Вътрешно покривно отводняване

Покривите са изложени на действието на много деструктивни фактори – слънце, дъжд, сняг, вентилационни системи, натоварване, абразивно действие на прахови частици, силни ветрове. Честите цикли на намокряне и изсъхване, замръзване и топене на останалата върху покрива вода причиняват свиване, разширяване и щети, които често достигат и до носещата конструкция. Много от тези проблеми могат да бъдат решени с подходящо отводняване на покрива.Водоотвеждащите системи се делят на две основни групи – външни и вътрешни, наричани често точкови. За да се избере най-подходящият тип отводняване на дадена сграда, трябва да се отчетат няколко основни фактора – вида на покривната конструкция, площта на покрива, вида на покривния материал и, разбира се, обема на очакваните валежи.При проектирането на водоотвеждащата система трябва да се търси оптимално разположение на водоприемниците, с което се постига желаната скорост на отводняване. Не бива да се омаловажават и изискванията за безопасност и тези за натоварване на покрива, в зависимост от носещата способност на конструкцията. В класическото определение външни покривни отводнителни системи влизат тези, при които, чрез покривните наклони, водата се насочва към улеи (улуци) и водостоци, разположени по контура на сградата и оттам се отвежда в земята или в събирателна шахта. Като вътрешни системи се определят тези, при които, с помощта на покривни воронки и отвеждащи тръби, дъждовната вода се включва в сградната канализационна мрежа или към системата за отвеждане на дъждовна вода. В съвременните решения системите от втория тип могат да извеждат водата и извън сградата, като по този начин улесняват технологично изпълнението й. В настоящия материал се спираме по-подробно на възможностите на този вид системи за покривно отводняване.

Гравитачно водоотвеждане – класическото решение

Системите за гравитачно водоотвеждане разчитат на естествените свойства на водата. Под действие на силите на земното притегляне и на собственото тегло на насъбралото се количество, тя се стреми да се придвижи до най-ниската възможна точка, която на покрива трябва да бъде водоприемника. От това движение се пораждат инерционни сили, вследствие на които продължава движението й по водосточната тръба.Веднъж попаднала в тръбите, водата се стреми да се движи по периметъра, стичайки се надолу по стените и оставяйки голямо ядро от въздух в центъра на тръбата. Когато количеството вода, насъбрала се върху покрива, стане по-голямо, се увеличава скоростта на движение на водата и се създава завихряне – водовъртеж. Вследствие на него, във водосточната тръба се въвлича допълнително количество въздух. Изследванията показват, че в съвременните гравитачни системи близо 2/3 от сеченито на тръбата е запълнено с въздух, което оказва негативно влияние върху цялостната ефикасност на системата.Най-важният компонент в една гравитачна отводнителна система е водоприемника – покривната воронка. От нейния капацитет зависи интензивността на потока дъждовна вода в отточната тръба и дебелината на максималния воден пласт, който може да се задържи върху покрива. Воронките имат различен дизайн и обикновено имат квадратна или кръгла форма. Проектират се така, че да гарантират максимално бърз и надежден монтаж и да намалят, колкото е възможно, риска от поява на топлинен мост в покривната изолация, което би увеличило значително топлинните загуби на сградата. Често се предлагат и с противопожарен предпазител.Най-често всеки водоприемник има собствена отточна тръба, която отвежда водата в разделната канализация, или я включва към сградната канализационна мрежа. В този случай проектирането на такава система е доста опростено.Водосточните тръби са оразмерени за работа при атмосферно налягане и при вода, заемаща само 25 до 35% от напречното им сечение. Това води до ограничена ефикасност и предполага ставнително големи сечения на тръбите, които от своя страна често усложняват конструктивните и архитектурните проекти.В някои сгради се прилага и вариант на общо отвеждане на водите от няколко водоприемника, посредством тръбен участък с предварително зададен наклон, така че да се осигури необходимата скорост на движение на водата.Гравитачните системи за покривно отводняване се препоръчват, когато покривната повърхност, падаща се на всеки водоприемник, е сравнително малка - <150m2. Системата изисква сравнително много място и сравнително къси отточни тръби. Оразмеряването им се извършва в съответствие с изискванията на стандарта EN 12056.

Вакуумно водоотвеждане – принцип на действие и проектиране 

Системите за вакуумно покривно водоотвеждане са разработени първоначално в Скандинавия в средата на миналия век. Масовото им използване в Европа датира от 90-те години. Оттогава те стават незаменими за мащабни проекти, за които проектиране и изпълнение на надеждна гравитачна система, би било много по-трудно.За разлика от гравитачните системи, които са проектирани така, че по време на работа водата да заема една малка част от сечението им, вакууните отводнителни системи работят винаги при пълен капацитет и гарантират висока скорост. При този вид системи има възможност голяма покривна площ да се отводнява с по-малко на брой водоприемници, като те може да се свържат към общ водосток.В основата на системи за вакуумно отводняване е принципът на сифонното действие. Сифоните по правило са тръби с обърнато V-образно или U-образно сечение, които обезпечават придвижването на дадена течност (в случая дъждовната вода) от едно ниво до друго, по-ниско, използвайки атмосферното налягане. Сифонното действие разчита на това, точката, при която течността напуска тръбата, да бъде разположена по-ниско от отводняваната площ. Обемът течност между двете точки е подложен на действието на силите на гравитацията, вследствие на което налягането в горната част на тръбата намалява и в тръбата се увлича още течност, за да се превъзмогне разликата в наляганията. Обемът течност, затворен в тръбата, може да се нарече “движеща сила” за действието на системата и колкото той е по-голям, толкова се увеличава съответно и капацитетът на систамата. Това логично води до извода, че най-ефикасна система за вакуумно водоотвеждане ще имаме при големи дължини на водосточните тръби (респективно висока етажност на сградата). Голямата дължина означава голяма разлика в налягането, вследствие на което се постига и по-висока скорост на движение на водата. Затова, при високи сгради с използване на система за вакуумно покривно отводняване, се постига до осем пъти по-голяма ефикасност, в сравнение с конвенционалните системи.Ключов компонент на системите от този тип е воронката. Докато при гравитачните системи воронката има сравнително просто устройство и водата директно се излива в нея, воронката за вакуумно отводняване е снабдена с клапа против завихряне, която позволява в тръбата да влиза само вода, защото евентуалното наличие на въздух би попречила на сифонното действие. Клапата предотвратява образуването на сърцевина от въздух в тръбата. Сифонното действие започва, едва когато насъбралата се върху покрива вода е достатъчна, за да покрие изцяло горната повърхност на плочата-клапа против завихряне, защото, ако въздухът в тръбата достигне 40%, вакуумното действие престава. Освен че пречи на навлизането на въздух, клапата предотвратява образуване на водовъртежи и гарантира по-добра работа на цялата система.Въпреки че воронката е най-важният елемент, при сифонните системи се предявяват известни изисквания и към вида на водосточните тръби. Заради голямото налягане с отрицателен знак, което може да се появи в системите, е важно да се използват тръби от еластичен материал, който има голяма устойчивост на имплозия. Едно подходящо решение са тръбите и фитингите от качествен HDPE, отговарящи на изискванията на EN 1519. Друго ценно качество на тръбите от HDPE е, че могат да бъдат съединени чрез заваряване с горещ въздух, без нужда от допълнителен съединяващ пръстен.Удобство при вакуумните системи е, че хоризонталните отвеждащи тръби, не трябва да имат наклон, което намалява необходимото пространство за поместване на системата. Всмукателната сила води до намаляване на диаметрите на тръбите и броя на вертикалните водоотвеждащи клонове, което неизменно означава и по-малки разходи по изграждането.Едно от големите предимства на вакуумните системи е, че водостоците могат да бъдат отведени до края на сградата, премахвайки нуждата от много отвори в етажните и фундаментната плочи.Основното правило при проектиране на вакуумни системи е балансът при оразмеряване. Предпоставката за оптимална работа на системата е абсолютното запълване на сечението на тръбата по цялата й дължина с дъждовна вода. За да се постигне това цялостно запълване, параметрите на всички водоприемници и отвеждащи тръби трябва да бъдат изчислени на базата на дъждовното водно количество, зададено в зависимост от региона. Важно е да се постигне баланс между загубите на налягане, породени от триенето и коефициентите на съпротивление на фитингите, от една страна, и смукателната сила, създадена от височината на сградата - от друга. Така вакуумната система гарантира максимална ефективност при висока скорост, без въвличане на въздух и без проблеми за покривната конструкция. Такива могат да възникнат, когато отделните водоприемници имат много различни капацитети на отводняване. Това може да предизвика спиране на движението на дъждовната вода в системата, което от своя страна води до пораждане на неприятен шум и вибрации. Вследствие на спирането на движението, върху покрива се задържа голямо количество вода, с което нараства и статическия товар върху покривната конструкция и тя може да се деформира силно.Всички тези проблеми могат да се избегнат само чрез прецизно изчисляване на параметрите и водостоците, и диаметрите на тръбите. Последните трябва да са приблизително еднакви, за да се постигне оптимална работа и дълготрайност на цялата система.

Предимства и приложение

Накратко, основните предимства на вакуумните системи за отводняване на покриви на високи сгради, в сравнение с гравитачните, са: по-голям капацитет на водоотвеждане; използване на тръби с по-малък диаметър за отвеждане на водата; намален брой на водоприемниците; по-добро използване на пространството в сградата; липса на отводняващи тръби под пода, хоризонтални събирателни тръби; избягване на усложнения при изкопните работи; по-малък брой тръби и фитинги; самопочистване на системата; по-малко възможности за течове.Един пример, как тези предимства се проявяват на практика, е Millennium Stadium, един от най-големите в Обединеното Кралство, с капацитет 75 000 зрители. Основно предизвикателство при проектирането на отводняването е голямата площ на покрива, част от който е подвижен, а освен това, проектантите е трябвало да се съобразят с изискването за намаляване на вливащите се води в река Таф. С помощта на специалисти във вакуумно отводняване се стига до решението – покривът с площ 28,900m2 е разделен на части, които се отводняват отделно. Проектната интензивност на дъждовете е 184mm/h за северното крило и 75mm/h - за останалата част от стадиона. Системата има максимален капацитет 820 литра за секунда.Независимо от вида на избраната система за покривно отводняване, внимателното, детайлно изпълнение е от особена важност. Надеждната хидроизолация в зоната на връзка между воронката и хидроизолационните слоеве на покрива, изпълнена професионално, грантира дълговечност. За постигане на максимална сигурност е препоръчително използването на негорими воронки, които да спират разпространението на евентуален пожар. Като елемент, подложен на продължителното действие на природни стихии, се препоръчва също използването на UV-устойчиви воронки, с отлична адхезия към покривните слоеве. Освен това, воронките трябва да са проектирани така, че да могат лесно да се приспособяват към формата на покривната хирдоизолационна мембрана, която често има много чупки.