ACO Haustechnik

Berechnungen für Flachdachentwässerungen

Wie kann berechnet werden, wie viele Flachdachabläufe bzw. welche Rohrdurchmesser für Freispiegelentwässerung benötigt werden?

Die Berechnung für Flachdachabläufe zur Freispiegelentwässerung wird nach DIN 1986-100 vorgenommen.

In der Regel wird hierbei folgende Vorgehensweise angewendet:

  1. Berechnung der wirksamen Dachfläche (= zu entwässernde Dachfläche)
  2. Auswahl der Dachart (Foliendach, Kiesdach, etc.)
  3. Benennung der örtlichen Berechnungsregenspende
  4. Festlegung der Tiefpunkte (optional vorab durch Architekten)
  5. Eintragen der zusammengetragenen Werte in die Berechnungsformel

1. Berechnung der wirksamen Dachfläche

Gemäß DIN 1986-100, Ziffer 14.2.4.1 ist bei der Bemessung der wirksamen Dachfläche die im Grundriss projizierte Dachfläche zu verwenden.


2. Auswahl der Dachart

Flachdächer können mit verschiedenen Aufbauten hergestellt werden. Bei Herstellung eines reinen Betondaches wird nahezu die gesamte Niederschlagsmenge in die Ablaufsysteme gelangen.

Bei einem Betondach mit einer Kiesschüttung oder einer Begrünung wird sich die tatsächlich abzuleitende Niederschlagsmenge jedoch verringern, da ein gewisser Teil des Niederschlags zwischengespeichert bzw. aufgenommen wird. Somit wird sich die Niederschlagsmenge, die tatsächlich an den Ablaufkörpern ankommt, um einen variablen Wert verringern, der von der Art des obersten Dachaufbaus abhängt, der tatsächlich mit dem Niederschlag in Berührung kommt.

Dieser Verlust wird im sogenannten Abflussbeiwert beziffert. In DIN 1986-100 befindet sich daher eine Tabelle, die für verschiedene Dachflächen entsprechende Abflussbeiwerte C enthält:

Art der angeschlossenen Dachfläche Abflussbeiwert C
Foliendach 1,0
Betondach 1.0
Kiesdach 0,8
Extensive Begrünung unter 10 cm Aufbau (≤ 5°) 0,5
Extensive Begrünung über 10 cm Aufbau (≤ 10°) 0,4
Intensive Begrünung über 30 cm Aufbau (≤ 5°) 0,2

3. Benennung der örtlichen Berechnungsregenspende für den Regelbetrieb

Die Langzeitmessungen des Deutschen Wetterdienstes ergeben für die Gesamtfläche der Bundesrepublik Deutschland verschiedene Starkniederschlagsmengen, die sogenannte „Berechnungsregenspende“, welche auf ein deutschlandweites Raster mit einer Arealgröße von jeweils 8,5 km x 8,5 km übertragen wurde.

Die Berechnungsregenspende anhand der Langzeitmessungen geht davon aus, dass der größte zu erwartende Starkregen alle fünf Jahre mit einer Dauer von fünf Minuten eintritt.

Daher spricht man auch von der Berechnungsregenspende „r(5,5)“. Die Flachdachentwässerung muss in der Lage sein, diesen größten zu erwartenden Starkregen alle fünf Jahre mit einer Dauer von fünf Minuten aufzunehmen.

Die zutreffende Bemessungsregenspende für den Regenwasserabfluss bei Freispiegelentwässerung r(5,5) wird ortsabhängig aus KOSTRA_DWD 2010 entnommen. „KOSTRA“ steht dabei abgekürzt für „KOordinierte STarkniederschlags-Regionalisierung Auswertungen des Deutschen Wetterdienstes“. Im Anhang A von DIN 1986-100 befindet sich ein Auszug mit Regenspenden für wichtige deutsche Städte. Der Bezug der kompletten Auflistung kann über das Institut für technisch-wissenschaftliche Hydrologie GmbH (itwh) erfolgen.


4. Festlegung der Tiefpunkte

Abhängig von der Dachkonstruktion werden von den beteiligten Architekten in einigen Fällen die Tiefpunkte bzw. die Anzahl der Tiefpunkte für die Entwässerung vorgegeben. Die zu entwässernde Fläche ist ausschlaggebend für die Nennweite. Die Anzahl dieser Tiefpunkte ist ausschlaggebend für die Mindestanzahl der Abläufe. Die Nennweite der Abläufe ist in Abhängigkeit von der abzuleitenden Regenwassermenge der entsprechenden Dachfläche zu wählen.


5. Berechnungsformel

Der Regenwasserabfluss ergibt sich dann aus folgender Formel:


In den nebenstehenden Tabs finden Sie Berechnungsbeispiele für Freispiegel-, Not- und Unterdruckentwässerungssysteme.

5.1. Berechnungsbeispiel Flachdachentwässerung

Beispieldaten:

Für eine große Lagerhalle in Rosenheim wird die Freispiegelentwässerung des Flachdachs geplant. Die wirksame Dachfläche wird 1.300 m2 betragen, wobei das vorgesehene Betondach als begrüntes Dach mit einem Höhenaufbau unter 10 cm ausgeführt wird. Gemäß den Angaben werden die benötigten Bemessungswerte für den Regenwasserabfluss ausgewählt. Diese sind:

  • wirksame Dachfläche (A) = 1.300 m2
  • Abflussbeiwert (Cs) für extensive Begrünung unter 10 cm Aufbau aus Tabelle 9 gemäß DIN 1986-100 = 0,5
  • Regenwasserspende r(5,5) für Rosen­heim gem. KOSTRA-DWD = 452 l/(s*ha)

Berechnung des Regenwasserabflusses:

Diese Werte werden in nachfolgende For­mel zur Berechnung des Regenwasserab­flusses eingesetzt:

Berechnung der benötigten Flachdachabläufe:

Da die Fallleitungen direkt an die Flach­dachabläufe angeschlossen werden, kommen senkrechte Abläufe zum Ein­satz. Zur optimalen Ableitung des Regen­wassers über den Dachaufbau ist ein Kiesfangkorb erforderlich. Weiterhin be­nötigen die Ablaufkörper jeweils nur ei­nen Pressdichtungsflansch, da es sich um ein Kaltdach mit nur einer Dichtungs­bahn handelt.

Anhand dieser Vorüberlegung wird der ACO Flachdachablauf Spin DN 100, 90° aus Edelstahl mit Edelstahlkiesfang ausge­wählt. Gemäß der Leistungstabelle entspricht der Flachdachablauf einer Abflussleistung von 5,6 l/s. Die Zahl der benötigten Flachdachabläufe ergibt sich aus der Division des Regen­wasserabflusses durch die Abflussleis­tung des Flachdachablaufs:

Erläuterung des Ergebnisses:

Der errechnete Wert 5,246 wird aufge­rundet , da ansonsten die Ablaufleistung überschritten wird. Es werden sechs Flachdachabläu­fe für die fachgerechte Entwässerung der Fläche benötigt, jedoch muss dazu das Abflussvermögen der verwendeten Rohr­leitung beachtet werden (siehe hierzu Bild 26 aus DIN 1986-100 oder Tabelle 8 aus DIN EN 12056-3).

Abflussvermögen von Regenwasserfallleitungen bei einem Füllungsgrad von h/d1 = 0,33:

Rohrleitungsinnendurchmesser Regenwasserabfluss in l/s (ca.)
70 10,2
100 19,9
125 31

Tabellarische Darstellung des Abflussvermögens verschiedener Regenwasserfallleitungen aus DIN 1986-100

Die Fallleitungen in DN 100 dürfen laut dieser Tabelle mit einem Füllungsgrad von f = 0,33 beaufschlagt werden. Das ergibt pro Leitung einen Abflusswert von 10,7 l/s. Dieser Wert liegt über der Abflussleistung des ausgewählten Flachdachablaufs und somit ist das Entwässerungssystem als Freispiegelentwässerung funktionsfähig.

Fallleitungsverzüge:

Gemäß DIN 1986-100, Punkt 14.2.7.2 darf die Fallleitung keine geringere Nennweite aufweisen als die Anschlussnennweite des zugehörigen Flachdachablaufs oder der Sammelanschlussleitung. Die Regenwasserfallleitungen dürfen bis zu einem Füllungsgrad von f= 0,33 bemessen werden.

Fallleitungen mit Verzügen ≥ 10° bleiben bei der Ermittlung des Abflussvermögens unberücksichtigt. Bei Rohrleitungsverzügen < 10° muss die gesamte Fallleitung nach DIN EN 12056-3, Tabelle 8 mit einem Füllungsgrad von h/d1 = 0,7 bemessen werden. Berechnung bei feststehender Anzahl der Entwässerungstiefpunkte:

In vielen Fällen wird aufgrund der geplanten Dachkonstruktion auch gleich die Anzahl der möglichen Tiefpunkte festgelegt. Somit muss der Regenwasserabfluss auf die Summe dieser Tiefpunkte aufgeteilt werden. Exemplarisch wird dieser Fall am ursprünglichen Beispiel erklärt:

Zur Ableitung des berechnen Niederschlagswassers (29,38 l/s) wurden in der Dachkonstruktion vier Tiefpunkte vorgesehen. Das bedeutet, dass pro Tiefpunkt eine Regenwassermenge von 7,35 l/s abgeleitet werden muss (=29,38/4). Der zuvor ausgewählte Flachdachablauf DN 100 mit Edelstahlkiesfang (5,6 l/s) ist für diese Regenwassermenge nicht mehr ausreichend. Es muss also ein Flachdachablauf mit einem höheren Rohrdurchmesser geprüft werden. Der ACO Flachdachablauf Spin DN 125, 90° aus Edelstahl verfügt laut Leistungstabelle über einen Abflusswert von 8,4 l/s. Dieser ist also für die neu berechnete Regenwassermenge pro Tiefpunkt ausreichend, jedoch muss dazu das Abflussvermögen der verwendeten Rohr­leitung beachtet werden (siehe hierzu Bild 26 aus DIN 1986-100 oder Tabelle 8 aus DIN EN 12056-3). Die Fallleitungen in DN 125 dürfen laut dieser Tabelle mit einem Füllungsgrad von f = 0,33 beaufschlagt werden. Das ergibt pro Leitung einen Abflusswert von ca. 19,9 l/s. Dieser Wert liegt über der Abflussleistung des ausgewählten Flachdachablaufs und somit ist das Entwässerungssystem funktionsfähig.

5.2. Berechnungsbeispiel Notentwässerung für Freispiegelentwässerung

Die maximal erlaubten Aufstauhöhen für Flachdachabläufe zur Freispiegelentwässerung und deren zugehörige Notabläufe sind in DN EN 1253-2, Tabelle 3 geregelt. Für die Nennweiten DN 70 – DN 125 sind diese Aufstauhöhen wie folgt:

Nennweit Maximale Aufstauhöhe bei Regelbetrieb
DN 70 35 mm
DN 100 35 mm
DN 125 45 mm

Bei einem Flachdachablauf DN 100 beträgt die maximale Aufstauhöhe 35 mm bei Berechnungsregen. Gemäß DIN 1986-100 ist ein entsprechendes ausgelegtes System dann in der Lage, den größten zu erwartenden Starkregen alle fünf Jahre mit einer Dauer von fünf Minuten abzuführen. Wird die maximal erlaubte Anstauhöhe erreicht, so übernimmt die Notentwässerung die Ableitung des zusätzlich anfallenden Regenwassers. Anstelle von Notabläufen mit separaten Rohrleitungen dürfen keine zusätzlichen Dachabläufe mit Anschlüssen an die Regelentwässerung eingesetzt werden.

Für die Berechnung des Notentwässerungssystems ist nun zusätzlich noch der Jahrhundertregen zu beachten. Der Jahrhundertregen r(5,100, der alle 100 Jahre für fünf Minuten angenommen wird, übersteigt das Niederschlagsaufkommen der Berechnungsregenspende r(5,5) bei weitem.

Das Notentwässerungssystem muss in der Lage sein, mindestens den Unterschied aus dem Jahrhundertregen r(5,100) und dem Berechnungsregen r(5,) sicher zu entwässern. Daher gilt zur Berechnung die Formel:

Es ist darauf zu achten, dass die Berechnungsregenspende r(5,5) zuerst mit dem Abflussbeiwert C multipliziert wird, bevor dieses Ergebnis von der Berechnungsregenspende für den Jahrhundertregen r(5,100) abgezogen wird. Die Notentwässerung sollte den Jahrhundertregen allein entwässern können, wenn ein außergewöhnliches Maß an Schutz für ein Gebäude notwendig ist (siehe hierzu DIN EN 12056-3:2001-01, Tabelle 2). Bei Dächern in Massivbauweise kann unter Umständen auf eine Notentwässerung verzichtet werden. Dächer in Leichtbau müssen jedoch stets mit Notentwässerungssystemen versehen werden.

Beispieldaten:

Für die zuvor geplante Freispiegelentwässerung einer Lagerhalle Rosenheim nun zusätzlich die Notentwässerung konzipiert. Die wirksame Dachfläche beträgt wieder 1.300 m2. Gemäß den Angaben werden die benötigten Bemessungswerte für den Regenwasserabfluss ausgewählt. Diese sind:

  • Wirksame Dachfläche (A) = 1.300 m2
  • Abflussbeiwert (C) für extensive Begrünung unter 10 cm Aufbau aus Tabelle 9 gemäß DIN 1986-100 = 0,8
  • Regenwasserspende für Jahrhundertregen r(5,100) für Rosenheim gem. KOSTRA-DWD = 853 l/(s*ha)
  • Regenwasserspende r(5,5) für Rosenheim gem. KOSTRA-DWD = 452 l/(s*ha)

Diese Werte werden in nachfolgende Formel zur Berechnung des Regenwasserabflusses eingesetzt:

Beispielhaft für die Notentwässerung wird der Attika-Dachablauf Spin DN 100 aus Edelstahl (Artikel-Nr. 0174.78.24) ausgewählt. Der Abflusswert dieses Ablaufs beträgt 6,0 l/s. Die Anzahl der benötigten Flachdachabläufe ergibt sich aus der Division des Regenwasserabflusses für die Notentwässerung QNot durch die Abflussleistung des zuvor gewählten Attika-Dachablaufs:

Erläuterung des Ergebnisses:

Der errechnete Wert 10,65 wird aufgerundet. Es werden 11 Notabläufe für die fachgerechte Entwässerung der Fläche benötigt. Um die anfallende Wassermenge der Notentwässerung schadlos auf die dafür vorgesehene Fläche abzuführen, wird jeder Attika-Ablauf über eine separate Rohrleitung entwässert. Würde das Ergebnis jetzt eine geringere Anzahl der Notabläufe im Vergleich zu der Anzahl der Regelentwässerung ergeben, so müsste in diesem Fall mindestens sechs Notabläufe installiert werden, da der Grundsatz gilt, das pro Tiefpunkt mindestens ein Notablauf installiert werden muss.

5.3. Planung und Berechnung Unterdruckentwässerung

Die Planung einer Flachdachentwässerung mit Unterdruck kann nur unter bestimmten Rahmenbedingungen erfolgen, ohne diese eine Funktionalität des Systems nicht zu erreichen ist:

  • Die Mindestfallhöhe (Höhenunterschied zwischen Dachentwässerung und Grundleitung) muss 4,2 Meter betragen.
  • Die zu entwässernder Dachfläche darf pro Fallstrang nicht größer als 5.000 m2 sein.
  • Pro installiertem Dachablauf soll mit Blick auf den hydraulischen Abgleich im Unterdruckbetrieb ein Ablaufwert von mindestens 2,5 l/s erreicht werden.
  • Auf der zu entwässernden Fläche dürfen sich nicht unterschiedliche Beläge befinden (Kiesschüttdach, Foliendach).
  • Die Entwässerungssysteme müssen sich über der Rückstauebene befinden.
  • Dachflächen mit unterschiedlichen Höhen können nicht über eine gemeinsame Entwässerungsleitung abgeführt werden.

Prinzipiell gilt, dass für die Entwässerung von befahr- und begehbaren Flächen (beispielsweise Parkdecks) eine Entwässerung im Freispiegelsystem vorteilhafter ist.

Für die sichere Funktion des Gesamtsystems ist eine Berechnung der Unterdruckentwässerung erforderlich. Eine solche entsprechende hydraulische Berechnung wird von den Spezialisten von ACO Haustechnik über eine Berechnungssoftware vorgenommen.

Dieser Planungsservice von ACO Haustechnik umfasst die folgenden Tätigkeiten:

  • Berechnung der Anzahl und Lage der Dachabläufe
  • Hydraulische Berechnung des Dachentwässerungssystems
  • Ermittlung der Stranggeometrie mit Angabe zur Nennweite der erforderlichen Rohre und Formstücke, isometrische Zeichnung des Rohrnetzes
  • Hydraulischer Berechnungsnachweis
  • Materialaufstellungen

Insbesondere ist darauf zu achten, dass die Installation der Ablauf- und Rohrsysteme mit Reduzierungen und Abzweigen exakt so vorgenommen wird, wie durch die Berechnungen von ACO Für den Installationsplan vorgegeben wird. Erfolgt eine abweichende Installation des Entwässerungssystems, so kann keinerlei Gewährleistung für die Funktion der Unterdruckentwässerung gegeben werden.

Was ist nach der Berechnung der Flachdachentwässerung mit Blick auf mögliche Aufstauhöhen und die Statik der Dachkonstruktion zu berücksichtigen?

Die Berechnung des jeweiligen Entwässerungssystems und der zugehörigen Notentwässerung legt minimale bzw. maximale Aufstauhöhen für den Betrieb zu Grunde. Dieser Aufstau des Niederschlags auf dem Flachdach kann Auswirkungen auf die Dachkonstruktion haben. Die Überflutungshöhen müssen mit einem Tragwerksplaner abgestimmt werden und es ist ein Überlastungsnachweis zu führen. Sollten durch den zu erwartenden Wasseraufstau statische Beeinträchtigung des Flachdachs möglich sein, so ist die gesamte Dachentwässerung mit Blick auf die statischen Erfordernisse neu zu planen und anschließend erneut zu prüfen.

Zusammenfassung

  • Zur Berechnung der benötigten Anzahl von Flachdachabläufen/Tiefpunkte für Freispiegelentwässerung wird die wirksame Dachfläche, die Dachart und die jeweils örtliche Regenspende benötigt.
  • Wird bei der Berechnung die Anzahl der Tiefpunkte bereits vorgegeben, so sind die Dachabläufe anhand der passenden Nennweite auszuwählen.
  • Je höher der Aufbau bei einer Begrünung, desto geringer fällt der Abflussbeiwert und damit die nötige Abflussleistung der notwendigen Flachdachabläufe aus.
  • Die Abflussleistung von Fallleitungen muss stets mit einem Füllungsgrad von f = 0,3 berechnet werden. Bei Rohrleitungsverzügen kleiner als 10° ist die gesamte Fallleitung wie eine Sammel- oder Grundleitung zu behandeln. Das heißt, die Abflussleistung der Rohrleitung ist dann mit einem Füllungsgrad von h/d1 = 0,7 zu berechnen.
  • Die Berechnungsregenspende r(5,5) bezieht sich auf ein mittleres, starkes Regenereignis, das statisch alle fünf Jahr für fünf Minuten eintritt. Die Regelentwässerung muss diesen Berechnungsregen ableiten können. Der KOSTRA Atlas enthält hierzu Werte für eine Vielzahl von Städten und Gemeinden in Deutschland.
  • Der Jahrhundertregen r(5,100) bezieht sich auf ein außergewöhnlich starkes Regenereignis, das statistisch alle 100 Jahre fünf Minuten eintritt. Die Notentwässerung muss in der Lage sein, diesen Jahrhundertregen abzuleiten.
  • In bestimmten Fällen (z.B. bei bestimmten Massivdächern) kann nach statischer Abstimmung auf eine Notentwässerung verzichtet werden.
  • Leichtmetalldächer sind immer mit einer Notentwässerung auszustatten.
  • Unterdruckentwässerung kann nur geplant werden, wenn verschiedene Voraussetzungen (wie beispielsweise ein Höhenunterschied von ca. 4,2 Meter) eingehalten werden.
  • Die Berechnung der Rohrleitungsnetze und benötigten Ablaufkörper für Unterdruckentwässerung wir von Spezialisten von ACO Haustechnik vorgenommen.
  • Werden Entwässerungssysteme mit Unterdruck bauseits nicht so ausgeführt, wie in der Berechnung vorgegeben, so kann keine Funktion gewährleistet werden.

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