Bei allen Diskussionen um Schall- und Brandschutz darf die Hauptaufgabe eines Entwässerungssystems in der Gebäudetechnik nicht in den Hintergrund geraten. Denn für Nutzerinnen und Nutzer oder Betreiberinnen und Betreiber – egal in welchem Gebäudetyp, vom Einfamilienhaus bis zur Multifunktionsarena – ist eine Funktion besonders wichtig: Das anfallende Schmutzwasser muss störungsfrei in die öffentliche Kanalisation abgeleitet werden. Störungsfrei bedeutet, dass es nicht zu Verstopfungen kommt und die Geruchsverschlüsse an den Entwässerungsgegenständen nicht abgesaugt werden. Es handelt sich also um eine hydraulische Aufgabenstellung.
Deshalb ist insbesondere bei der Sanierung eine Betrachtung des gesamten Abwassersystems von Bedeutung. So werden bestehende Grundleitungen oftmals bei der Sanierung vernachlässigt, obwohl ihre Berücksichtigung bei Änderungen unbedingt erfolgen sollte. Denn wenn der Füllungsgrad von mindestens der Hälfte des Rohrdurchmessers nicht mehr eingehalten wird, kann es in den bestehenden Grundleitungen zu Verstopfungen kommen.
Sorgfältige Planung ist Grundvoraussetzung
Das Gefälle wird’s schon richten – wer sich bei Planung und Installation einer Entwässerungsanlage von dieser Daumenregel leiten lässt, kann mit negativen Überraschungen konfrontiert werden. Neben unangenehmen Gerüchen aus leer gesaugten Siphons zählen laute Fließgeräusche oder ein Rückstau samt Austritt von Fäkalien zu weiteren Nebenwirkungen, die aus einem falsch installierten Entwässerungssystem resultieren und für höchst unzufriedene Nutzerinnen und Nutzer sorgen.
Damit es nicht zu Störungen oder sogar Schäden kommt, ist eine sorgfältige Planung des Entwässerungssystems erforderlich. Dabei sind zahlreiche Fragestellungen zu berücksichtigen, wie etwa mit welchen Wassermengen beim häuslichen Abwasser und bei Niederschlag am Gebäude oder auf dem Grundstück zu rechnen ist oder welche Abflusskennzahl für die gleichzeitige Belastung des Systems in Betracht kommt.
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Rahmenbedingungen kennen und prüfen
Wer sich auf die Suche nach passenden Antworten macht, muss die komplette Bauaufgabe im Blick haben. Welche Spülmengen sind erforderlich? Geht es um die auf Wassersparen ausgelegte häusliche Sanitäranlage in einem neuen Wohngebäude oder um die Teilsanierung einer betagten Immobilie mit etlichen Unbekannten hinter der Wand bzw. im Untergrund? Im Bestand kann es vorkommen, dass der störungsfreie Abtransport im alten System nur dann funktioniert, wenn eine erhöhte Spülmenge schwallweise den überdimensionierten Leitungsquerschnitt ausspült.
Zur Erinnerung: Im Jahr 1960 war eine WC-Spülmenge von 14 l noch üblich. Mittlerweile können bereits 4 l ausreichen, in der Regel liegt die Spülwassermenge bei 6 l. Es ist deshalb wichtig, die Rahmenbedingungen zu kennen, wenn eine Entwässerungsanlage nicht in gesamter Länge neu geplant und gebaut werden soll. Planende und Fachhandwerk stehen in der Verantwortung, ihren Kundinnen und Kunden ein funktionsfähiges Entwässerungssystem zu installieren, das den allgemein anerkannten Regeln der Technik entspricht.
Vor mehreren Jahrzehnten lag der Fokus auf der Ablaufleistung. Heutzutage stehen weitere Funktionen im Mittelpunkt, etwa der Schall- und Brandschutz. Mit einer modernen und zeitgemäßen Vorwandinstallation ziehen zudem wassersparende Spültechniken und bodenebene Lösungen in das Bad ein. Dies erfordert ein Umdenken in der Dimensionierung und Leitungsführung.
Hydraulik als maßgebende Größe
Welcher Hydraulik bedarf es, um Schmutzwasser möglichst geräuscharm aus der Etage über die Fallleitung und weiter bis in den öffentlichen Kanal zu führen? Um hier zu optimalen Ergebnissen zu kommen, hat beispielsweise der Hersteller Geberit über Jahre hinweg zahlreiche Laborversuche für Hydraulik und Akustik mit dem Entwässerungssystem Silent-db20 durchgeführt.
Mit welchen normativen Vorgaben eine hydraulische Berechnung erfolgen soll, ist dabei längst bekannt und in üblicher Planungssoftware hinterlegt. Dazu zählen Faktoren wie Durchfluss, Gleichzeitigkeit der Benutzung, Gefälle und Rohrinnendurchmesser.
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Einflussfaktor Formteile
Doch das ist bei Weitem nicht alles. Durch aufwendige Strömungsberechnungen bzw. -simulationen in den Sanitärlabors des Herstellers werden auch neue Formteile entwickelt. Es ist erwiesen, dass die Strömungsverhältnisse beim Eintritt in die Fallleitung ungünstig sind, wenn Abzweige zwischen 87° und 88,5° ohne Bogenradius im Einsatz sind. Die Auswirkungen: Der Querschnitt der Fallleitung wird größtenteils verschlossen und behindert so das Nachströmen der Luft im Fallstrang. Die Ablaufleistung bleibt hinter den Möglichkeiten zurück.
Günstiger sieht es beim 45°-Abzweig in die Fallleitung aus, jedoch ist dieser nur bei gleicher Dimension normativ zulässig. Es kommt hinzu, dass die Belüftung in die Anschlussleitung beeinträchtigt wird. Daher liegt das Optimum bei einem Bogenabzweig von 88,5°. Hier bewirkt der Innenradius eine erhebliche Steigerung der Ablaufleistung um ca. 30 %. Ein weiterer Vorteil ist, dass sich im Fallstrang sowie in der Einzel- und Sammelanschlussleitung ein möglichst günstiges Wasser-Luft-Verhältnis ergibt.
Mit Doppelabzweigen können gegenüberliegende Entwässerungsgegenstände auf gleicher Höhe ohne gegenseitige Beeinflussung angeschlossen werden. Auch hier spielt der Bogenradius (mindestens die Größe des halben Durchmessers) eine entscheidende Rolle, denn nur so lassen sich die Anwendungsgrenzen erweitern. Spülversuche mit transparenten Formteilen zeigen, dass selbst dann kein Überspülen stattfindet, wenn nur auf einer Seite fäkalienhaltiges Abwasser einströmt. Eine mögliche Störung im System für den gegenüberliegenden Anschluss ist daher nicht zu befürchten.
Gefahren bei Überdimensionierung
Noch immer werden viele WC-Anschlussleitungen in Gebäuden mit Rohrleitungen in DN 100 verlegt, wie es früher üblich war. Dabei reicht mittlerweile in aller Regel die Nennweite DN 90 aus, um auch mehrgeschossige Gebäude sicher und störungsfrei zu entwässern – vom Einzelanschluss am WC über die Fallleitung bis hin zur Grundleitung. Die Vorzüge der kleineren Dimension sind vielfältig. So sind Abwasserleitungen DN 90 zum Beispiel kostengünstiger und einfacher zu montieren. Darüber hinaus benötigen sie geringere Schacht- und Vorwandtiefen und bieten bessere hydraulische Eigenschaften.
Sind Abwasserleitungen zu groß dimensioniert, können die Feststoffe in den horizontalen Leitungen aufgrund des zu geringen Füllungsgrads nicht abtransportiert werden – Verstopfungen sind vorprogrammiert. Daher muss in horizontalen Entwässerungsleitungen eine bestimmte Schwemmtiefe gegeben sein. Diese Schwemmtiefe wird durch den Füllungsgrad definiert. Er bezeichnet bei liegenden Abwasserleitungen das Verhältnis der Wassertiefe h in der Wasserströmung zum Rohrinnendurchmesser di. Um Fäkalien schwimmend abtransportieren zu können, wird ein Füllungsgrad h/di von 0,5 benötigt. Das Rohr sollte also während des Entwässerungsvorgangs zur Hälfte mit Wasser gefüllt sein.
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Dimensionierung von Einzelanschlussleitungen
Bestimmend für die Dimensionierung der Anschlussleitung am Entwässerungsgegenstand – z. B. WC – ist der Anschlusswert DU (Design Unit). Dieser Wert definiert die Wassermenge, die vom Sanitärobjekt pro Sekunde abfließt. Für die heute üblichen Spülkästen mit einer Spülwassermenge von 6 l beträgt der Anschlusswert DU = 2 l/s.
Gemäß DIN 1986-100, Tab. 6, ist bei diesem Wert die Anschlussleitung mit DN 90 richtig dimensioniert. Viele Verbraucher entscheiden sich jedoch aus Wasserspargründen für WC-Keramiken, die mit 4 oder 4,5 l Wasser gespült werden. Der Anschlusswert beträgt bei diesen WCs dann nur noch 1,8 l/s. Eine Anschlussleitung mit Nennweite DN 90 ist auch in diesem Fall angebracht, denn mit einer herkömmlichen Leitung DN 100 wird der notwendige Füllungsgrad h/di von 0,5 nicht mehr erreicht.
Dimensionierung von Sammelanschlussleitungen
In Wohnhäusern können gemäß DIN 1986‑100, Tab. 7, die Sammelanschlussleitungen ebenfalls in DN 90 dimensioniert werden. Bedingung ist, dass die Ablaufleistung aller Sanitärobjekte den Anschlusswert DU von 13 l/s nicht überschreitet und dass nicht mehr als zwei WCs angeschlossen sind.
Auch in Gebäuden mit einer höheren Gleichzeitigkeit der Benutzung (Abflusskennzahl K = 0,7 oder 1,0), wie beispielsweise in Schulen, Krankenhäusern oder auch öffentlichen Anlagen, können Sammelanschlussleitungen in der Nennweite DN 90 ausgeführt werden, sofern die in der DIN 1986‑100, Tab. 7, genannten Begrenzungsparameter nicht überschritten werden.
Aber Achtung: Bei Überschreitung der Anwendungsgrenzen für unbelüftete Einzel- oder Sammelanschlussleitungen – etwa in Bezug auf Leitungslänge, Höhendifferenz oder Anzahl der Bögen –, muss die Leitung belüftet werden, um eine störungsfreie Ableitung des Abwassers zu gewährleisten. Der Wechsel zu einer größeren Dimension, also zum Beispiel von DN 90 auf DN 100, ist hier nicht zielführend.
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Dimensionierung von Fallleitungen
Um die Nennweite einer Fallleitung mit Hauptlüftung zu bestimmen, muss der Schmutzwasserabfluss QWW (Quantity of waste water) berechnet werden. Dazu müssen, wie bei den Sammelanschlussleitungen, die Anzahl und die Anschlusswerte der Sanitärobjekte sowie der Gebäudetyp bekannt sein. Aus dem Gebäudetyp ergibt sich die Abflusskennzahl K. Es gilt:
Die Bemessung der Fallleitungen erfolgt nach DIN 1986‑100, Tab. 8. Darin werden zwei unterschiedliche Belastungsgrade von Fallleitungen unterschieden, nämlich bei Verwendung von Abzweigen mit Bogenradius und ohne Bogenradius. Die Steigerung der Ablaufleistung eines Abzweigs mit Bogenradius beläuft sich auf ca. 30 % gegenüber einem Abzweig ohne Bogenradius.
Deshalb kann beim Einsatz von Abzweigen mit Bogenradius eine Fallleitung DN 90 mit Hauptlüftung mit dem Schmutzwasserabfluss QWW = 3,5 l/s belastet werden, während der Einsatz eines scharfkantigen Abzweigs die maximal zulässige Grenze bei QWW auf 2,7 l/s setzt. Abzweige mit Bogenradius ermöglichen zudem günstigere Einströmverhältnisse in die Fallleitung und bewirken eine optimale Luftströmung in der Fall- und Anschlussleitung, was wiederum den erforderlichen Druckausgleich sicherstellt.
Rechenbeispiel Mehrfamilienhaus
Ein Rechenbeispiel zeigt, welchen Spielraum Planende und Installierende heute beim Einsatz von Abwasserleitungen DN 90 haben: Ein typisches Badezimmer in einem Mehrfamilienhaus (Abflusskennzahl K = 0,5) ist mit einem WC (DU = 2,0 l/s), einem Waschtisch (DU = 0,5 l/s) und einer Dusche (DU = 0,6 l/s) ausgestattet. Die Entwässerungsgegenstände sind an eine Sammelanschlussleitung angeschlossen. Die Ableitung des Abwassers der übereinanderliegenden Bäder erfolgt über eine gemeinsame Fallleitung. Es werden Abzweige mit Bogenradius eingesetzt.
Der Anschlusswert der Sammelanschlussleitung ∑DUSAL errechnet sich wie folgt:
∑DUSAL = DUWC + DUWT + DUDu
= (2,0 + 0,5 + 0,6) l/s = 3,1 l/s
Zur Berechnung, wie viele Geschosse an diese Fallleitung DN 90 angeschlossen werden können, muss zunächst der maximale Anschlusswert der Fallleitung ∑DUFL bekannt sein:
Der Quotient ∑DUFL / ∑DUSAL ergibt dann die maximale Anzahl an Geschossen, die an eine Fallleitung DN 90 angeschlossen werden können:
Das Ergebnis im vorliegenden Rechenbeispiel lautet: 15 Geschosse.
Fazit
Ein häusliches Entwässerungssystem muss die erforderliche Luftströmung für den Druckausgleich gewährleisten und Wasser mit Feststoffen störungsfrei abtransportieren können – und zwar ohne Druck, nur mit Gefälle. Das Motto „Hauptsache, es läuft“ passt heute keineswegs mehr. Eine einwandfreie Funktion des Entwässerungssystems kann nur realisiert werden, wenn die Dimensionierung der Leitung mit den entsprechenden Spülmengen harmoniert. Moderne Bauteile innerhalb eines Systems sind so abgestimmt, dass sich ein möglichst günstiger Füllungsgrad sowie ein rückstandsloses Ausspülen ergeben.
Die Vorzüge beim Einsatz von Abwasserleitungen in DN 90 statt DN 100 liegen dabei auf der Hand. Die Kosten für Rohre, Formstücke, Befestigungen und Brandschutzmaßnahmen sinken. Gleichzeitig ist diese Dimension einfacher zu montieren. Zusätzlich verringern sich Schacht- und Vorwandtiefen.
Auch das Endprodukt – das Entwässerungssystem – wird letztlich optimiert, denn die hydraulischen Eigenschaften einer Abwasserinstallation mit passender Rohrnennweite sind deutlich besser als die Eigenschaften einer überdimensionierten Abwasserleitung. Der höhere Füllungsgrad bei Leitungen in DN 90 bedingt eine höhere Schwemmtiefe und garantiert damit den störungsfreien Abtransport der Fäkalien. Auch die Fließgeschwindigkeit wird beim Einsatz der kleineren Dimension erhöht und damit eine bessere Selbstreinigungsfähigkeit des Entwässerungssystems erreicht. Das Risiko einer Rohrverstopfung sinkt.
Bild: Geberit
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Normative Grundlagen
Die Grundlage für die Bemessung von Schmutzwasserleitungen innerhalb von Gebäuden stellen die DIN EN 12056 [2001-01] „Schwerkraftentwässerungsanlagen innerhalb von Gebäuden“, Teile 1 bis 5, und die nationale Ergänzungsnorm DIN 1986‑100 [2016-12] „Entwässerungsanlagen für Gebäude und Grundstücke – Teil 100: Bestimmungen in Verbindung mit DIN EN 752 und DIN EN 12056“.
DIN EN 12056‑2, Abschnitt 4.2, beschreibt vier unterschiedliche Typen von Entwässerungssystemen, die in Europa angewandt werden. In Deutschland gilt System I – die Einzelfallleitungsanlage mit teilbefüllten Anschlussleitungen mit einem Füllungsgrad von h/di = 0,5.
Für die Planenden und Installierenden ist die nationale Abwassernorm DIN 1986‑100 maßgebend. Darin sind die erforderlichen Vorgaben zur Planung und Ausführung von Entwässerungsanlagen innerhalb von Gebäuden geregelt.
Autor
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