Кровля без наледи и сосулек

Одним из неотложных требований, положенных в основу проектирования, является требование безопасности конструкции на всех жизненных циклах ее существования. Оно должно быть обеспечено не особыми условиями эксплуатации, а конструктивными решениями, которые обеспечивают безопасное состояние сооружения даже в условиях ошибочных действий обслуживающего персонала.

Если рассматривать типовые решения конструктивного оформления нижней части кровли отечественных зданий, то мы выявим основные ошибки, являющиеся причиной появления наледи и сосулек. В типовой конструкции водосточные желоба 1 (см. рис. 1) установлены с уклоном до 14 градусов к приемным воронкам водосточных труб 2, вынесенных за габариты свеса кровли 3.

Рис. 1. Данная схема кровли является причиной образования наледи и сосулек и не отвечает элементарным требованиям безопасности конструкций по следующим обстоятельствам

В зимний период снежные массы накапливаются и уплотняются на свесах кровли (пространство между водосточным желобом и кромкой крыши). Учитывая, что водосточные желоба установлены с наклоном к приемным воронкам, ширина свеса L у многих зданий может превышать 1 м. При высоте желоба Н~10 см значение массы накопленного снежного покрова (наледи) на свесе до уровня высоты водосточного желоба может составить десятки килограммов на каждый погонный метр кровли. И если для предупреждения непроизвольного падения снега с основной плоскости кровли предусмотрены различные специальные конструктивные элементы, то удержание наледи на свесе, отрезанной от основной массы скопившегося на кровле снега плоскостью водосточного желоба, осуществляется только лишь за счет сил сцепления.

Значение сил сцепления носит случайный характер и изменяется в широких пределах вплоть до нуля.

В этих условиях накопленная на краю кровли наледь должна рассматриваться как бесконтрольно закрепленный на высоте груз. И сколь бы тщательно эксплуатирующие организации не относились к выполнению своих обязанностей, несчастные случаи неизбежны. Ведь конструктивные недоработки в обеспечении безопасности конструкции особыми условиями эксплуатации компенсировать невозможно.

Кроме того, рассматривая путь отвода талых вод (образование которых неизбежно даже при идеальной вентиляции кровли) в условиях отрицательных температур воздуха, нетрудно убедиться, что данная конструкция является генератором сосулек. Талые воды с теплой поверхности кровли, расположенной над чердачным пространством, попадают на холодную часть кровли, перекрывающей карниз, и далее в холодную водосточную трубу. Замерзание воды на пути ее следования (начиная от водосточных воронок и далее вверх по водосточному желобу) неизбежно. Причина образования сосулек заложена в схеме отвода талых вод. Избавиться от сосулек можно либо через оборудование кабельного электрообогрева, либо путем изменения конструктивной схемы отвода талых вод. Никакие гидрофобные материалы, к сожалению, не помогают.

В качестве предложения нами рассматриваются три основных направления конструктивного усовершенствования кровли, с помощью которых можно избавиться от проблемы наледи и сосулек.

1. Отвод талых вод и исключение возможности их попадания на свесы кровли.
2. Снижение интенсивности таяния снежного покрова на основной плоскости кровли.
3. Снижение массы снежных осадков, накопление которых возможно на свесах кровли.

Предложение по конструктивно-схемному решению организации отвода воды с поверхности кровли представлено на рис. 2

Рис. 2. 1 - водосточный желоб; 2 - свес кровли; 3 - приемная воронка водосточной трубы; 4 - труба

В настоящее время практически на всех зданиях отечественных городов поток воды с кровли отводится в обход выступающего карниза по водосточному желобу 1 к краю свеса 2, далее в приемную воронку водосточной трубы 3, а затем в обратном направлении к закрепленной на стене здания водосточной трубе 4. На рис. 2 направление потока показано направлением стрелки S1. В предлагаемой схеме отвод талых вод осуществляется по направлению S2, не обходя выступ карниза, а проходя через него вниз. Данная конструктивная схема потребует горизонтальной установки желобов и более тщательного изготовления конструкции. Зато в данном варианте теплые талые воды сразу же направляются вниз по водосточной трубе, пронизывающей все выступающие на здании конструктивные элементы. Труба устанавливается непосредственно на стене и имеет вертикальное направление до системы подземного водостока. Тем самым до минимума сводится время отвода воды, что ощутимо снижает вероятность ее замерзания по пути следования.

На рис. 3 представлена фотография здания, в котором практически нет проблемы отвода талых вод. Водосточные желоба установлены вдоль теплой зоны поверхности крыши, а водосточные трубы, пронизывая карниз, прижаты к теплой стене здания и уходят под землю прямо в систему городского водостока. Утверждения, что такое решение для наших суровых зим непригодно, несостоятельны. Талые воды на крышах наших зданий появляются в условиях таких же температур, как и в регионах с более мягким климатом, а в периоды трескучих морозов на нормальной кровле талых вод нет. Поэтому при грамотном проектировании, когда учтены все тепловые режимы работы кровли и правильно выполнена система отвода талых вод, ничего замерзнуть не должно.

Рис. 3

Вопросам снижения интенсивности таяния снежного покрова на основной поверхности кровель посвящено много научных работ. Большинство авторов полагают, что вентиляция кровли - это панацея от всех бед. Некоторые их них даже готовы крыши зданий превратить в навес, направляя тепло, предназначенное для обогрева зданий, на обогрев улиц города. Безусловно, необходимо снижать тепловые потоки, поступающие на кровлю зданий. Но при этом следует не забывать о солнечном тепле, вклад которого в процесс таяния снежного покрова значителен. И одной вентиляцией кровли проблему наледи и сосулек не решить.

Для снижения массы снежных осадков, накапливаемых на свесах кровли, авторами предложены конструктивные решения, в основу которых положено стремление найти решение следующих проблем:
1. Ограничение объемов свеса кровли, что будет способствовать снижению накопления снежных осадков.
2. Снижение вероятности удержания снежных масс на свесах кровли.

На рис. 4 представлен вариант выполнения нижнего края крыши, позволяющий реализовать поставленные задачи. В предложенном решении используется специальное покрытие 1, выполненное из листового материала по размеру поверхности, перекрывающей пространство между нижней кромкой крыши 2 и верхней кромкой водосточного желоба 3. Данное техническое решение позволяет ограничить накопление снежных масс 4 на краю крыши за счет закрытия значительного объема над поверхностью свеса 5 между нижней кромкой крыши 2 и верхней кромкой водосточного желоба 3.

Рис. 4. 1 - специальное покрытие; 2 - нижняя кромка; 3 - верхнаяя кромка водосточного желоба; 4 - снежный покров; 5 - объем над поверхностью свеса, закрытый от накопления снежных масс

Как видно из представленного рисунка, даже при равномерном покрытии снегом поверхности кровли, объем снежной массы, накапливаемый на краю кровли, снижается на величину объема, ограниченного специальным покрытием. Кроме того, вследствие повышения угла наклона поверхности вероятность удержания снежного покрова на свесах кровли снижается. Для повышения эффективности предложенной схемы внешняя поверхность специального покрытия может быть покрыта антиобледенительным составом. Таким образом, предлагаемое техническое решение позволяет снизить вероятность накопления значительных, угрожающих безопасности людей, снежных масс.

Учитывая, что практически все свесы кровель зданий за период зимней эксплуатации разбиты и требуют ремонта, реализация предлагаемого технического решения может быть осуществлена вместо ремонта свеса и не потребует дополнительных затрат.

В настоящее время, при поддержке Российского фонда фундаментальных исследований (РФФИ), проводятся работы по поиску решений, позволяющих активными и пассивными методами воздействия на поверхность специального покрытия добиться исключения примерзания к ней влаги, что позволит полностью исключить накопления снежных масс на краю кровли.

Техническое решение, представленное на рис. 5, конечно же, не может являться единственно верным вариантом, но оно достаточно наглядно демонстрирует возможную реализацию принципа комплексного подхода к решению поставленной задачи - снижению вероятности образования наледи и сосулек. Данное предложение, в сочетании с мерами по сокращению тепловых потоков от здания к кровле, позволит полностью решить вопросы антиобледенения.

Рис. 5. 1 - поверхность ровли; 2 - стена здания; 4 - специальное покрытие; 5 - нижняя кромка кровли; 6,7 - элементы крепления специального покрытия на верхней кромке желоба; 8 - приемная горловина водосточной трубы; 9 - водосточная труба

Таким образом, системный анализ функционирования кровли в сочетании с комплексным подходом проектирования всего здания и прилегающих к нему инженерных коммуникаций позволяет полностью исключить проблемы наледи и сосулек и перевести вопросы эксплуатации зданий в планомерную реализацию технологических мероприятий, предусмотренных разрабатываемой проектными организациями эксплуатационной документацией.


Статья подготовлена при поддержке гранта РФФИ № 06-05-08070