IKZ-HAUSTECHNIK, Ausgabe 1/1996, Seite 56 ff.
SANITÄR
Bemessung vorgehängter und innenliegender Rinnen
Ermittlung von Rinnenquerschnitten auf Grundlage von prEN 12056-3
Prof. Dipl.-Ing. Bernd Rickmann*
Dipl.-Ing. Bernhard Osterholt*
Mit Veröffentlichung der Entwürfe zur europäischenNormenreihe EN 12056 "Schwerkraftentwässerungsanlagen innerhalbvon Gebäuden" im Oktober 1995 wird deutlich, daß mit demTeil 3 "Dachentwässerung, Planung und Berechnung" künftigeine detaillierte Bemessung von vorgehängten und innenliegenden Rinnenund der zugehörigen Rinnenabläufe auf hydraulischer Grundlagebeabsichtigt ist. Die folgenden Ausführungen sollen in einer erstenEinschätzung an einem Bemessungsbeispiel darstellen, welche grundsätzlichenBearbeitungsschritte in diesem Normenentwurf für erforderlich gehaltenwerden und welche Ergebnisse damit erzielt werden. Da die europäischenBemessungsregeln sehr allgemein formuliert sind, werden im folgenden anwendungsorientiertereDiagramme mit in Deutschland üblichen Rinnenabmessungen verwendet.Durch diese Spezialisierung können ansonsten erforderliche weitereBearbeitungszwischenschritte zusammengefaßt werden.
Für die Gestaltung und Bemessung von vorgehängten und innenliegendenRinnen sind in Deutschland zur Zeit die "Richtlinien für dieAusführung von Metall-Dächern, -Außenwandbekleidungen undBauklempner-Arbeiten (Fachregeln des Klempnerhandwerks), herausgegebenvom Zentralverband Sanitär Heizung Klima, St. Augustin [1], in Verbindungmit DIN 18460 bzw. DIN 18461 und für die nach innen abgeführteEntwässerungsanlage DIN 1986 [2] zu berücksichtigen, auf diein der Folge vergleichend bzw. ergänzend Bezug genommen wird.
 | Bild 1: Grund- und Aufriß einer Lagerhalle. |
Beispiel
Es soll eine Lagerhalle mit einem flachgeneigten Trapezblechdach (Dachneigung3° zu den Entwässerungspunkten) über vorgehängte bzw.innenliegende Rinnen entwässert werden. Die für die Berechnungwesentlichen Gebäudeabmessungen können Bild 1 entnommen werden.
Ermittlung des Regenwasserabflusses
Bemessungs- und Überlastungsregenspende
Der europäische Normenentwurf prEN 12056-3 enthält eine Öffnungsklausel,daß die Bemessungsregenspende und die Spitzenabflußbeiwertedurch "nationale und/oder örtliche Regelungen" festgelegtwerden können (bzw. müssen). "Sofern genaue Daten überdie Häufigkeit des Auftretens von Regenereignissen und deren genaueIntensität und Dauer vorliegen, ist es erlaubt, diese Daten, entsprechenddem vertretbaren Risiko und unter Beachtung der Art und Nutzung des Gebäudes,zu verwenden".
 | Diagramm 1: Abflußvermögen von Regenwasserfalleitungen mitkonischen Einlauftrichtern nach prEN 12056-3, Tabelle 7. |
Es ist daher davon auszugehen, daß die Regelungen der neu erschienenenDIN 1986-2 : 03-1995 zu den Berechnungsregenspenden, definiert nach Regendauerund Wiederkehrzeit, künftig weiter verwendet werden.
Danach werden Leitungsanlagen und die zugehörigen Bauteile derRegenentwässerungsanlage immer nur für ein mittleres Regenereignisausgelegt, dem sogenannten Bemessungsregen. Diese Regenspende wird planmäßigüberschritten. Daher ist es erforderlich, daß der Planer einerGebäude- und Grundstücksentwässerungsanlage auch das hydraulischeVerhalten überprüft, das sich bei einer Überlastung derEntwässerungsanlage durch ein Starkregenereignis ergibt (DIN 1986-2: 03-1995, Abschnitt 7).
Gegebenenfalls müssen ausreichend bemessene Notüberläufeangeordnet werden, die bei Auftreten eines Starkregens das Eindringen vonRegenwasser über das Dach, bzw. über die Entwässerungsanlage,in das Gebäude sicher verhindern können.
Grundlage für alle Betrachtungen zu diesem Thema müssen diezu erwartenden Regenereignisse am Gebäudestandort sein. Dieentsprechenden Daten können seit einigen Jahren aus einer Veröffentlichungdes Deutschen Wetterdienstes, auf statistisch abgesicherter Basis, berechnetwerden. Eine Auswahl von Auswertungen für Fünfminuten-Regenereignisseenthält Tabelle 1 auf Seite 61.
 | Bild 2: Prinzipskizze für die Ermittlung des Volumenstromes QRinne,der im Bemessungsfall in der Rinne transportiert werden muß. |
Bereits ein flüchtiger Blick auf die in Deutschland zu erwartendenJahrhundertregenereignisse zeigt, daß je nach geographischer Lagemit stark unterschiedlichen Regenereignissen gerechnet werden muß.Da solche Starkregenereignisse um mehr als das Doppelte auseinanderliegenkönnen, müssen diese Gegebenheiten spätestens dann Berücksichtigungfinden, wenn Dachflächen über Kehlrinnen entwässert werdensollen, die in der Regel nicht wasserdicht in die Dachhaut eingebundenwerden können oder eine Dachkonstruktion verwendet wird, deren statischeBelastbarkeit eingeschränkt ist (z.B. bei einem Trapezblechdach).
Dachfläche 1: Vorgehängte Rinne
Die Bemessungsregenspende für vorgehängte Rinnen entsprichtlandesweit fast ausnahmslos der in DIN 1986-2 definierten Mindestregenspendevon r = 300 l/(s · ha). Bei Starkregenereignissen oberhalbdieser Regenspende erfolgt der Notüberlauf über die Vorderkanteder vorgehängten Rinne.
 | Diagramm 2: Bemessungsdiagramm für "kurze" halbrundevorgehängte Rinnen, ohne Gefälle verlegt (Grundlage: prEN 12056-3,Rinnenabmessungen wie Nennmaß und Sollwassertiefe "V",nach DIN 18460). Anmerkung: Bei Verwendung von Rinnenabläufen mitLaubfang muß das Abflußvermögen der Rinne um die Hälftereduziert werden. |
Die Bemessungsregenspende sollte größer gewählt werden,wenn die Fünfminutenregenspende mit einer Wiederkehrzeit von Tn= 2 Jahren größer ist als 300 l/(s · ha) (Tabelle 1)oder ein besonderes Schutzziel unter Beachtung der Art und der Nutzungdes Gebäudes verfolgt wird, z.B. bei einer Vordachentwässerungim Eingangsbereich eines Hotelgebäudes usw.
Für den Beispielfall soll der Rinnenquerschnitt für die vorgehängteRinne mit einer Regenspende von r = 300 l/(s · ha) und einemSpitzenabflußbeiwert von y=0,8 ermittelt werden. Der Regenwasserabfluß von der Dachfläche1 ergibt sich dann zu:
= 38,4 l/s
Dachfläche 2: Innenliegende Rinne
Die Entwässerung flachgeneigter Dachkonstruktionen in nicht dichteingebundeneinnenliegende Rinnen hat in der Vergangenheit punktuell immer wieder Problemebereitet, da Notüberläufe entweder nicht vorgesehen oder nichtausreichend bemessen waren.
 | Diagramm 3, Rinnenabmessungen, wie Nennmaß und Sollwassertiefe"V", nach DIN 18460). Anmerkung: Bei Verwendung von Rinnenabläufenmit Laubfang muß das Abflußvermögen der Rinne um die Hälftereduziert werden. |
Die Fachregeln des Klempnerhandwerks stufen innenliegende Rinnen grundsätzlichals sehr risikoreich ein, da "überlaufendes Regenwasser nichtgefahrlos über die Rinnenvorderkante abgeleitet werden kann.
Sofern keine geeigneten Sicherheitseinrichtungen vorgesehensind, kann in der Regel nicht ausgeschlossen werden, daß überlaufendesStauwasser in das Gebäude gelangt. Es empfiehlt sich, den Auftraggeberauf diesen Sachverhalt hinzuweisen und gemäß VOB-Teil B, §4,Ziffer 3 vorsorglich Bedenken anzumelden".
Die Fachregeln gehen bei innenliegenden Rinnen weiterhin davon aus,daß der Sicherheitsüberlauf einer solchen Konstruktion mindestensdie gleiche Leistungsfähigkeit aufweisen muß, wie das nach innenabgeführte Entwässerungssystem. Ein solcher Sicherheitsüberlaufkann über Sicherheitsrinnen und/oder über Öffnungen in denRinnenstirnseiten realisiert werden.
Bei einer vollständigen Umsetzung dieser Klempnerregel kann einekurzzeitig auftretende Regenspitze in der Größenordnung von600 l/(s · ha) über die Rinne, das Leitungssystem und überdie Notüberläufe abgeleitet werden. Wie Tabelle 1 zeigt, könnendamit an den meisten Gebäudestandorten statistisch zu erwartende Jahrhundertregenereignisseohne Gefährdung des Gebäudes entwässert werden.
 | Diagramm 4: Diagramm zur Ermittlung des Korrekturfaktors für "lange"Rinnen nach prEN 12056-3, Tabelle 6. |
Eine Schwäche dieser pauschalen Regelung ist, daß die verbleibendeSicherheit gegenüber Starkregenereignisse an einigen Standorten mehrals 100% beträgt, während in anderen Gebieten eine solche Sicherheitnicht mehr gegeben ist.
Eine künftige Aufgabe der Normungsarbeit besteht sicherlich darin,diese an sich bewährte Klempnerregel auf die örtlichen Verhältnissehin zu präzisieren, wobei man sich eine Bemessung der Notüberlauffunktionfür das Jahrhundertregenereignis, mit einem prozentualen Sicherheitszuschlag,abzüglich der Bemessungsregenspende für das nach innen abgeführteEntwässerungssystem, vorstellen kann.
Eine Verschiebung des insgesamt erforderlichen Abflußvermögensin Richtung des nach innen abgeführten Leitungssystems bietet nur"rechnerische" Sicherheiten, da immer damit gerechnet werdenmuß, daß bei einem Gewitterereignis die in der Rinne vorhandenenAbläufe teilweise oder sogar vollständig - z.B. durch Hagelkörner- blockiert werden können oder auch die Ableitung in das öffentlicheKanalnetz begrenzt sein kann.
 | Bild 3: Prinzipskizze für die Ermittlung der VolumenströmeQRinne, die im Bemessungsfall bzw. im Überlastungsfall in der Rinnetransportiert werden müssen. |
Im Beispiel soll die Bemessungsregenspende für die nach innen abgeführteEntwässerungsanlage mit r = 300 l/(s · ha) verwendet werden.Damit ergibt sich ein Regenwasserabfluß von der Dachfläche 2zu:
= 76,8 l/s
Der Überlastungsfall soll hier mit r = 600 l/(s ·ha) angenommen werden. Damit muß ein Volumenstrom von nochmals 76,8l/s über die Notüberläufe in den Rinnenstirnseiten geführtwerden können.
Anzahl n der erforderlichen Rinnenabläufe
Abflußvermögen von Falleitungen (prEN 12056-3)
Das Abflußvermögen einer Regenwasserfalleitung wird in prEN12056-3 auf einer anderen Grundlage als in DIN 1986-2 ermittelt. Die Abweichungenzwischen diesen beiden Methoden ist gering, so daß sich in der Anwendungkaum Unterschiede ergeben dürften.
 | Bild 4: Prinzipskizze: Rinnenquerschnitt für eine innenliegenderechteckige Rinne mit Notüberlauföffnungen in der Rinnenstirnseite(Überlaufquerschnitt "fett" markiert), mit eingetragenenErgebnissen der Beispielberechnung. |
In gleicher Weise wie in DIN 18460 wird bei der Bemessung der Falleitungvorausgesetzt, daß konisch ausgeformte Einlauftrichter verwendetwerden müssen. Die grundsätzlichen Anforderungen an die Ausbildungdes Rinnenablaufstutzens sind in Diagramm 1 eingetragen. Wird von diesenVorgaben abgewichen, müssen Korrekturen für das Abflußvermögenvorgenommen werden.
Dachfläche 1:
Dachfläche 2:
Ermittlung des Rinnenquerschnitts
Dachfläche 1: vorgehängte Rinne
Bei der gewählten Anordnung der Fallrohre (Bild 1) ergibt sichder Volumenstrom in der Rinne zu
Dieser Volumenstrom muß in der Rinne bis zu den jeweiligen Fallrohrentransportiert werden (Bild 2).
Rinne mit halbrundem Querschnitt
Gewählte Rinne: Nennmaß 333
Nennabflußvermögen QN = 3,1 l/s (Diagramm2).
Das Abflußvermögen QL ergibt sich lt. prEN12056-3 unter Berücksichtigung einer 10%-igen Sicherheit zu
QL = 0,9 · QN = 0,9 ·3,0 = 2,7 l/s.
Nach diesem ersten Bearbeitungsschritt muß überprüftwerden, ob es sich im hydraulischen Sinne um eine "kurze" oder"lange" Rinne handelt. Das Grenzkriterium wird durch das VerhältnisLänge des Fließweges "L" bis zum Ablauf undder Sollwassertiefe "V" gebildet. Wird das VerhältnisL/V größer als 50 muß eine Korrektur des Abflußvermögensvorgenommen werden (Diagramm 4).
Tabelle 1: Auf Grundlage der vom Deutschen Wetterdienst [3] veröffentlichtenStarkniederschlagshöhen berechnete Bemessungsregenspenden füreine Regendauer "T" von 5 bzw. (15) Minuten und Wiederkehrzeiten"Tn" von (1), 2, 10, 20, 50 und 100 Jahren (Auswahl).
| Meßorte | (TN =1,0) (r15 (1,0)) | Tn = 2 r5 (0,5) | Tn = 10 r5(0,1) | Tn = 20 r5 (0,05) | Tn = 50 r5 (0,02) | Tn = 100 r5 (0,01) |
| Aachen | 99 | 163 | 237 | 267 | 310 | 340 |
| Bayreuth | 111 | 200 | 280 | 313 | 360 | 393 |
| Berlin-Temp. (Flugwewa) | 127 | 237 | 307 | 337 | 377 | 407 |
| Bernau, Kr. Rosenheim | 171 | 357 | 470 | 517 | 580 | 627 |
| Bonn-Friesdorf (AWSt) | 104 | 197 | 270 | 300 | 340 | 373 |
| Braunschweig-Gleismarode | 108 | 233 | 347 | 397 | 463 | 315 |
| Bremen (Flugwewa) | 101 | 160 | 213 | 240 | 270 | 293 |
| Cuxhaven (Wst) | 107 | 203 | 263 | 290 | 327 | 353 |
| Essen-Bredeny (WA) | 108 | 207 | 297 | 337 | 387 | 423 |
| Frankfurt-Stadt | 113 | 263 | 393 | 450 | 520 | 577 |
| Frankfurt/M. (Flugwewa) | 110 | 213 | 330 | 380 | 443 | 493 |
| Freiburg i. Br. (WA) | 139 | 273 | 377 | 420 | 480 | 523 |
| Friedrichshafen | 121 | 257 | 367 | 413 | 473 | 520 |
| Gießen (Liebigsh. Wst) | 104 | 210 | 280 | 313 | 353 | 383 |
| Göttingen (Wst) | 107 | 177 | 200 | 210 | 223 | 233 |
| Hamburg-Fuhls. | 106 | 193 | 273 | 310 | 357 | 390 |
| Hannover-Lang. | 97 | 220 | 333 | 383 | 447 | 497 |
| Heidelberg | 122 | 253 | 340 | 380 | 430 | 467 |
| Hersfeld, Bad (Wst) | 94 | 167 | 227 | 253 | 287 | 313 |
| Ingolstadt | 112 | 203 | 253 | 277 | 307 | 327 |
| Isny | 141 | 287 | 420 | 477 | 550 | 607 |
| Karlsruhe (Wst) | 111 | 257 | 370 | 420 | 483 | 533 |
| Kassel (Wst) | 94 | 173 | 243 | 273 | 310 | 340 |
| Kempten (Wst) | 123 | 210 | 303 | 343 | 397 | 437 |
| Kiel-Kronshagen (Wst) | 89 | 183 | 247 | 273 | 310 | 337 |
| Lübeck Blankensee (Wst) | 93 | 213 | 313 | 357 | 413 | 457 |
| Mannheim (Wewa) | 119 | 253 | 377 | 433 | 503 | 560 |
| Marienberg, Bad (Wst) | 103 | 213 | 300 | 337 | 387 | 423 |
| Mittenwald | 130 | 310 | 463 | 533 | 620 | 687 |
| München-Riem (Flugwewa) | 131 | 230 | 280 | 300 | 327 | 347 |
| Münster (Wst) | 89109 | 223 | 330 | 377 | 440 | 487 |
| Norderney (Wst) | 97 | 197 | 287 | 327 | 377 | 417 |
| Nürnberg-Kra. (Flugwewa) | 112 | 223 | 310 | 347 | 397 | 437 |
| Oberstdorf (Wst) | 123 | 230 | 320 | 360 | 413 | 453 |
| Regensburg (Wst) | 101 | 207 | 297 | 333 | 387 | 427 |
| Saarbrücken-E. (Flugwewa) | 109 | 197 | 237 | 253 | 277 | 297 |
| Salzuflen, Bad (Wst) | 107 | 207 | 277 | 307 | 347 | 377 |
| Schallstadt-Mengen | 112 | 210 | 277 | 303 | 343 | 370 |
| Scheyern | 124 | 307 | 487 | 567 | 670 | 750 |
| Siegen-Eiserfeld | 114 | 227 | 310 | 343 | 390 | 423 |
| Soltau (Wst) | 120 | 237 | 293 | 317 | 350 | 373 |
| Stuttgart (WA) | 137 | 280 | 437 | 503 | 593 | 663 |
| Villingen- Schwenningen | 128 | 277 | 397 | 447 | 513 | 567 |
| Würzburg (Wst) | 106 | 223 | 320 | 363 | 417 | 460 |
Im Beispielfall beträgt die maximale Fließweglänge inder Rinne bis zum nächstgelegenen Fallrohr L = 5,0 m und dieSollwassertiefe V im gewählten Rinnenquerschnitt 86,5 mm (Diagramm2).
Das Verhältnis L/V beträgt L/V = 5,0 / 0,0865= 58. Damit ist das Kriterium für die "kurze" Rinne in etwaerfüllt (prEN 12056-3, Abschnitt 5.1.7). Eine weitere Korrektur fürdas Abflußvermögen der Rinne ist nicht mehr erforderlich.
Die geforderten 2,35 l/s können im gewählten Rinnenquerschnitttransportiert werden.
Rinne mit rechteckigem Querschnitt
Gewählte Rinne: Nennmaß 333
Nennabflußvermögen QN = 2,9 l/s (Diagramm3).
QL = 0,9 · 2,9 = 2,6 l/s
Sollwassertiefe V = 75 mm
L/V = 5,0 / 0,075 = 67
Korrekturfaktor für "lange" Rinne = 0,98 (Diagramm 4)
2,6 · 0,98 = 2,55 l/s
Das Abflußvermögen des gewählten Rinnenquerschnittsist größer als das geforderte mit 2,35 l/s und damit ausreichend.
Dachfläche 2: Innenliegende Rinne mit Notüberläufenin den Stirnseiten
Bei der gewählten Anordnung der Fallrohre ergibt sich fürden Bemessungsfall ein Volumenstrom in der Rinne zu
Notüberläufe
Wie aus Bild 3 und Bild 4 deutlich wird, bestimmt der Volumenstrom,der im Überlastungsfall [mit r = 600 l/(s · ha)] jeweilszu den Notüberläufen in den Rinnenstirnseiten geführt werdenmuß, maßgeblich den erforderlichen Gesamtquerschnitt der Rinne!Der Anteil des Rinnenquerschnittes für die Entwässerung von Regenspendenbis zum Bemessungsfall [hier r = 300 l/(s · ha)] ist dagegenuntergeordnet und wird eher durch konstruktive Vorgaben, wie "Schaufelbreite"an der Rinnensohle und Mindestkopfstückhöhe (z.B. 10 cm) festgelegt.
Gewählt: Rinne mit einem Verhältnis V/T = 1/2 und einemRinnenquerschnitt von A = 1000 cm2.
 | Diagramm 5: Bemessungsdiagramm für "kurze" rechteckige(innenliegende) Rinnen (Grundlage: prEN 12056-3, Diagramm 7 in Verbindungmit prEN 12056-3, Bild 5). Anmerkung: Bei Verwendung von Rinnenabläufenmit Laubfang muß das Abflußvermögen der Rinne um die Hälftereduziert werden. |
Aus Diagramm 5 kann für diesen Rinnenquerschnitt ein Nennabflußvermögenvon QN = 58,0 l/s abgelesen werden. Das Abflußvermögeneiner "kurzen" Rinne ergibt sich auch hier unter Berücksichtigungeiner 10%-igen Sicherheit zu
QL = 0,9 · QN = 0,9 ·58,0 = 52,2 l/s.
Der Fließweg vom Hochpunkt der Rinne, bis zu den Überläufenin den Stirnseiten, beträgt 40 m. Zur Ermittlung des Korrekturfaktorsfür die "lange" Rinne muß zuerst die Wassertiefe Vberechnet werden. Aus
ergibt sich die Wassertiefe mit
und die Rinnenbreite zu
T = 2 · V = 2 · 22,4 
45cm
Der entsprechende Korrekturfaktor kann aus prEN 12056-3, Tabelle 6 unterVerwendung von L/V = 40,0/0,224 = 178,6 bzw. aus Diagramm 4 mit0,83 ermittelt werden. Mit diesem Korrekturfaktor ergibt sich dann daseffektive Abflußvermögen zu
52,2 · 0,83 = 43,3 l/s.
Da das ermittelte Abflußvermögen größer ist alsdas geforderte, mit 38,4 l/s, ist der gewählte Querschnittsanteilfür die Überlauffunktion ausreichend bemessen (Bild 4).
L i t e r a t u r :
[1] Richtlinien für die Ausführung von Metall-Dächern,-Außenwandbekleidungen und Bauklempner-Arbeiten (Fachregeln des Klempnerhandwerks)herausgegeben vom Zentralverband Sanitär Heizung Klima, St. Augustin
[2] DIN 1986-2: 1995 "Entwässerungsanlagen fürGebäude und Grundstücke - Ermittlung der Nennweiten von Abwasser-und Lüftungsleitungen", Beuth Verlag Berlin
[3] "Starkniederschlagshöhen für die BundesrepublikDeutschland" Teil 1 und 2, Selbstverlag Deutscher Wetterdienst, Offenbach1990
Anmerkung: Mit der Veröffentlichung entsprechender Daten fürdie neuen Bundesländer ist in Kürze zu rechnen.
* Fachhochschule Münster, Fachbereich Versorgungs-und Entsorgungstechnik Labor für Sanitäre Haustechnik
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