FI70446C - Avvattningsanordning foer tak - Google Patents

Description

70446

Katon vedenpoistolaite

Keksinnön kohteena on katon vedenpoistolaite, jossa on veden purkaantumisaukko siihen liitettyine vedenpoisto-5 johtoineen sekä aukon yläpuolelle sovitettu, aukkoa suurem pi levyelementti, ja joka on rakennettu veden umpivirtauk-sen aikaansaamiseksi vesivirran kulkiessa levyelementin alla pystysuoran vedenpoistojohdon aukkoa kohti.

Esillä oleva keksintö kohdistuu siis laitteeseen 10 sadeveden poistamiseksi katoilta tai sen tapaisilta. Laitteessa käytetään hyväksi periaatetta, jolla aikaansaadaan umpivirtaus veden pystysuoraan poistoputkeen mitoitussade-vesimäärällä, joten veden poisjohtaminen tehostuu ja tullaan toimeen pienemmillä ja halvemmilla johdoilla verrat-15 tuna sekavirtausta edellyttäviin putkistoihin, joissa siis virtaa ilmaa ja vettä.

Sadevesijohtojen mitoituksessa on käytössä erilaisia tapoja eri maissa ja johtojen mitoitusta varten on myös määritelty ns. mitoitussadevesimäärät, maksimi-intensiteet-20 ti on esim. Suomessa 150 1/s ha, Ruotsissa 130 1/s ha, Saksassa eräin paikoin 400 1/s ha.

On tunnettua aikaansaada umpivirtaus esim. sovittamalla kattoon nk. kattokaivo, johon katolta virtaava vesi kerätään ja jonka pohjaosassa on aukko pystysuoran veden-25 poistojohdon liittämiseksi. Aukon peittää ehjä kansi, jonka rei'itetyt reunat on taitettu alaspäin muodostaen vesilukon kun kattokaivo on täynnä vettä. Tarkoitus on estää ilman pääseminen ja vesipyörteen syntyminen poistoputken aukkoon (FI-patenttijulkaisu 41 451, E 04 D 13/08).

30 Toisen tunnetun rakenne-ehdotuksen mukaan pyritään estämään ilman pääseminen pystysuoraan veden poistojohtoon sijoittamalla tulpan tapainen, kartionmuotoinen kansielin putken suuaukkoon. Elimen muoto vastaa veden ilmanielun muotoa silloin, kun vesi syöksyy aukkoon vapaasti (FI-35 patenttijulkaisu 58 193, E 04 D 13/08).

2 70446

Tunnetussa tekniikassa on varjopuolena ensinnäkin kattokaivojen korkeat kustannukset, eristyksen oheneminen ja lisäksi se, ettei vesi poistu tasaisesti. Vesi virtaa kattokaivoon melko tasaisesti, mutta tyhjentyy siitä epä-5 tasaisesti. Syntyy ns. vaappuma, kun vedenpinta kattokai-vossa vuorotellen nousee ja laskee. Umpivirtauksen aiheuttama tehokas vedenpoisto tyhjentää kattokaivon nopeasti.

Sen jälkeen veteen sekoittuu ilmaa jonkin aikaa, jolloin virtaus heikkenee, kunnes kaivo jälleen täyttyy estäen il-10 man pääsyn ja umpivirtaus alkaa uudelleen. Ilmiö huomataan häiritsevänä vesi-iskuna ja äänenä.

Esillä oleva keksintö poistaa epäkohdat. Kattokaivoa eli syvennystä ei tarvita laisinkaan, vaan sadevesi johdetaan suoraan kattopinnassa olevaan purkautumisaukkoon.

15 Keksinnön mukaisen laitteen periaatteelle on tunnus omaista se, että katolla lähtöpisteestä sen purkaantumis-pisteeseen päin avovirtauksena virtaava vesi johdetaan sen kulkusuuntaa muuttamatta ja jokseenkin avovirtauksen nopeudella tilaan, jossa avovirtaus sadeintensiteetin lisään-20 tyessä portaattomasti muutetaan umpivirtaukseksi siten, että tilan täyttyessä vedellä sulkeutuu ilma pois. Vesi johdetaan tilassa olevaan katto-osaan sovitettuun aukkoon, josta se purkautuu putkiston välityksellä lopulliseen pois-tumispisteeseen. Veden korkeus katolla noudattaa näin ollen 25 yksinomaan avovirtaussääntöjä. Tällöin saavutetussa umpi-virtauksessa poistoputkessa kulkeva vesipilarin staattinen paine tulee käytetyksi hyväksi virtausvastuksiin ja sadevesiputkistojen mitoitukseen voidaan soveltaa normaaleja umpivirtauksen laskentakaavoja. Näissä olosuhteissa on put-30 kiston painehäviö yhtä suuri kuin korkeusero katolta pisteeseen, josta vesi lopullisesti poistetaan alueelta. Tämä piste on yleensä esim. asemakaavoitetulla alueella kunnallinen sadevesiviemäri.

Keksinnön mukaisessa laitteessa sovitetaan määrätyn-35 mittainen kansilevy katossa olevan purkautumisaukon yläpuolelle ja sellaiselle korkeudelle, että edeltä määrätty

II

3 70446 vesimäärä mahtuu aikayksikössä kulkemaan kannen alla pur-kautumisaukkoa kohti. Sitä mukaan kun vesikerroksen paksuus katolla lähestyy suurinta sallittua korkeutta, estyy vähitellen ilman pääsy kannen alle. Ilmapitoisuus vedessä 3 kannen alla vähenee siis sateen intensiteetin lisääntyessä kunnes se on nolla ja veden umpivirtaus on aikaansaatu. Veden poisto tehostuu ja veden korkeus katolla pystytään hallitsemaan. Se ei pääse nousemaan katon tai kourun kuormituskestävyyttä vaarantavaksi.

10 Keksinnön mukaiselle laitteelle edellä selostetun tapahtuman toteuttamiseksi on tunnusomaista se, että aukko on sovitettu suoraan kattotasoon ja että levyelementti on mitoitettu siten, että sen reunan minimipituus ja levy-elementin maksimikorkeus kattotasosta vastaavat sitä vesi- 15 määrää, joka avovirtaussääntöjen mukaan aiheuttaa korkeutta vastaavan ylivyörymiskorkeuden kyseisen reunapituuden omaavalla aukolla ja jossa levyelementin alla olevassa tilassa avovirtaus muuttuu umpivirtaukseksi portaattomasti vesivirran kasvaessa ja vesivirran suunnan muuttumatta.

20 Veden kokoamisalueet katolla tulee luonnollisesti jakaa sen kokoisiksi, ettei veden korkeus katolla siellä vallitsevien avovirtaussääntöjen takia nouse yli sallittujen rajojen virtauksen alkamispäässä. Tämä korkeus on yleisesti 50 mm.

25 Jotta vesi poistuisi avovirtaussääntöjä noudattaen katolta, tulee poistumisaukon olla niin suuri, että yli-vyöryminen eli ylisyöksyminen voi tapahtua häiriöttä. Veden vyörymiskorkeus eli ylisyöksykorkeus tällaiseen aukkoon noudattaa yhtälöä 30 uc = ^ g · K^1, jossa uc = nopeus ylivyörymisen alkaessa hc = ylivyörymiskorkeus (kts. kuv. 1)

Erittäin laakeissa kouruissa on veden korkeus virtauksen alkamispäässä n. 3/2 · hc.

35 4 70446

Pyöreässä aukossa, jonka halkaisija on d, saadaan virtauspoikkipinta F ja vastaavasti virrannut vesimäärä Q ylivyörymiskohdassa seuraavasti 5 F = hc · π · d Q = u · h · π · d cc

Sijoittamalla edellä olevaan yhtälöön uc:n yhtälä, saadaan 10 Q:n, hc:n ja d:n riippuvaisuudeksi toisistaan seuraavasti Q = π · d · yf~g · h ^ tai 3 c

d =--Q

15 π · \/ g · h 3 '

Keksinnön ja sen mukaisen rakenteen valaisemiseksi esitetään seuraava käytännön esimerkki. Vesitettävän katto- 2 alueen pinta-alaksi otaksutaan 500 m , maksimisateeksi 20 150 1/s ha, jolloin poistettava vesimäärä on 7,5 1/s. Täl löin on sopivan poistoputken lähtösuuruus kokemuksen mukaan halkaisijaltaan n. 50 mm. Veden korkeuden ollessa virtauksen alkamispäässä 50 mm, on hc vapaassa purkaantumises-sa 33,3 mm. Näistä arvoista saadaan edellä esitettyjä kaa-25 voja käyttäen pyöreän levyn halkaisijaksi vähintään 125,5 millimetriä ja kehän pituudeksi vastaavasti vähintään 394 mm. Avovirtauksen virtausnopeus levyn reunan kohdalla on 0,57 m/s ja myös yhtä suuri kuin vesimäärä jaettuna vapaan aukon pinta-alalla. Vesivirran nopeus kiihtyy levyn 30 alla sen mukaan kun umpivirtaus syntyy niin, että veden nopeus poistoputkessa tulee olemaan n. 3,8 m/s. Virran nopeuteen vaikuttaa vesipilarin paine poistoputkessa. Esitetyllä ratkaisulla voidaan veden nopeutta kiihdyttää, kuten kokeet osoittavat, veden pintaa katolla kohottamatta ilman pyörre-35 ilmiötä ja sen mukanaan tuomaa ilman mukaan tempautumista.

Kun suurin kyseiseltä kattoalueelta poistettava vesimäärä on määrätty ja päätetty suurin sallittu ti 70446 veden korkeus virtauksen alkamispäässä - yleensä siis 50 mm - sovitetaan kattopinnan yläpuolelle ja poisto-putken päälle levy, joka on kattopinnan yläpuolella enintään korkeudella h ja jonka levyn reunan pituus 5 on vähintään yhtä suuri kuin kaavasta saadun pyöreän levyn reunan pituus. Näin mitoitettu ja sovitettu levy yhdessä umpivirtausperiaatteella mitoitetun poistoput-kiston kanssa kykenee sateen intensiteetin kasvaessa muuttamaan katolla tapahtuvan avovirtauksen portaatto-10 masti virtauksen suuntaa katolla muuttamatta umpi virtaukseksi, kun vesi avovirtaussääntöjen mukaan nousee levyn korkeuden tasoon ja laitteella pystytään poistamaan katolta sadevesi aikaisempia ratkaisuja huomattavasti pieniläpimittaisemmilla putkilla.

15 Levy voi olla, mutta sen ei tarvitse olla ehjä, koska alitettaessa jonkin verran ylivyörymiskorkeus, levyn päälle muodostuva pieni vesikerros tiivistää levyn riittävästi estämään ilman imeytymisen haittavaikutukset ehjän vesipatsaan muodostumiseksi mitoitusvesi-20 määrällä.

Oheinen piirustus valaisee kuviossa 1 veden vyörymistä putkeen tai aukkoon ja kuvioissa 2-5 keksinnön mukaisen laitteen erilaisia rakenne-esimerkkejä.

Kuviossa 1 on tasolla 1 kulkevan vesivirran 2 25 nopeus ylivyörymisen alkaessa uc ja ylivyörymisen korkeus h .

c

Kuviossa 2 on kattotasossa 1 oleva sadevesijohdon 3 aukko merkitty 4 ja aukon yläpuolelle sovitettu levy 5. Levyn etäisyys katon tasolta on enintään h .

30 Kuviossa 3 esitetään sellaista muunnosta, jossa levyn 5 reunoihin on liitetty sihtielementti 6.

Kuviossa 4 ja 5 esitetään kahta muuta laitteen suoritusmuotoa. Toisessa on levyn 5 taso taivutettu, toisessa jatkuu sihtielementti 6 kartiovaippapinnan 6 70446 tapaisesti levyn 5 reunoista kattotasoon.

Kuviossa 6 näytetään sellaista suoritusmuotoa, jossa levy on notkea ja sen muoto määräytyy levyn päällä olevan jousen puristuksesta.

5 Levy voi luonnollisesti olla muodoltaan mieli valtainen, jolloin sen reunan minimipituus määrää levyn maksimikorkeusaseman kattopintaan nähden edellä selostetun periaatteen mukaisesti.

Veden virratessa kattotason ja levyn välissä, 10 kasvaa veden nopeus putken 3 aukkoa 4 kohti edettäessä jos pinnat ovat yhdensuuntaiset, jolloin myös virtausvastus kasvaa lähtöpistettä kohti mentäessä, kuv. 2.

Tämän estämiseksi ja siis virtausvastuksen pienentämiseksi voidaan levy tai levyn alapuolella 15 oleva kattotason osa tai molemmat samanaikaisesti muotoilla sellaiseksi, että virtausnopeus lähtöpisteeseen mentäessä ei kasva, kuv. 4.

Edelleen voidaan lähtöpisteeseen, putken 3 aukkoon 4 siirtymisen aiheuttamaa muotovastusta pie-20 nentää pyöristämällä kattotason ja putken liittymäkohtaa 7, kuv. 3.

Levy tai levyn alla oleva osa, tai molemmat, voidaan myöskin muotoilla siten, että mainituissa osissa on säteettäisiä vahvistusripoja tai uria, jotka 25 samalla toimivat veden kiertämispyrkimyksen hidastajina lisäämällä veden kiertämisvirtauksen kitkaa. Kaikki edellä mainitut ratkaisut voivat esiintyä sihdin kanssa tai ilman. Levy voi edelleen myöskin olla notkea ja esim. jousilaitteilla tehty säädettäväksi eri toi-30 vomusten mukaan.

Eräänä laitteen muunnoksena on levyelementti sovitettu olennaisesti kattopinnan tasoon, jolloin veden sisäänvirtausaukko tulee olemaan lähes rengasmainen levyn reunan ja kattotason välillä. Tällöin 35 levyn reunan pituus ja aukon leveys noudattavat edellä selostettuja sääntöjä.

Claims (4)

70446

1. Katon vedenpoistolaite, jossa on veden purkaan-tumisaukko (4) siihen liitettyine vedenpoistojohtoineen 5 (3) sekä aukon yläpuolelle sovitettu, aukkoa (4) suurempi levyelementti (5), ja joka on rakennettu veden umpivir-tauksen aikaansaamiseksi vesivirran kulkiessa levyelemen-tin alla pystysuoran vedenpoistojohdon (3) aukkoa kohti, tunnettu siitä, että aukko (4) on sovitettu suo-10 raan kattotasoon (1) ja että levyelementti (5) on mitoitettu siten, että sen reunan minimipituus ja levyelementin maksimikorkeus kattotasosta (h ) vastaavat sitä vesimäärää, O joka avovirtaussääntöjen mukaan aiheuttaa korkeutta vastaavan ylivyörymiskorkeuden (h ) kyseisen reunapituuden omaa-15 valla aukolla ja jossa levyelementin (5) alla olevassa tilassa avovirtaus muuttuu umpivirtaukseksi portaattomasti vesivirran kasvaessa ja vesivirran suunnan muuttumatta.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen laite, tunnettu siitä, että levyelementin (5) välimatka katto- 20 tasoon (1) muuttuu reunalta keskelle mentäessä.

3. Patenttivaatimusten 1 ja 2 mukainen laite, tunnettu siitä, että sadevesijohdon kattotason (1) levyelementin (5) alla olevan aukon (4) reunat (7) on pyöristetty virtausvastuksen vähentämiseksi.

4. Patenttivaatimuksen 1 mukainen laite, tun nettu siitä, että levyelementissä (5) tai sen alla olevassa katon (1) osassa tai molemmissa on muotoiluja, esim. ripoja tai uria, jotka vaikuttavat kiertämisvirtauk-sen kitkaa lisäävästi.