového potrubí s hlavním a doplňkovým větracím potrubím nebo použití systému se sekundárním větráním na zvýšení hydraulické kapacity.

Recenzent: Miroslav Hartl

1. Úvod

Vysoké budovy s více než třinácti nadzemními podlažími se v České republice nestaví často. Proto u nás není dostatek zkušeností s navrhováním vnitřní kanalizace v těchto budovách. Ležatá svodná potrubí se ve vysokých budovách navrhují obvyklým způsobem podle ČSN EN 12056 a ČSN 75 6760. Přitom běžně navrhovaná nevětraná připojovací potrubí od zařizovacích předmětů mohou být v budovách o velké výšce nevhodná, protože z důvodu zvýšení hydraulické kapacity splaškových odpadních potrubí může být nutné navrhovat připojovací potrubí větraná. Zvláštní pozornost je třeba ve vysokých budovách věnovat splaškovým odpadním potrubím, o kterých pojednává tento článek.

2. Proudění ve splaškovém odpadním potrubí

V místě vtoku z připojovacího potrubí dojde k překrytí velké části průřezu odpadního potrubí vodou, která následně padá odpadním potrubím dolů, a v krátké vzdálenosti pod místem vtoku vytvoří voda plášť na jeho vnitřní stěně (obr. 1). Proudění vody v odpadním potrubí si lze zjednodušeně představit jako dutý válec vody se vzduchovým jádrem uprostřed. Překrytí vzduchového jádra vodou v místě vtoku je hlavní příčinou podtlaku v odpadním potrubí. Tento podtlak se směrem dolů postupně mění na atmosférický tlak a následně na přetlak způsobený tzv. hydraulickým skokem v místě zalomení odpadního do svodného potrubí, kde se výrazně zmenšuje rychlost proudící vody.

S prouděním vody souvisí i proudění vzduchu v odpadním potrubí. Proudí-li odpadním potrubím větší množství vody, dochází k přisávání vzduchu větracím potrubím z venkovního prostoru. Další příčinou podtlaku v odpadním potrubí jsou tedy tlakové ztráty způsobené prouděním přisávaného vzduchu větracím a odpadním potrubím. Pokud je průtok vody malý nebo žádný, proudí vzduch odpadním a větracím potrubím nahoru do venkovního prostoru (komínový tah). Z těchto důvodů musí být odpadní potrubí opatřeno hlavním větracím potrubím vyvedeným nad střechu.

Podtlak a přetlak v odpadním potrubí nesmí překročit určité meze, aby vlivem podtlaku nedocházelo k odsávání vody ze zápachových uzávěrek, nebo naopak k vyfouknutí vody ze zápachových uzávěrek vlivem přetlaku. Podtlak v odpadním potrubí je omezen přisáváním vzduchu větracím potrubím.

Rychlost vody proudící odpadním potrubím se zvyšuje jen do určité vzdálenosti od místa napojení připojovacího potrubí, kterým voda do odpadního potrubí vtéká. V této vzdálenosti je dosaženo konečné rychlosti, jež se s výškou odpadního potrubí již téměř nemění. Jev je způsoben třením vody, zejména o stěnu odpadního potrubí.

2.1 Výpočtové vztahy popisující proudění v odpadním potrubí

Proudění vody v odpadním potrubí je možno popsat podle teorie Wylyho a Eatona [2a], [2b], [2c] následujícími vztahy. Konečná rychlost vody v_t [m·s^–1] proudící v odpadním potrubí se určí podle vztahu

kde je

a – součinitel, pro litinové trouby a = 10, pro plastové trouby a = 12,5,
Q_tot – celkový průtok odpadních vod odpadním potrubím [m³·s^–1],
d_op – vnitřní průměr odpadního potrubí [m].

Hydraulickou kapacitu (maximální dovolený průtok) odpadního potrubí Q_max [m³·s^–1] je možné určit podle zvoleného stupně plnění f ze vztahu

kde je
f – stupeň plnění odpadního potrubí [–],

d_op – vnitřní průměr odpadního potrubí [m].

Stupeň plnění f [–] je možné vyjádřit jako

kde je
S_W – vodou plněná část odpad-ního potrubí [m²],

S_op – plocha vnitřního průřezu odpadního potrubí [m²],

Q_tot – celkový průtok odpadních vod odpadním potrubím [m³·s^–1],

d_op – vnitřní průměr odpadního potrubí [m].

Aby při proudění vody v odpadním potrubí nedocházelo k velkým podtlakům, bývá zvykem počítat v odpadních potrubích s hlavním větracím potrubím se stupni plnění f = 0,16 až 0,24 a v odpadních potrubích s doplňkovým větracím potrubím se stupni plnění f = 0,19 až 0,29. U sekundárního větrání, kdy jsou větrána i jednotlivá připojovací potrubí, 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

Jak bylo uvedeno ve 2. kapitole, podtlak v odpadním potrubí je omezen přisáváním vzduchu větracím potrubím. Pouhé hlavní větrací potrubí (prodloužení odpadního potrubí nad střechu, obr. 2) však nemusí být u vysokých budov dostatečné. Proto se v těchto případech často navrhuje doplňkové větrací potrubí vedené souběžně s odpadním potrubím a propojené s ním alespoň v každém druhém podlaží (obr. 3). Spodní část doplňkového větracího potrubí se spojí s odpadním potrubím a jeho horní část se spojí s hlavním větracím potrubím, nebo se vyvede samostatně nad střechu. Na doplňkové větrací potrubí mohou být napojena větrací potrubí od potrubí připojovacích, což se nazývá sekundárním větráním (obr. 4).

4. Dimenzování splaškových odpadních potrubí ve vysokých budovách

Jmenovitá světlost splaškového odpadního potrubí se navrhuje na celkový průtok odpadních vod v místě zalomení odpadního potrubí do potrubí svodného stanovený podle ČSN EN 12056–2 a ČSN 75 6760. Tato jmenovitá světlost je pak u svislých odpadních potrubí po celé výšce stejná včetně hlavního větracího potrubí vyvedeného nad střechu. Návrh jmenovité světlosti spočívá v porovnání celkového průtoku odpadních vod s hydraulickou kapacitou splaškového odpadního potrubí. Celkový průtok odpadních vod musí být menší nebo roven hydraulické kapacitě. Jmenovitá světlost splaškového odpadního potrubí se nenavrhuje menší než DN 70, a pokud jsou napojeny záchodové mísy nebo výlevky, musí být jmenovitá světlost odpadního potrubí nejméně DN 100. Rovněž splašková odpadní potrubí odvádějící odpadní vody z kuchyní mají mít jmenovitou světlost nejméně DN 100. Jmenovitá světlost doplňkového větracího potrubí se ve vysokých budovách obvykle navrhuje o jeden stupeň menší, než je jmenovitá světlost splaškového odpadního potrubí.

4.1 Stanovení průtoku odpadních vod

Celkový průtok odpadních vod ve splaškovém odpadním potrubí Q_tot [l·s^–1] se stanoví podle vztahu:

kde je
Q_ww – průtok splaškových odpadních vod [l·s^–1];
Q_c – trvalý průtok trvající déle než 5 min, např. odvod kondenzátu z klimatizačních zařízení nebo odvádění odpadních vod od trvale tekoucích pitných studánek, stanovený individuálně, popř. trvalý průtok od zařizovacích předmětů s hromadným a nárazovým používáním stanovený podle ČSN 75 6760.

Průtok splaškových odpadních vod Q_ww [l·s^–1] se stanoví podle empirického vztahu:

kde je

K – součinitel odtoku (l^0,5/s^0,5) podle tab. 1;
Σ DU – součet výpočtových odtoků [l·s^–1], které najdeme v tab. 2.

Pokud je vypočtený průtok splaško-
vých vod Q_ww menší než největší výpočtový odtok DU obsažený v součtu výpočtových odtoků, dimenzuje se odpadní potrubí na největší výpočtový odtok.

4.2 Stanovení hydraulické kapacity splaškového odpadního potrubí

Hydraulická kapacita (maximální dovolený průtok) splaškových odpadních potrubí do výšky 60 m (včetně hlavního větracího potrubí) je uvedena v tabulkách v ČSN EN 12056–2, protože tato evropská norma byla zpracována pro budovy do 20 podlaží [3].
Při výšce splaškového odpadního potrubí včetně hlavního větracího potrubí nad 60 m do 100 m lze hyd-raulickou kapacitu splaškového odpadního potrubí s hlavním větracím potrubím Q_max [m³·s^–1]stanovit podle empirického vztahu odvozeného z prací Dobromyslova:

kde je

Δp_max – největší podtlak v odpadním potrubí [Pa], podle ČSN 75 6760 se uvažuje Δp_max = 464 Pa;

d_op – vnitřní průměr odpadního potrubí [m];
d_pp – vnitřní průměr připojovacího potrubí [m];
α – úhel připojení připojovacího potrubí na odpadní potrubí [°].

Hydraulické kapacity stanovené podle vztahu (6) jsou uvedeny v tab. 3. Pro porovnání jsou v tab. 4 uvedeny hydraulické kapacity stanovené podle Schellenberga [4].

Navrhneme-li doplňkové větrací potrubí (obr. 3), je možné hydraulickou kapacitu zvětšit o 30 %. Při sekundárním větrání (obr. 4) je možné zvětšit vypočtenou hydraulickou kapacitu až o 70 %. Největší hydraulickou kapacitu má splaškové odpadní potrubí, na něž jsou napojena větraná připojovací potrubí pomocí odboček s úhlem 45° (sekundární větrání).

Při součtu výšek odpadního a hlavního větracího potrubí nad 100 m se provede nejprve předběžný odhad jmenovité světlosti splaškového odpadního potrubí podle tab. 3 a navržené odpadní potrubí se potom posoudí na podtlak Δp/_max, který nesmí překročit 464 Pa.

Největší podtlak Δp/_max [Pa], v odpadním potrubí vyšším než 100 m se určí podle vztahu:

kde je

∆p_max – největší podtlak ve splaškovém odpadním potrubí [Pa] určený podle vztahu (8);
∆p_op – tlakové ztráty při proudění přisávaného vzduchu hlavním větracím a splaškovým odpadním potrubím [Pa] stanovené podle vztahu (9).

Největší podtlak v odpadním potrubí ∆p_max [Pa] se určí podle Dobromyslovova [5] empirického vztahu:

kde je
Q_tot – celkový průtok odpadních vod odpadním potrubím [m³·s^–1];
d_op – vnitřní průměr odpadního potrubí [m];
d_pp – vnitřní průměr připojovacího potrubí [m];
α – úhel připojení připojovacího potrubí na odpadní potrubí [°].

Tlakové ztráty třením a místními odpory při proudění přisávaného vzduchu hlavním větracím a splaškovým odpadním potrubím ∆p_op [Pa] se mohou určit z empirického vztahu [6]:

kde je
Q_a – průtok vzduchu přisávaného do odpadního potrubí [m³·s_–1], viz vztah (10);
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.

Tlakové ztráty vlivem místních odporů jsou ve vztahu (9) zahrnuty 50% přirážkou k tlakovým ztrátám vlivem tření.

Průtok vzduchu přisávaného do odpadního potrubí Qa [m³·s^–1] se určí podle vztahu:

kde je
d_op – vnitřní průměr odpadního potrubí [m];
v_a – rychlost proudění přisávaného vzduchu v hlavním větracím a odpadním potrubí [m·s^–1] podle vztahu (11).

Rychlost proudění přisávaného vzduchu v hlavním větracím a odpadním potrubí v_a [m·s^–1] se stanoví podle Dobromyslovova [5] empirického vztahu:

kde je
Q_tot – celkový průtok odpadních vod odpadním potrubím [m³·s^–1];
S_op – plocha vnitřního průřezu odpadního potrubí [m²];
d_op – vnitřní průměr odpadního potrubí [m];
d_pp – vnitřní průměr připojovacího potrubí [m].

5. Důvody pro návrh doplňkového nebo sekundárního větracího potrubí

Doplňkové (obr. 3) nebo sekundární větrací potrubí (obr. 4) 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 nelze navrhnout větší jmenovitou světlost odpadního potrubí kvůli omezenému sortimentu tvarovek.
b) Jsou-li k odpadnímu potrubí napojena připojovací potrubí zatížená velkým průtokem nebo mající větší délku, počet kolen či spádovou výšku než jsou maximální hodnoty povolené v ČSN 75 6760 pro nevětraná připojovací potrubí a je tedy nutné větrat také připojovací potrubí.

6. Zalomení splaškového odpadního potrubí

Zalomení splaškového odpadního potrubí pod úhlem větším než 45° se ve vysokých budovách provádí výhradně s obtokovým potrubím (obr. 5) dimenzovaným jako svodné potrubí na stupeň plnění nejvíce 50 % (viz ČSN 75 6760).

Obtokové potrubí umožňuje přisávání vzduchu do části odpadního potrubí pod zalomením a napojují se do něj zařizovací předměty nacházející se v místě zalomení, aby se podtlaky a přetlaky v odpadním potrubí v místě zalomení neprojevovaly na jejich zápachových uzávěrkách. Pokud je navrženo doplňkové větrací potrubí, napojuje se horní konec obtokového potrubí na doplňkové větrací potrubí.

7. Použití speciálních tvarovek na odpadním potrubí

Pro zvětšení hydraulické kapacity splaškových odpadních potrubí lze použít speciální odbočky. Nejznámější z nich je odbočka Sovent (obr. 6). Při napojení připojovacích potrubí na odpadní potrubí odbočkami Sovent může být odpadní potrubí zatíženo větším průtokem, protože úhel připojení připojovacího potrubí činí u těchto odboček 0°(svislý přítok vody do odpadního potrubí) a nové vylepšení jejich tvaru mění charakter průtoku v odpadním potrubí. Pro větší průtok je tedy při použití odboček Sovent možné bez doplňkového či sekundárního větrání použít odpadní potrubí o menší světlosti, než by bylo nutné při použití běžných odboček. Při návrhu speciálních odboček je třeba se řídit pokyny jejich výrobce, který uvádí hydraulické kapacity odpadních potrubí s těmito odbočkami a další zásady pro jejich instalaci, případné zalomení odpadního potrubí apod.

8. Použití omezovače přetlaků vzduchu

Omezovače přetlaků vzduchu (obr. 7) mohou ve vysokých budovách nahradit doplňkové větrací potrubí. Splaškové odpadní potrubí opatřené omezovači přetlaků je znázorněno na obr. 8. Pružný válec nacházející se uvnitř omezovače omezuje přetlak při proudění v odpadním potrubí. Pokud se na omezovač připojí přivzdušňovací ventil, což je možné po demontáži zátky na jeho vrcholu, je vyřešeno i omezení podtlaků v odpadním potrubí přisátím vzduchu tímto přivzdušňovacím ventilem. Při instalaci omezovačů je třeba se řídit pokyny výrobce, které uvádí, do jakých podlaží se na odpadním potrubí u různě vysokých budov omezovače osazují

9. Závěr

Jak je patrné z předchozího textu, je návrh splaškových odpadních potrubí ve vysokých budovách složitější než u běžné nízkopodlažní zástavby. Při dimenzování splaškových odpadních potrubí o výšce nad 100 m už nevystačíme s pouhými tabulkovými hodnotami hydraulických kapacit a mnohdy musí být navrženo alespoň doplňkové větrací potrubí. Moderní zařízení, kterými jsou odbočky Sovent nebo omezovače přetlaků, mohou řešení splaškových odpadních potrubí ve vysokých budovách zjednodušit.

Literatura

[1] DOBROMYSLOV, A. JA.: Ventiljacionnyje klapany dlja kanalizacionnych stojakov. Truboprovody i ekologija, 2002, č. 4.
[2a] WYLY, R. S. – EATON, H. N.: Capacities of Stacks in Sanitary Drainage Systems for Buildings. National Bureau of Standards Monograph 31. Washington 1961, 54 s.
[2b] DE CUYPER, K.: Proposal for a „scientific calculation“ of the capacity of only primary vented stacks. CEN/TC 165 WG 21 TG 2. 1992 (rukopis).
[2c] Kolektiv autorů: Konstrukce pozemních staveb. SNTL – Nakladatelství technické literatury, Praha 1968, 504 s.
[3] WHITE, S.: Active air pressure suppression of drainage systems – from research to the marketplace. S. 393–404. Dostupné z www.irbnet.de/daten/iconda/CIB6882.pdf>.
[4] SCHELLENBERG, H.: Projektieren und Berechnen sanitärer Installationen. II. Auflage. Zürich. Schweizerischer Spenglermeister und Installateur-Verband.
[5] VALÁŠEK, J.: Vnútorná kanalizácia. Komentár k ČSN 73 6760 Dimenzovanie potrubia vnútornej kanalizácie. Vydavatelství Úřadu pro normalizaci a měření. Praha 1986, s. 118.
[6] LIŠKA, A. – NOVÁK, P.: Technika stlačeného vzduchu. Vydavatelství ČVUT, Praha 1999, s. 361. ISBN 80-01-01947-0.
[7] ČSN EN 12056. Vnitřní kanalizace – Gravitační systémy. Část 1 – 5. 2001–5. ČNI. Praha.
[8] ČSN 75 6760. Vnitřní kanalizace. 2014–1 (změna Z1: 2015–10). ÚNMZ. Praha.

---

Sanitary waste pipework in high-rise buildings

In the European standard EN 12056–2, the hydraulic capacities (maximum permissible flow rates) of sewage waste pipes (including the main ventilation pipe) are listed only for buildings up to 20 floors.
Technical literature focusing on design of drainage systems inside high-rise buildings is almost unavailable in our country. Even though buildings higher than 60 m are not built very often in Czech Republic – nevertheless, designers of sanitary installations may encounter the issue of sanitary waste pipeline design for these objects in their practice.
In the article, the author describes how to determine the hydraulic capacity of the sanitary waste pipeline, including the main ventilation pipe higher than 60 m to 100 m, as well as how to assess design of waste and main ventilation pipeline higher than 100 m.It is also interesting to see how much sanitary waste pipework design with main and secondary ventilation pipes or using a system with secondary ventilation affects the increase in hydraulic capacity.

Keywords: high-rise buildings, sanitary waste pipework, downpipe, hydraulic capacity, maximum allowable flow, connecting pipes, ventilation pipes, supplementary ventilation pipes, secondary ventilation, sewage flow, flow velocity, pressure limiter, vacuum, overpressure, odour trap, pressure loss.