Водосточная система: расчёт диаметров желоба и трубы

Водосточная система рассчитывается один раз, но работает десятилетиями. Ошибка в расчёте проявляется в первый же ливень: вода идёт по фасаду, размывает отмостку и попадает под фундамент. При этом расчёт здесь несложный, а запас у типовых систем получается многократный.

Ниже — как посчитать расход дождевой воды с кровли, подобрать диаметры, проверить пропускную способность и определить нужное число стояков и воронок.

Зачем считать водосток

На первый взгляд задача очевидна: вода с кровли должна куда-то уходить. Но у водостока есть три функции, и все три важны.

Отвести воду от фундамента. Без водостока вода с кровли падает на отмостку и впитывается в грунт рядом с фундаментом. Результат — подтопление подвала, морозное пучение и трещины в стенах.

Защитить фасад. Вода, стекающая по стене, разрушает штукатурку, оставляет разводы и вызывает намокание утеплителя. Отделка фасада при этом теряет вид за пару сезонов.

Убрать воду с отмостки и дорожек. Зимой вода на дорожке превращается в лёд, и по ней невозможно ходить.

Расчётный расход дождевой воды

Расход считается по тому же методу, что и для ливневой канализации, — по предельным интенсивностям.

Интенсивность дождя берётся для конкретного пункта строительства по СП 32.13330.2018. Для ориентировочного расчёта используют климатические зоны.

Площадь водосбора — это площадь кровли в плане, а не площадь скатов. Разница существенная: для кровли с уклоном 45° площадь скатов в 1,4 раза больше, чем в плане, но воды собирается столько же, сколько падает на проекцию.

Однако поправка на уклон нужна, и по другой причине: на крутых скатах ветер сдувает осадки к подветренной стороне, и вода приходит в желоб неравномерно.

Коэффициент стока для кровли принимают 0,95: почти вся вода уходит в водосток, а не впитывается и не испаряется.

Пропускная способность желоба

Желоб работает как открытое русло. Его пропускная способность считается по формуле Шези — Манинга, той же, что для самотёчных труб.

Для круглого желоба при наполнении 80 % диаметра гидравлический радиус составляет около 0,28 диаметра, а площадь живого сечения — около 0,67 от полной.

Цифры приведены для металла с полимерным покрытием, n = 0,012. Пластик даёт примерно на 8 % больше, медь — столько же, сколько пластик.

Обратите внимание: даже самый тонкий желоб пропускает в разы больше типового расхода частного дома. Поэтому диаметр желоба выбирают не по расходу, а по геометрии: длине ската, числу воронок и архитектуре.

Пропускная способность водосточной трубы

Вертикальная труба работает иначе, чем горизонтальный желоб. Вода в ней движется под действием силы тяжести, но движение осложняется тем, что труба заполнена не полностью, а воздух должен куда-то деваться.

Значения соответствуют типовой воронке с прямым стояком. Повороты, смещения и длинные отводы снижают пропускную способность: каждый отвод на 90° отнимает 5–10 %, а воронка с горизонтальным выпуском — до 20 %.

Числовой пример

Свою площадь кровли, уклон и диаметры можно подставить в калькуляторе — он считает расход дождевых вод, пропускную способность желоба и трубы, число стояков и проверяет уклон.

Дано: кровля 160 м² в плане, уклон скатов 30°, средняя полоса, желоб 125 мм при уклоне 0,5 %, водосточная труба 110 мм, металл с полимерным покрытием.

Шаг 1. Площадь водосбора с поправкой на уклон:

F = 160 · 1,1 = 176 м²

Шаг 2. Расчётный расход дождевой воды:

Q = 70 · 176 · 0,95 / 10000 = 1,17 л/с

Шаг 3. Пропускная способность желоба 125 мм при уклоне 0,5 %:

Q_желоба = 7,01 л/с

Шаг 4. Пропускная способность трубы 110 мм:

Q_трубы = 8,50 л/с

Шаг 5. Ограничивающий элемент — желоб с 7,01 л/с. Запас по расходу: 7,01 / 1,17 = 6,0-кратный.

Шаг 6. Число стояков по расходу: 1,17 / 7,01 = 0,17, округляем вверх — 1 стояк (фактически минимум один на скат).

Шаг 7. Число стояков по площади кровли: 160 / 175 = 0,91, но минимум 2 стояка. Именно площадь, а не расход, определяет их число.

Шаг 8. Оценка длины желоба по периметру кровли — 53 м. При уклоне 0,5 % перепад на этой длине составит:

H = 53 · 0,005 = 0,265 м = 265 мм

Шаг 9. Диаметр трубы в примере — 110 мм, при расходе 1,17 л/с на один стояк. Скорость воды в трубе при полном заполнении составит около 0,12 м/с — поток плёночный, и это нормально: водосточная труба почти всегда работает неполным сечением.

Число воронок и стояков

Число воронок определяется двумя условиями, и берётся большее из них.

Площадь на одну воронку — 150–200 м². Это не жёсткая норма, а практическое ограничение: при большей площади вода идёт по желобу слишком далеко, и на пути к воронке желоб переполняется.

Геометрия добавляет свои требования. Ендова собирает воду с двух скатов, и в её нижней точке нужна отдельная воронка. Если скат длиннее 10–12 м, одной воронки на него недостаточно: вода не успевает дойти.

Уклон желоба

Уклон желоба — параметр, который проверяют в первую очередь, потому что исправить его после монтажа сложно.

Норма — 0,2–0,5 %. Меньше 0,2 % делать нельзя: вода застаивается, в лужах размножается мох и водоросли, а зимой образуется лёд, который разрывает желоб.

Больше 0,5 % не рекомендуется по другой причине: при большом уклоне желоб визуально перекошен относительно линии карниза, и это заметно на фасаде. Для длинных скатов компромисс — 0,3–0,4 % с двумя воронками по краям вместо одной в середине.

При длине 53 м и уклоне 0,5 % перепад составит 265 мм — это заметная величина. Именно поэтому кронштейны крепят с расчётом: первый у воронки, последний у противоположного края, а между ними — с равным шагом.

Материал системы

На пропускную способность материал почти не влияет: разница между пластиком и металлом — около 8 %, и она перекрывается запасом в разы. Выбор определяется климатом и бюджетом.

Для регионов со снежными зимами важнее другое: кронштейны должны быть рассчитаны на снеговую нагрузку. Пластиковый желоб на пластиковых кронштейнах с шагом 60 см не выдержит схода снега с металлической кровли. Шаг крепления 40 см и металлические кронштейны решают эту проблему.

Куда отводить воду

Точка сброса определяет, куда попадёт вся собранная вода, и выбирать её нужно вместе с расчётом водостока.

Сброс воды прямо под фундамент недопустим при любом варианте: это возвращает воду туда, откуда её уводили. Минимальное решение — отвод на 1,5–2 м от стены с уклоном от дома.

Как считать ливневую сеть, которая принимает воду от водостока, — в статье про ливневую канализацию. Требования к уклону самотёчных труб разобраны в статье про уклон труб.

Частые ошибки

Расчёт по площади скатов вместо площади в плане. Площадь скатов при уклоне 45° в 1,4 раза больше, и расход завышается на ту же величину. Водосток получается переразмеренным, а лишние деньги уходят в диаметры, которые не влияют на работу.

Одна воронка на весь дом. Экономия на трубах оборачивается переливом желоба на дальнем скате. Минимум две воронки, и по одной на каждую ендову.

Уклон меньше 0,2 %. Вода застаивается, желоб зарастает мхом, зимой лёд разрывает металл. Исправить уклон после монтажа почти невозможно — кронштейны уже закреплены.

Кронштейны с шагом 60–80 см. Под снеговой нагрузкой желоб провисает, и в провисах стоит вода. Шаг 40–50 см для металла и 30–40 см для пластика.

Отсутствие компенсаторов. Пластиковый желоб меняет длину при перепаде температур: 4 м желоба дают до 3 мм хода. Без компенсатора в месте стыка появляется трещина.

Сброс воды под фундамент. Водосток собран, трубы выведены, а вода льётся у самой стены. Вся работа системы сводится к нулю.

Отсутствие снегозадержателей над водостоком. Снег сходит пластом и срывает желоб вместе с кронштейнами. Ремонт обходится дороже, чем установка снегозадержателей.

Частые вопросы

Как рассчитать диаметр желоба для водостока?

Через расход дождевой воды. Для кровли 160 м² в средней полосе расчётный расход составляет около 1,2 л/с, а желоб 125 мм при уклоне 0,5 % пропускает 7 л/с. То есть даже минимальный типоразмер даёт шестикратный запас — диаметр желоба выбирают не по расходу, а по геометрии кровли и числу воронок.

Сколько водосточных труб нужно на кровлю?

По площади: одна воронка обслуживает 150–200 м², но не менее двух на дом. По расходу труб нужно меньше, чем по площади. Ограничитель — не пропускная способность, а геометрия: вода не должна идти по желобу через весь скат.

Какой уклон нужен для желоба?

Норма 0,2–0,5 %, то есть 2–5 мм на метр желоба. При уклоне 0,5 % на 50 м желоба перепад составит 250 мм — это заметная величина, которую учитывают при монтаже кронштейнов. Меньше 0,2 % делать нельзя: вода застаивается, зимой образуется лёд.

Почему вода переливается через край желоба в ливень?

Причин три. Первая — засорение: листва и хвоя сокращают живое сечение. Вторая — недостаточное число воронок: вода не успевает дойти до стояка. Третья — завышенная площадь водосбора на одну воронку. Пропускная способность самой трубы здесь виновата реже всего.

Нужно ли учитывать уклон кровли при расчёте водостока?

Да, и не только по площади скатов. На крутых кровлях ветер сдувает часть осадков к подветренной стороне, и вода приходит в желоб интенсивнее. Поправка составляет от 1,0 для плоских кровель до 1,3 для кровель круче 45°.

Из какого материала лучше водосточная система?

Металл с полимерным покрытием — компромисс по цене и жёсткости, пластик — дешевле и проще в монтаже, но хуже держит снеговую нагрузку, медь — самая долговечная и дорогая. Коэффициент шероховатости у всех близкий, на пропускную способность материал почти не влияет.

Заключение

Водосточная система рассчитывается от расхода дождевой воды, но запас у типовых диаметров получается многократный. Настоящие ограничения лежат не в гидравлике, а в геометрии: сколько воронок нужно на скаты, какой уклон выдержан и как часто закреплены кронштейны.

Порядок работы: определить площадь кровли в плане и поправку на уклон, взять интенсивность дождя для своего региона, посчитать расход, проверить пропускную способность желоба и трубы при принятом уклоне, определить число воронок по площади и геометрии, выбрать точку сброса и предусмотреть снегозадержатели.

Главное, что стоит запомнить: число воронок определяется площадью и геометрией кровли, а не пропускной способностью труб, а уклон желоба не может быть меньше 0,2 % ни при каких условиях. Дальше по цепочке: защита водостока от снега — в статье про снегозадержатели; приём воды и отвод с участка — в статье про ливневую канализацию; уклоны самотёчных труб с расчётом скорости — в статье про уклон труб; а утепление кровли, с которой вода собирается, — в статье про утепление кровли.