Gefälle für Schwerkraftablauf
Gefälle: Die Geometrie des Schwerkraftflusses
Im Gegensatz zu Zufuhrrohren (die Druckpumpen verwenden) verlassen sich Abwasser-Lüftungsrohre (DWV) auf Schwerkraft. Das Rohr muss von jeder Armatur zur Kanalisation abfallen, und die Neigung muss präzise kontrolliert werden.
Gefälle ist das Verhältnis zwischen Höhenunterschied (vertikalem Gefälle) und Lauflänge (horizontaler Entfernung), ausgedrückt in Zoll Gefälle pro Fuß Lauflänge.
Standardgefälle nach Rohrweite:
- Rohre 3 Zoll und kleiner: 1/4 Zoll pro Fuß (2,08% Gefälle, 1,19 Grad)
- Rohre 4 Zoll und größer: 1/8 Zoll pro Fuß (1,04% Gefälle, 0,60 Grad)
Warum nicht steiler? Das überrascht die meisten Menschen. Wenn das Rohr zu steil ist, beschleunigt sich das Wasser und rauscht vor den Feststoffen davon. Die Feststoffe bleiben zurück, trocknen aus und verstopfen das Rohr. Ein richtig neigtes Rohr erhält die Selbstreinigungsgeschwindigkeit: schnell genug, um Feststoffe zu transportieren, aber langsam genug, damit Wasser und Feststoffe zusammen fließen.
Warum nicht flacher? Wenn das Gefälle zu schwach ist, haben weder Wasser noch Feststoffe ausreichende Geschwindigkeit. Feststoffe setzen sich ab und sammeln sich, bis das Rohr verstopft ist.
Der optimale Bereich ist eng: zwischen etwa 1 und 4 Fuß pro Sekunde Fließgeschwindigkeit.
Gefälle berechnen
Sie verlegen eine 2-Zoll-Ableitungsleitung von einem Badezimmerbecken zum Hauptstapel. Die horizontale Lauflänge beträgt 14 Fuß.
Winkel und Fließpfade
Rohrverschraubungen: Geometrie bestimmt den Fluss
Jeder Richtungswechsel erfordert eine Verschraubung, und jede Verschraubung wird durch ihre Geometrie definiert.
Standard-Verschraubungswinkel:
- 90-Grad-Bogen (Viertelbogen): ändert die Richtung um einen rechten Winkel
- 45-Grad-Bogen (Achtelbogen): ändert die Richtung um 45 Grad
- 22,5-Grad-Bogen (Sechzehntelbogen): eine sanfte Richtungsänderung
- Y-Verbindung (Y-Abzweigung): verbindet zwei Rohre in einem 45-Grad-Winkel
- T-Stück (T-Verbindung): verbindet zwei Rohre in einem 90-Grad-Winkel
DWV vs. Druckarmatur: Hier ist Geometrie am wichtigsten:
- DWV (Abwasser-Lüftungs-)Armaturen verwenden Langbögen mit graduellen Kurven. Ein Langbogen-90 hat einen sanften Radius: Feststoffe und Abwasser können die Kurve folgen, ohne sich an der Drehung aufzuhäufen. Der innere Radius beträgt typisch 1,5 mal den Rohrdurchmesser.
- Druckarmaturen (Zufuhrleitungen) können Kurzradiusbögen verwenden, weil das Wasser unter Druck steht und unabhängig von der Geometrie um die Ecke gepresst wird.
Bei DWV-Arbeiten ist ein Standard-90-Grad-Bogen für horizontale Richtungswechsel tatsächlich verboten. Sie müssen entweder einen Langbogen-90 oder zwei 45-Grad-Bögen mit einem kurzen Rohrstück dazwischen verwenden.
Die richtige Verschraubung auswählen
Sie müssen eine horizontale Küchenableitungsleitung mit einem vertikalen Stapel verbinden (nach unten gehend). Dann am Boden des Stapels müssen Sie von vertikal auf horizontal wechseln, um zur Hauptkanalisation zu laufen.
Trigonometrie in der Praxis
Rohrversätze: Wo Trigonometrie auf Rohrleitungen trifft
Wenn ein Rohr seitwärts bewegt werden muss, um ein Hindernis (einen Balken, ein anderes Rohr, Kanalsystem) zu umgehen, erstellt der Installateur einen Versatz mit zwei Verschraubungen desselben Winkels.
Der Versatz ist ein Z-förmiger Umweg: Das Rohr neigt sich zu einer Seite, verläuft diagonal (Lauflänge), und neigt sich dann zurück zur ursprünglichen Richtung.
Die Geometrie ist ein rechtwinkliges Dreieck:
- Versatz = die senkrechte Entfernung, die das Rohr seitwärts bewegt (Gegenkathete des Winkels)
- Lauflänge = die diagonale Länge des Rohrs zwischen den zwei Verschraubungen (Hypotenuse)
- Spanne = die horizontale Entfernung, die der Versatz verbraucht (Ankathete)
Die Beziehung: Versatz = Lauflänge x sin(Winkel). Umgestellt: Lauflänge = Versatz / sin(Winkel).
Für gebräuchliche Verschraubungswinkel merken sich Installateure Multiplikatoren:
- 45-Grad-Verschraubungen: Lauflänge = Versatz x 1,414 (weil 1/sin(45) = √2 = 1,414)
- 22,5-Grad-Verschraubungen: Lauflänge = Versatz x 2,613 (weil 1/sin(22,5) = 2,613)
- 60-Grad-Verschraubungen: Lauflänge = Versatz x 1,155 (weil 1/sin(60) = 1,155)
Der 45-Grad-Versatz ist bei weitem am häufigsten. Jeder Installateur hat 1,414 in das Gedächtnis eingebrannt.
Einen Versatz berechnen
Sie verlegen eine 3-Zoll-Ableitungsleitung horizontal in 48 Zoll Höhe über dem Boden. Ein Stahlträger kreuzt senkrecht Ihren Weg, und Sie müssen das Rohr 10 Zoll absenken, um darunter hindurchzupassen, und dann auf die ursprüngliche Höhe zurückbringen.
Durchmesser, Fläche und Mannings Gleichung
Rohrweite: Wie Geometrie die Kapazität bestimmt
Zufuhrrohre werden nach Durchsatzrate (Gallonen pro Minute) und Druck bemessen. Aber Ableitungsrohre werden nach einem Einheitensystem namens Drainage Fixture Units (DFU) bemessen.
Jede Sanitärarmatur erhält einen DFU-Wert basierend auf ihrem Abflussvolumen:
- Waschbecken (Badezimmer): 1 DFU
- Badewanne: 2 DFU
- Dusche: 2 DFU
- Küchenspüle: 2 DFU
- Toilette (WC): 3–4 DFU
- Waschmaschine: 2 DFU
DFU-Summen werden über Codetabellen auf minimale Rohrdurchmesser abgebildet. Mehr DFU = mehr möglicher Durchsatz = größeres Rohr erforderlich.
Die zugrunde liegende Geometrie: Mannings Gleichung berechnet den Durchsatz in teilweise gefüllten Rohren. Sie verwendet den hydraulischen Radius: eine rein geometrische Eigenschaft, definiert als die Querschnittsfläche des fließenden Wassers geteilt durch den benetzten Umfang (der Teil der Rohrwand, der Wasser berührt).
Ein halbvolles Rohr hat den besten hydraulischen Radius für seinen Durchmesser. Dies ist die Auslegungsbedingung für Ablauf: DWV-Rohre werden bemessen, um bei Spitzendurchsatz ungefähr halbvoll zu laufen.
Hydraulischer Radius
Betrachten Sie ein 4-Zoll-Durchmesser-Ableitungsrohr, das genau halbvoll läuft.