Bei innen liegenden und eingebauten Dachrinnen müssen grundsätzlich Notentwässerungen mit freiem Auslauf auf schadlos überflutbare Grundstücksflächen vorgesehen werden. Da innen liegende Dachrinnen nicht wasserdicht in die Dachhaut eingebunden sind und wenig Rückhaltevolumen vorhanden ist, besteht bei Starkregenereignissen erhöhte Gefahr für das Eindringen von Regenwasser in das Gebäude. Die Dach- und Notentwässerung müssen hierbei kontrolliert innerhalb der Rinne erfolgen. Bei innen liegenden und eingebauten Dachrinnen können Notüberläufe in den Rinnenstirn- oder Längsseiten bzw. Notabläufe mit Rohrsystemen eingesetzt werden.
Bild: Lorowerk
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Bild: Ishorst
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Regelwerke
Die Planung und Bemessung von innen liegenden und eingebauten Dachrinnen einschließlich Notentwässerung muss grundsätzlich nach DIN 1986-100 „Entwässerungsanlagen für Gebäude und Grundstücke“ sowie DIN EN 12056-3 „Schwerkraftentwässerungsanlagen innerhalb von Gebäuden – Dachentwässerung, Planung und Bemessung“ erfolgen.
Gemäß Abschnitt 5.9 der DIN 1986-100 können zur Notentwässerung entweder Notüberläufe (zum Beispiel durch Öffnungen in der Attika) oder Notabläufe (zum Beispiel Notabläufe mit Rohrsystemen) eingesetzt werden.
Die Notentwässerung darf nicht an die Entwässerungsanlage angeschlossen werden, sondern muss mit freiem Auslauf auf schadlos überflutbare Grundstücksflächen abgeleitet werden.
Rohrsysteme zur Notentwässerung sind als Freispiegelsysteme oder als planmäßig vollgefüllt betriebene Systeme mit Druckströmung auszuführen. Nach Abschnitt 5.7.3.1 der DIN 1986-100 sowie Abschnitt 4.8.1 der Flachdachrichtlinie müssen fabrikmäßig vorgefertigte Dach- bzw. Notabläufe der DIN EN 1253-2 entsprechen.
Konstruktion und Ausführung
Innen liegende und eingebaute Dachrinnen werden – im Gegensatz zu vorgehängten Dachrinnen – sehr häufig handwerklich hergestellt. Die Ausführung erfolgt zum Beispiel als Trogrinne, Rinne zwischen giebelständigen Häusern oder Shed-Rinne. Bei dicht eingebundenen Kehlen von Gefälledächern handelt es sich nicht um innen liegende Rinnen im klassischen Sinne. Folgende Ausführungsmöglichkeiten bestehen bei der Notentwässerung von innen liegenden sowie eingebauten Dachrinnen:
hinter der Attika eingebauten Rinnen
Einteilung in funktionale Schichten
Im Gegensatz zu vorgehängten Dachrinnen – bei denen die Notentwässerung in der Regel planmäßig über die Rinnenvorderkante erfolgt – muss bei innen liegenden Rinnen die Dach- und Notentwässerung kontrolliert innerhalb der Rinnen vorgenommen werden. Hierzu werden innen liegende und eingebaute Dachrinnen in folgende drei funktionale Schichten eingeteilt:
Bemessung
Dachentwässerungssysteme müssen für eine Berechnungsregenspende r(5,5), das ist der größte 5-minütige Blockregen, der alle 5 Jahre am Gebäudestandort auftritt, bemessen werden.
Nach Abschnitt 14.2.6 der DIN 1986-100 müssen das Dachentwässerungs- und Notentwässerungssystem gemeinsam mindestens den am Gebäudestandort über 5 Minuten zu erwartenden Jahrhundertregen r(5,100) entwässern können. Alle Regenereignisse bis zum Jahrhundertregen dürfen die statischen Reserven der Tragwerkskonstruktion nicht überschreiten. Das Mindestabflussvermögen der Notentwässerung wird nach folgender Gleichung berechnet:
QNOT = (r(5,100) – r(5,5) · CS) · A / 10 000
Dabei ist:
QNOT das Mindestabflussvermögen der Notentwässerung in Liter pro Sekunde (l/s);
r(5,100) der über 5 Minuten zu erwartende Jahrhundertregen am Ge- bäudestandort nach Tabelle A.1 der DIN 1986-100 oder nach Kostra-DWD 2010R in Liter pro Sekunde und Hektar [I/(s · ha)];
r(5,5) die über 5 Minuten am Gebäudestandort zu erwartende fünf- jährige Berechnungsregenspende nach Tabelle A.1 der DIN 1986-100 oder nach Kostra-DWD 2010R in Liter pro Sekunde und Hektar [I/(s · ha)];
CS der Spitzenabflussbeiwert nach Tabelle 9 der DIN 1986-100;
A Dachfläche in Quadratmeter (m2).
Berechnungsbeispiel 1
Gegeben sind:
Gebäudestandort ist Köln
Jahrhundertregenspende r(5,100) = 693 I/(s · ha)
Berechnungsregenspende r(5,5) = 341 I/(s · ha)
Spitzenabflussbeiwert CS = 1,0
Dachfläche A = 1250 m2
Gesucht: QNOT in Liter pro Sekunde (l/s)
Lösung: QNOT = (693 – 341 · 1,0) · 1250 / 10 000
Ergebnis: Das errechnete Mindestabflussvermögen
der Notentwässerung beträgt 44,0 l/s
Ist ein außergewöhnliches Maß an Schutz für ein Gebäude (zum Beispiel Flughafengebäude, Forschungszentrum oder Klinikum) erforderlich, sollte gemäß DIN 1986-100, Abschnitt 14.2.6, die Notentwässerungsanlage allein den Jahrhundertregen r(5,100) sicher ableiten können. Hierbei ist die Ableitung des Jahrhundert-Regenereignisses selbst bei Ausfall der Dachentwässerungsanlage, zum Beispiel durch Rückstau im Regenentwässerungssystem oder verschmutzte Dach- bzw. Rinnenabläufe, sichergestellt. Das Abflussvermögen von innen liegenden und eingebauten Dachrinnen kann gemäß DIN EN 12056-3 durch Prüfung in einem Rinnenprüfstand oder auf rechnerischer Grundlage ermittelt werden. Sollten keine Messergebnisse vorliegen, kann das Abflussvermögen Q von innen liegenden Rinnen (rechteckig, quadratisch und trapezförmig) – bei kontinuierlichem Wasserzufluss über die Längsseite(n) der Rinne – nach folgender Gleichung berechnet werden:
Q = 0,9 · 3,89 · 10-5 · AW 1,25 · Fd · FS · FL (2)
Dabei ist:
Q das Abflussvermögen der Rinne bzw. Schicht
in Liter pro Sekunde (l/s);
AW der Rinnen- bzw. Schichtquerschnitt unterhalb
der Sollwassertiefe „W“ in mm²;
Fd der Tiefenfaktor (entsprechend Bild 5 aus DIN EN 12056-3);
FS der Formfaktor (entsprechend Bild 6 aus DIN EN 12056-3);
FL der Längen- bzw. Gefällefaktor (Tabelle 6, DIN EN 12056-3).
Die Schichthöhe W entspricht grundsätzlich dem höchstmöglichen Wasserstand innerhalb einer Rinne bzw. Schicht. Mit zunehmender Fließlänge in Richtung Ablauf/Auslass nimmt die Höhe der Schicht kontinuierlich ab. Am Ablauf/Auslass ist der Wasserstand bzw. die Druckhöhe h am niedrigsten. Die Druckhöhe h wird nach folgender Gleichung berechnet:
h = W · Fh
Dabei ist:
h die Druckhöhe in mm;
W die Schichthöhe in mm;
Fh der Druckhöhenfaktor (Bild 10 aus DIN EN 12056-3).
Bild: Ishorst
Bild: Ishorst
Bild: Ishorst
Tiefenfaktor Fd
Der Tiefenfaktor Fd berücksichtigt das Verhältnis vom höchsten Wasserstand W zur Breite T der Rinnenströmung. Es gilt die Formel:
Fd = (W / T) 0,25
Hinweis: Je höher die Rinnentiefe W im Verhältnis zur Rinnenbreite T ist, umso leistungsfähiger wird die Rinne. Ein höherer Wasserstand W sorgt für einen höheren verfügbaren Druck zur Überwindung der Reibungswiderstände. Fehlende Rinnenhöhe kann durch Rinnenbreite nicht adäquat ersetzt werden.
Formfaktor FS
Der Formfaktor FS ergibt sich aus dem Verhältnis von Sohlenbreite S zur oberen Rinnenbreite T. Ist S = T, handelt es sich um einen rechteckigen bzw. quadratischen Rinnenquerschnitt mit dem maximalen Formfaktor FS = 1,0. Bei trapezförmigen Rinnen ist der Formfaktor < 1,0, da sie bei gleichem Rinnenquerschnitt AW eine geringere Leistungsfähigkeit als rechteckige bzw. quadratische Rinnen haben.
Längen- bzw. Gefällefaktor FL
Durch den Längen- bzw. Gefällefaktor FL werden die Reibungsverluste des Regenwassers bei langen Rinnen berücksichtigt. Die Werte für den Längen- bzw. Gefällefaktor FL können der DIN EN 12056-3, Tabelle 6, entnommen werden. Der Längen- bzw. Gefällefaktor ist abhängig von dem Verhältnis von Länge L zur Wassertiefe W. Rinnen mit einem Gefälle von 0 bis 3 mm/m gelten als gefällelos.
Mit der Länge L ist immer die tatsächliche Fließweglänge der Rinnenströmung gemeint. Soll zum Beispiel die Notentwässerung mit einer Gesamtleistung von 44,0 l/s über eine insgesamt 50 m lange Rinne gleichmäßig an den Auslässen beider Enden erfolgen, so betragen die Fließweglängen L jeweils 25 m bei einer Ablaufleistung der Auslässe von 22,0 l/s. Der Längen- bzw. Gefällefaktor FL muss erst berücksichtigt werden, wenn das Verhältnis der Fließweglänge L zur Wassertiefe W der Rinne größer 50 ist; bis 50 gelten sie als kurze Rinne.
Druckhöhenfaktor Fh
Mithilfe des Druckhöhenfaktors Fh lässt sich die Höhenabnahme der Strömung innerhalb von Rinnen, beginnend am höchsten Punkt = Schichthöhe W zum niedrigsten Punkt = Ablauf /Auslass h ermitteln. Für rechteckige bzw. quadratische Rinnen mit S = T beträgt der Druckhöhenfaktor Fh = 0,473, also ungefähr 0,5. Dies bedeutet: Bezogen auf die Druckhöhengleichung beträgt die Druckhöhe h die Hälfte der Schichthöhe W. Umgekehrt beträgt die Schichthöhe W das Doppelte der Druckhöhe h am Ablauf/Auslass. Dies gilt sowohl für die unterste Schicht (Berechnungsregen) als auch für die mittlere Schicht (Notentwässerung). Bei diesem Bemessungsmodell werden die Schichten wie eigenständige Rinnen mit ebener Sohle betrachtet. Die Gesamttiefe Z von innen liegenden bzw. eingebauten Dachrinnen setzt sich zusammen aus:
Bild Bild: Ishorst:
Bild: Ishorst
Bild: Ishorst
Bild: Ishorst
Richtungsänderungen und Abflusshindernisse
Bei einer oder mehreren Richtungsänderungen > 10⁰ muss gemäß Abschnitt 5.1.8 der DIN EN 12056-3 das Abflussvermögen der Rinne mit einem Reduktionsfaktor von 0,85 multipliziert werden. Sind Abflusshindernisse vorhanden – wie zum Beispiel durch Laubfangkörbe von Rinnenabläufen, die in die mittlere Schicht ragen und die Strömung der Notentwässerung behindern –, muss die Berechnung der Leistungsminderung nach Abschnitt 5.2.7 der DIN EN 12056-3 vorgenommen werden. Hierbei ist bei der Berechnung des Abflussvermögens der Rinne – in Fließrichtung gesehen – die doppelte Fläche des Hindernisses von der Querschnittsfläche AW abzuziehen.
Berechnungsbeispiel 2
Gegeben: Eine Halle mit 50 m Länge und 25 m Breite soll über eine 50 m lange – in der Mitte des Daches angeordnete – innen liegende Rinne entwässert werden. Die Maßvorgaben für die rechteckige Rinne betragen 500 mm Breite (S) bei 350 mm Gesamthöhe (Z). Die Dachentwässerung (unterste Schicht) soll mittels Dachentwässerung mit Druckströmung, die Notentwässerung (mittlere Schicht) über Auslässe an beiden Enden der Rinne erfolgen.
Gebäudestandort der Halle ist Köln.
Jahrhundertregenspende r(5,100) = 693 l/(s·ha)
Berechnungsregenspende r(5,5) = 341 l/(s·ha)
Spitzenabflussbeiwert CS = 1,0
Dachfläche A = 1250 m²
Regenwasserabfluss Qr = r(5,5) · CS · A / 10 000 = 42,6 l/s
Notentwässerung QNot (sh. Beispiel 1) = 44,0 l/s
Aufgabenstellung: Technische Lösung mit hydraulischer Überprüfung der innen liegenden Dachrinne. Lösung: Der Regenwasserabfluss Qr (unterste Schicht) von insgesamt 42,6 l/s erfolgt über 4 Rinnenabläufe für Druckströmung; also je Ablauf mit einer Leistung von 10,65 l/s. Bei 50 m Rinnenlänge sind das bei gleichmäßiger Aufteilung 12,5 m Abstand zwischen den Rinnenabläufen, dadurch jeweils 6,25 m Fließweglänge L bei 5,33 l/s Volumenstrom. Gemäß Tabelle 10 der DIN 1986-100 beträgt die Druckhöhe h bei Dach- bzw. Rinnenabläufen für Druckströmung 55 mm.
Es gilt die Beziehung „Druckhöhe h · 2 = Schichthöhe W = Höhe Rinnenkopfstücke“; also 55 mm · 2 = 110 mm. Wird die Schichthöhe W über die Druckhöhe h am Ablauf ermittelt, muss zusätzlich ein rechnerischer Nachweis mithilfe der Gleichung durchgeführt werden. Hierbei ist zu überprüfen, ob die Rinne (unterste Schicht) mit einer Schichthöhe W von 110 mm und einer Fließweglänge L von 6,25 m hydraulisch in der Lage ist, den Rinnenabläufen die 5,33 l/s sicher zuzuführen.
Die Berechnung mit eigens erstelltem Excel-Tool ergibt, dass bei der vorhandenen Rinnenbreite (S) von 500 mm, einer Schichthöhe W von 110 mm und einer Fließweglänge (L) von 6,25 m ein Abflussvermögen Q von 19,79 l/s erreicht werden könnte, also deutlich mehr als die geforderten 5,33 l/s.
Schichthöhe W der
untersten Schicht = 110 mm
Die Notentwässerung (mittlere Schicht) soll über Auslässe an beiden Enden der 50 m langen Rinne erfolgen; also mit Fließweglängen (L) von jeweils 25 m bei einer Ablaufleistung von 22,0 l/s. Gemäß Berechnung mittels Excel-Tool ist eine Schichthöhe W von 134 mm erforderlich (Schichthöhe W der mittleren Schicht = 134 mm).
Die Bemessung nach Tabelle 14 der DIN 1986-100 ergibt, dass eine Mindesthöhe des Freibords von 75 mm erforderlich ist.
Mindesthöhe Freibord = 75 mm
Ergebnis: Die Berechnung der Mindestgesamthöhe Z der innen liegenden Rinne ergibt 319 mm. Gegenüber der Vorgabe von Z = 350 mm ist man auf der sicheren Seite. An beiden Enden der Rinne müssen Kopfstücke mit 110 mm Höhe vorgesehen werden.
Wichtige Erkenntnisse
Wenn man sich eingehender mit der Bemessung von Rinnen beschäftigt, kommt man zu folgenden wichtigen Erkenntnissen:
ersetzen.
Inspektion und Wartung
Zur Gewährleistung einer dauerhaft einwandfreien Funktion von innen liegenden Dachrinnen einschließlich der Notentwässerungen müssen regelmäßige Inspektionen und Wartungen gemäß DIN 1986-3 „Regeln für Betrieb und Wartung“ durchgeführt werden. Die Norm enthält konkrete Anforderungen an die Inspektion und Wartung von Dachabläufen, Notentwässerungen sowie für Dachrinnen und Regenwasserfallleitungen. Auf den Abschluss eines entsprechenden Wartungsvertrages wird hingewiesen.
Fazit
Die genaue Planung, Bemessung und Ausführung von innen liegenden und eingebauten Dachrinnen einschließlich der Notentwässerungen stellen höchste Anforderungen an die beteiligten Fachleute. Eine genaue Koordination zwischen Architekten und Statikern sowie den Sanitär-, Bedachungs- und Klempnereifachleuten ist die wichtigste Voraussetzung für sicher funktionierende Rinnen- und Notentwässerungssysteme. Nur durch regelmäßige Inspektion und Wartung der innen liegenden Rinnen einschließlich der Notentwässerungen lassen sich auf Dauer kostspielige Schäden und Reparaturen vermeiden. 
Info
Quellenverzeichnis
