"Système pour l'écoulement des eaux de pluie des toitures ou constructions similaires" "Système pour l'écoulement des eaux de pluie des toitures ou constructions similaires"
La présente invention est relative à un appareil ou système pour l'écoulement des eaux de pluie des toitures ou constructions équivalentes. Un tel appareil est basé sur le principe de la prévision d'un écoulement ou débit fermé dans le conduit vertical
de descente pour la quantité d'eau envisagée , de manière que l'écoulement soit intensifié et plus faible et que l'on puisse utiliser des conduits moins coûteux comparativement aux systèmes de canalisations exigeant un écoulement ou débit mixte , dans lequel il y a à
la fois écoulement d'air et d'eau.
Dans la détermination des dimensions des conduits d'eaux de pluie,on utilise différents modes de calcul suivant les pays et, pour une telle détermination de dimensions , on a défini des quantités d'eaux
de pluie dites pour cotation des dimensions , l'intensité maximale étant, par exemple, en Finlande de
150 1/s/Ha (litres/seconde/hectare), en Suède de 130 1/ s/Ha et en Allemagne, en certains endroits, de 400 1/ s/Ha.
Il est connu suivant la technique antérieure de prévoir un écoulement fermé, par exemple en prévoyant un puits dit de toiture dans celle-ci puits dans le-quel l'eau s'écoulant du toit est recueillie, une ouverture destinée à la connexion du tuyau vertical de descente étant prévue dans la partie inférieure de ce puits. L'ouverture est recouverte par un couvercle plat , dont les bords perforés ont été recourbés vers le bas pour former un bouchon d'eau lorsque le puits du toit est plein d'eau. Le but est d'empêcher un accès d'air et la formation d'un tourbillon d'eau dans l'ouverture du tuyau de descente (brevet finlandais
n[deg.] 41.451) .
Suivant une autre construction suggérée de
la technique antérieure, des essais ont été faits pour empêcher l'accès de l'air dans le tuyau vertical de descente en plaçant un tel élément de couvercle , d'allure conique, formant bouchon, dans l'ouverture de l'embouchure du tuyau , dont la forme correspond au tourbillon d'eau provoqué par l'air , lorsque l'eau
se précipite librement dans une ouverture (brevet finlandais n[deg.] 58.193).
Les inconvénients principaux des solutions proposées suivant la technique antérieure sont le coût élevé des puits de toiture , la réduction de l'épaisseur de l'isolation et , en outre, un écoulement non uniforme de l'eau. L'eau s'écoule dans le puits de toiture de façon assez uniforme mais elle est vidée depuis ce puits d'une manière qui ne l'est pas. Un effet dit d'oscillation est produit lorsque le niveau d'eau dans le puits du toit s'élève et s'abaisse de manière alternée. L'écoulement efficace provoqué par le débit fermé vide le toit assez rapidement. Ensuite, de l'air est mélangé avec l'eau pendant un certain temps, le débit étant réduit jusqu'à ce que le puits soit à nouveau rempli , l'accès d'air étant alors empêché et un débit fermé étant à nouveau amorcé.
On perçoit un tel phénomène sous la forme d'un choc perturbateur de l'eau et sous forme d'un bruit.
La présente invention élimine ces inconvénients. Il ne faut prévoir aucun puits de toiture, c'est-à-dire qu'il ne faut aucune cavité particulière, l'eau de pluie passant directement dans l'ouverture
de décharge prévue dans la surface du toit.
Une caractéristique du principe de l'appareil suivant l'invention est que sur le toit, l'eau s'écoulant en débit libre ou ouvert depuis le point
de départ jusqu'au point de décharge , est amenée à passer, sans changement de sa direction d'écoulement
et pratiquement à la vitesse du débit libre, dans un espace où ce débit libre, lorsque l'intensité de la pluie augmente, est converti de façon continue en débit fermé de sorte que, lorsque l'espace est rempli d'eau , l'air est exclu. L'eau pénètre par une ouverture disposée dans l'espace susdit et prévue dans le toit , ouverture par laquelle l'eau est déchargée dans le système de canalisations vers le point final de décharge. Dans un tel cas , le niveau de l'eau sur le toit satisfait exclusivement aux règles du débit libre. Dans le débit fermé obtenu comme ci-dessus, la pression statique de la colonne d.'.eau s'écoulant dans le tuyau de décharge est utilisée pour les résistances à l'écoulement, et les formules normales de calcul d'un débit fermé peuvent être appliquées à la détermination des dimensions des systèmes de canalisations d'eau de pluie.
Dans un cas de ce genre, la perte de pression dans le système de canalisations est égale à la différence de hauteur entre le toit et le point où l'eau est finalement évacuée de la zone. Ce point est habituellement, notamment dans une zone urbaine, l'égout pluvial municipal.
Dans l'appareil suivant l'invention, un plateau formant couvercle, ayant des dimensions déterminées, est adapté au-dessus de l'ouverture de décharge existant dans le toit et à une hauteur telle qu'une quantité prédéterminée d'eau a un espace suffisant
pour passer , au cours d'une unité de temps, en dessous de ce couvercle vers l'ouverture de décharge. Lorsque la couche d'eau existant sur le toit se rapproche de
la hauteur maximale permise , l'accès d'air vers le dessous du couvercle est limité. De la sorte, la quantité d'air se trouvant dans l'eau en dessous du couvercle est réduite au fur et à mesure que l'intensité
de la pluie augmente , jusqu'à ce que cette teneur d'air soit égale à zéro et qu'un débit fermé d'eau ait été atteint. L'évacuation de l'eau est rendue plus intense et le niveau d'eau sur le toit peut être ainsi maintenu sous contrôle. Il ne peut pas s'élever jusqu'à
un niveau mettant en danger la capacité de charge du toit ou du chéneau.
Pour réaliser les objectifs précédents, l'appareil suivant l'invention se caractérise en ce qu'il comprend une ouverture dans la surface du toit et un élément en forme de disque , monté au-dessus de cette ouverture. La grandeur du disque, sa hauteur audessus de la surface du toit , ainsi que le diamètre du tuyau de décharge d'eau et de l'ouverture de décharge sont dimensionés de façon précise suivant la quantité d'eau à évacuer.
Les zones de récolte d'eau sur le toit doivent évidemment être subdivisées en zones de dimensions telles que le niveau d'eau sur le toit ne dépasse pas les limites permises au début de l'écoulement, du fait des règles de débit ou écoulement libre qui prévalent
à ce moment. Cette hauteur est habituellement de 50 mm.
Pour que l'eau puisse être évacuée du toit
en satisfaisant aux règles du débit libre, l'ouverture de décharge doit être suffisamment grande pour que le débordement ou déversement puisse se faire sans perturbations. La hauteur de déversement ou de débordement de l'eau dans une telle ouverture répond à l'équation :
<EMI ID=1.1>
dans laquelle :
u = vitesse au début du débordement c
<EMI ID=2.1>
Dans le cas d'un chéneau très large,la hauteur d'eau au début de l'écoulement est d'environ 3/2 . h .
Dans une ouverture circulaire dont le diamètre est d , l'aire transversale d'écoulement F et, de façon correspondante, la quantité de débit d'eau Q
au point de débordement s'obtiennent de la façon suivante :
<EMI ID=3.1>
En introduisant, dans l'équation susdite, l'équation donnée pour u , l'interdépendance de Q, h et d est obtenue de la façon suivante :
<EMI ID=4.1>
Pour illustrer l'invention et les constructions suivant celle- ci, un exemple pratique est donné ci-après. L'aire de la zone de toiture à évacuer est supposée être de 500 m<2> , l'intensité maximale de pluie de 150 1/s/Ha , auquel cas la quantité d'eau à évacuer est de 7,5 1/s. Suivant l'expérience, le diamètre d'entrée du tuyau de décharge approprié est d'environ 50 mm. Lorsque la hauteur d'eau au début de
<EMI ID=5.1>
de 33,3 mm. A partir de ces valeurs et grâce aux formules précédentes, on obtient au moins 125,5 mm pour le diamètre du disque circulaire et , de façon correspondante, au moins 394 mm pour la longueur de la circonférence. La vitesse d'écoulement du débit ouvert au bord du disque est de 0,57 m/s, et elle est aussi égale à la quantité d'eau divisée par l'aire d'ouverture libre. La vitesse du débit d'eau en dessous du disque est accélérée lorsqu'un débit fermé se produit, de sorte que la vitesse de l'eau dans le tuyau de décharge sera d'environ 3,8 m/s. Le débit est également influencé par la pression de la colonne d'eau existant dans le tuyau de décharge.
Grâce à la solution suggérée , il est possible d'augmenter la vitesse de l'eau , comme l'indiquent les expériences, sans élever le niveau d'eau sur le toit , sans phénomène de tourbillon et sans aspiration d'air provoquée par un tel phénomène.
Après que la quantité maximale d'eau à évacuer de la zone de toiture en cause a été déterminée et après que la hauteur maximale admise d'eau au début de l'écoulement a été décidée , qui est donc habituellement de 50 mm, au-dessus de la surface du toit et au-dessus du tuyau de décharge, on adapte un disque que l'on place au-dessus de la surface du toit au maximum à une hauteur h , la longueur du bord de ce disque étant au moins égale à la longueur du bord circulaire obtenu au départ de la formule.
Un disque dimensionné et monté de cette manière , ainsi qu'un système de tuyauterie de décharge dimensionné suivant le principe du débit fermé sont capables, lors d'une augmentation de l'intensité de la pluie, de convertir l'écoulement ou débit libre s'effectuant sur le toit, de façon continue, sans changement de direction de l'écoulement se produisant sur ce toit, en un débit
ou écoulement fermé lorsque l'eau s'élève, suivant les règles du débit libre, jusqu'au niveau de la hauteur du disque ; grâce à cet appareil, il est possible d'évacuer l'eau de pluie depuis le toit grâce à des tuyaux d'un diamètre nettement plus petit que dans le cas des solutions de la technique antérieure.
Le disque peut mais ne doit pas être plein, car, lorsque la hauteur d'eau est légèrement inférieure à la hauteur du débordement, la petite couche d'eau formée sur le disque obturera ce dernier de façon appropriée pour empêcher les inconvénients d'une aspiration d'air et pour former une colonne continue d'eau
de la quantité déterminée.
Le dessin annexé illustre, suivant la Figure 1, l'écoulement d'eau dans le tuyau et l'ouverture et, suivant les Figures 2 à 5, différents exemples de construction de l'appareil suivant l'invention.
Dans le cas de la Figure 1, la vitesse de l'écoulement d'eau sur le plan 1 est au départ
du débordement, égale à u , et la hauteur de ce dé-
bordement est de h .
c
Dans le cas de la Figure 2, le tuyau d'eau
de pluie 3 s'ouvrant dans le plan 1 du toit est désigné par le numéro 4 et le disque adapté par-dessus cette ouverture est désigné par le numéro 5. La distance entre le disque et le plan du toit est au maxi-
mum de h .
c La Figure 3 montre une variante suivant laquelle un élément formant tamis ou treillis 6 a été attaché aux bords du disque 5.
Les Figures 4 et 5 montrent deux autres formes de réalisation de l'appareil suivant l'invention. Dans l'un de ces cas, le plan du disque 5 est incliné, tandis que , dans l'autre cas, un élément formant tamis ou treillis 6 s'étend, en ressemblant à une enveloppe conique , depuis les bords du disque 5 jusqu'au
plan du toit.
La Figure 6 montre une forme de réalisation suivant laquelle le disque est élastique et sa forme est déterminée par la compression d'un ressort placé sur le haut de ce disque.
Le disque peut évidemment être de n'importe quelle forme arbitraire quelconque, la longueur minimale de son bord déterminant la position maximale en hauteur de ce disque par rapport au plan du toit, sui-vant le principe décrit précédemment.
Lorsque l'eau circule entre le plan du toit
et le disque, la vitesse de cette eau augmente en direction de l'ouverture 4 du tuyau 3 si les surfaces
sont parallèles , auquel cas la résistance à l'écoulement augmente aussi en direction du point de départ, Figure 2.
Pour empêcher ceci et,en conséquence, réduire la résistance à l'écoulement, le disque ou la partie
du plan du toit se trouvant en dessous de ce disque,
ou les deux simultanément , peuvent être conformés de manière que la résistance à l'écoulement en direction
du point de départ ne soit pas accrue, Figure 4.
De plus, la résistance créée par la transition au point de départ en l'ouverture 4 du tuyau 3
peut être réduite en arrondissant la jonction entre
le plan du toit et le tuyau , voir le numéro de référence 7 sur la Figure 3.
Le disque ou la partie de toiture se trouvant en dessous de celui-ci, ou bien les deux, peuvent également être conformés de manière que ces parties soient pourvues de nervures ou de rainures radiales de renforcement , qui, en même temps,agissent comme agent de retardement de la tendance de l'eau au tourbillonnement, et ce par augmentation du frottement du débit d'eau tourbillonnant. Toutes les solutions précédentes peuvent se faire avec ou sans tamis ou treillis. En outre, le disque peut aussi être prévu élastique et,
par exemple, grâce à un dispositif à ressort, il peut être conçu pour pouvoir être réglable suivant les désirs.
A titre de variante de l'appareil, l'élément formant le disque est monté essentiellement dans le plan du toit, auquel cas l'ouverture d'entrée pour l'eau est essentiellement annulaire, entre le bord du disque et le plan du toit. Dans un tel cas, la longueur du bord du disque et la largeur de l'ouverture suivent les règles décrites précédemment.
REVENDICATIONS
1. Appareil pour l'écoulement des eaux de pluie d'une toiture ou construction similaire, qui comprend une ouverture de décharge d'eau ainsi que des conduits d'écoulement reliés à cette ouverture et un élément en forme de disque qui est plus grand que l'ouverture susdite et adapté par-dessus celle-ci, cet appareil étant caractérisé en ce que l'ouverture est prévue directement dans le plan du toit et en ce que l'élément en forme de disque est de dimensions telles que
la longueur.minimale de son bord et la hauteur maximale de ce disque par rapport au plan du toit (h ) correspondent à la quantité d'eau qui, suivant les règles
de l'écoulement ou débit libre, amène une hauteur de débordement (h ) correspondant à la hauteur avec une ouverture de la longueur de bord concernée , l'écoulement , dans l'espace se situant en dessous du disque, étant converti en débit ou écoulement fermé , de façon continue, lorsque l'écoulement d'eau augmente, et ce sans changement de direction de cet écoulement.
"System for the drainage of rainwater from roofs or similar constructions" "System for the drainage of rainwater from roofs or similar constructions"
The present invention relates to an apparatus or system for the drainage of rainwater from roofs or equivalent constructions. Such an apparatus is based on the principle of predicting a closed flow or flow in the vertical duct.
downpipe for the quantity of water envisaged, so that the flow is intensified and weaker and that one can use less expensive conduits compared to piping systems requiring a flow or mixed flow, in which there are
both air and water flow.
In determining the dimensions of rainwater pipes, different methods of calculation are used depending on the country and, for such a determination of dimensions, water quantities have been defined.
of rain known as dimensioning, the maximum intensity being, for example, in Finland of
150 1 / s / Ha (liters / second / hectare), in Sweden of 130 1 / s / Ha and in Germany, in some places, of 400 1 / s / Ha.
It is known according to the prior art to provide a closed flow, for example by providing a so-called roofing well therein in which the water flowing from the roof is collected, an opening for the connection of the pipe vertical descent being provided in the lower part of this well. The opening is covered by a flat cover, the perforated edges of which have been curved downwards to form a water plug when the roof well is full of water. The aim is to prevent an air access and the formation of a vortex of water in the opening of the downpipe (Finnish patent
n [deg.] 41.451).
According to another suggested construction of
prior art, attempts have been made to prevent access of air into the vertical downpipe by placing such a cover element, conical in shape, forming a plug, in the opening of the mouth of the pipe , whose shape corresponds to the vortex of water caused by the air, when the water
freely rushes into an opening (Finnish patent n [deg.] 58.193).
The main drawbacks of the solutions proposed according to the prior art are the high cost of roof wells, the reduction in the thickness of the insulation and, moreover, a non-uniform flow of water. The water flows into the roofing well fairly uniformly, but it is emptied from this well in a manner that is not. A so-called oscillation effect is produced when the water level in the roof well rises and falls alternately. The efficient flow caused by the closed flow empties the roof fairly quickly. Then air is mixed with the water for a period of time, the flow is reduced until the well is refilled, the air access is then prevented and a closed flow is started again .
We perceive such a phenomenon in the form of a disturbing shock of water and in the form of noise.
The present invention eliminates these drawbacks. No roof well should be provided, i.e. no special cavity is required, rainwater passing directly into the opening
discharge provided in the roof surface.
A characteristic of the principle of the apparatus according to the invention is that on the roof, the water flowing in free or open flow from the point
from the outlet to the discharge point, is caused to pass without changing its direction of flow
and practically at the speed of the free flow, in a space where this free flow, when the intensity of the rain increases, is continuously converted into closed flow so that, when the space is filled with water, the air is excluded. The water enters through an opening arranged in the aforementioned space and provided in the roof, opening through which the water is discharged in the piping system towards the final point of discharge. In such a case, the water level on the roof exclusively satisfies the rules of free flow. In the closed flow obtained as above, the static pressure of the column of water flowing in the discharge pipe is used for the flow resistances, and the normal formulas for calculating a closed flow can be applied to the determination of the dimensions of rainwater piping systems.
In such a case, the pressure loss in the piping system is equal to the difference in height between the roof and the point where water is finally discharged from the area. This point is usually, especially in an urban area, the municipal storm sewer.
In the apparatus according to the invention, a cover plate, having determined dimensions, is adapted above the discharge opening existing in the roof and at a height such that a predetermined quantity of water has a space. sufficient
to pass, during a unit of time, below this cover towards the discharge opening. When the existing layer of water on the roof approaches
the maximum height allowed, air access to the underside of the cover is limited. In this way, the amount of air in the water below the cover is reduced as the intensity
rain increases until this air content is zero and a closed water flow rate has been reached. The evacuation of water is made more intense and the water level on the roof can thus be kept under control. It cannot rise to
a level endangering the carrying capacity of the roof or gutter.
To achieve the above objectives, the apparatus according to the invention is characterized in that it comprises an opening in the surface of the roof and a disc-shaped element, mounted above this opening. The size of the disc, its height above the roof surface, as well as the diameter of the water discharge pipe and the discharge opening are precisely sized according to the amount of water to be evacuated.
Water harvesting areas on the roof must obviously be subdivided into areas of dimensions such that the water level on the roof does not exceed the limits allowed at the start of the flow, due to the flow or free flow rules prevailing
at the moment. This height is usually 50 mm.
So that the water can be drained from the roof
by satisfying the rules of free flow, the discharge opening must be large enough that the overflow or spillage can be done without disturbances. The height of spillage or overflow of water in such an opening meets the equation:
<EMI ID = 1.1>
in which :
u = speed at the start of the overflow c
<EMI ID = 2.1>
In the case of a very wide gutter, the water height at the start of the flow is approximately 3/2. h.
In a circular opening whose diameter is d, the transverse flow area F and, correspondingly, the quantity of water flow Q
at the point of overflow are obtained as follows:
<EMI ID = 3.1>
By introducing into the above equation the equation given for u, the interdependence of Q, h and d is obtained as follows:
<EMI ID = 4.1>
To illustrate the invention and the constructions according to it, a practical example is given below. The area of the roof area to be evacuated is assumed to be 500 m <2>, the maximum rain intensity of 150 1 / s / Ha, in which case the amount of water to be evacuated is 7.5 1 / s. According to experience, the inlet diameter of the appropriate discharge pipe is approximately 50 mm. When the water level at the start of
<EMI ID = 5.1>
33.3 mm. From these values and thanks to the previous formulas, we obtain at least 125.5 mm for the diameter of the circular disc and, correspondingly, at least 394 mm for the length of the circumference. The flow velocity of the open flow at the edge of the disc is 0.57 m / s, and it is also equal to the amount of water divided by the free opening area. The speed of the water flow below the disc is accelerated when a closed flow occurs, so the speed of the water in the discharge pipe will be about 3.8 m / s. The flow rate is also influenced by the pressure of the water column existing in the discharge pipe.
Thanks to the suggested solution, it is possible to increase the speed of the water, as the experiments indicate, without raising the water level on the roof, without whirlpool phenomenon and without air suction caused by a such phenomenon.
After the maximum quantity of water to be drained from the roof area in question has been determined and after the maximum permitted height of water at the start of the flow has been decided, which is therefore usually 50 mm, above the surface of the roof and above the discharge pipe, a disc is fitted which is placed above the surface of the roof at most at a height h, the length of the edge of this disc being at least equal the length of the circular edge obtained from the formula.
A disc dimensioned and mounted in this way, as well as a discharge piping system dimensioned according to the principle of the closed flow are capable, during an increase in the intensity of the rain, to convert the flow or free flow s '' performing on the roof, continuously, without change of direction of flow occurring on this roof, in a flow
or closed flow when the water rises, according to the rules of free flow, up to the level of the height of the disc; thanks to this device, it is possible to evacuate rainwater from the roof using pipes with a diameter much smaller than in the case of solutions of the prior art.
The disc may but should not be full because, when the water height is slightly less than the height of the overflow, the small layer of water formed on the disc will seal the latter appropriately to prevent the inconvenience of air intake and to form a continuous column of water
of the quantity determined.
The accompanying drawing illustrates, according to Figure 1, the flow of water in the pipe and the opening and, according to Figures 2 to 5, different examples of construction of the apparatus according to the invention.
In the case of Figure 1, the speed of the water flow on plane 1 is at the start
of the overflow, equal to u, and the height of this overflow
border is of h.
vs
In the case of Figure 2, the water hose
rain 3 opening in the plane 1 of the roof is designated by the number 4 and the adapted disc over this opening is designated by the number 5. The distance between the disc and the plane of the roof is at most
mum of h.
c Figure 3 shows a variant in which a screen or mesh element 6 has been attached to the edges of the disc 5.
Figures 4 and 5 show two other embodiments of the apparatus according to the invention. In one of these cases, the plane of the disc 5 is inclined, while, in the other case, a screen or trellis element 6 extends, resembling a conical envelope, from the edges of the disc 5 to 'at
roof plan.
Figure 6 shows an embodiment in which the disc is elastic and its shape is determined by the compression of a spring placed on the top of this disc.
The disc can obviously be of any arbitrary shape, the minimum length of its edge determining the maximum position in height of this disc relative to the plane of the roof, following the principle described above.
When water flows between the plane of the roof
and the disc, the speed of this water increases towards the opening 4 of the pipe 3 if the surfaces
are parallel, in which case the resistance to flow also increases towards the starting point, Figure 2.
To prevent this and, consequently, reduce the flow resistance, the disc or the part
of the roof plane below this disc,
or both simultaneously, can be shaped so that resistance to flow towards
from the starting point is not increased, Figure 4.
In addition, the resistance created by the transition to the starting point at the opening 4 of the pipe 3
can be reduced by rounding the junction between
the roof plan and the pipe, see reference number 7 in Figure 3.
The disc or the roofing part below it, or both, can also be shaped so that these parts are provided with ribs or radial reinforcing grooves, which, at the same time, act as an agent. delaying the tendency of water to swirl, and this by increasing the friction of the swirling water flow. All of the above solutions can be done with or without a screen or mesh. In addition, the disc can also be provided elastic and,
for example, thanks to a spring device, it can be designed so that it can be adjusted as desired.
As a variant of the device, the element forming the disc is mounted essentially in the plane of the roof, in which case the inlet opening for the water is essentially annular, between the edge of the disc and the plane of the roof. . In such a case, the length of the edge of the disc and the width of the opening follow the rules described above.
CLAIMS
1. Apparatus for the drainage of rainwater from a roof or similar construction, which comprises a water discharge opening as well as drainage conduits connected to this opening and a disc-shaped element which is larger that the above-mentioned opening and adapted over it, this apparatus being characterized in that the opening is provided directly in the plane of the roof and in that the disc-shaped element is of dimensions such that
the minimum length of its edge and the maximum height of this disc in relation to the plane of the roof (h) correspond to the quantity of water which, according to the rules
of the flow or free flow, brings an overflow height (h) corresponding to the height with an opening of the edge length concerned, the flow, in the space located below the disc, being converted into flow or closed flow, continuously, when the water flow increases, and this without changing the direction of this flow.