Вы находитесь здесь:Главная»Cтатьи»Эффективный способ предотвращение образования сосулек на карнизах фальцевых металлических крыш
Четверг, 24 Январь 2013 12:36

Эффективный способ предотвращение образования сосулек на карнизах фальцевых металлических крыш

Оцените материал
(2 голосов)

Основные воздействия на кровлю: атмосферные осадки (дождь, снег, град), ветер, ультрафиолетовое излучение, озон, действие температур и перепады температур, жизнедеятельность насекомых и микроорганизмов, механические нагрузки -приводят к ее частым ремонтам и сменам по сравнению с другими конструктивными элементами зданий. 

 

В последние пятнадцать лет появились эффективные кровельные материалы, которые хорошо противостоят этим агрессивным воздействиям, а следовательно, имеют значительно больший срок службы. Вопрос же образования сосулек и наледей на карнизах фальцевых металлических кровель остается нерешенным и является актуальным до сегодняшнего дня. Начиная с 1930-х годов, выдано свыше 1500 авторских свидетельств и патентов на различные способы и приспособления для решения этой задачи. Сосульки на крышах представляют угрозу жизни людей, ущерб имуществу, автомашинам и сокращают долговечность кровель. 

Этой проблемой занимаются не только строительные и эксплуатационные организации, но и ученые различных направлений: например, в области антиобледенения самолетов, подводных лодок и др. За последние годы предлагалось множество решений по предотвращению образования сосулек на карнизах металлических кровель зданий, но ни одно предложение полностью не решает эту проблему, т.к. они энергоемки, дорогостоящи или малоэффективны. 

А.А Палей сформулировал три направления предотвращения образования сосулек: не дать талой воде попасть на холодный край крыши; снизить интенсивность таяния снега на основной площади крыши за счет обеспечения нормального тепловлажностного режима чердака; снизить массу снега (тем самым количество воды), который может накапливаться на свесах кровли. 

Таким образом, с позиции обледенения карнизов крыш зданий возникают основные проблемы: оценка состояния элементов крыши, включая перекрытия с парои теплоизоляцией, вентиляции чердака, утепления инженерного оборудования; оценка внешних факторов; расположение водосточных желобов. Первое направление реализуется сейчас в основном самым простым и эффективным способом за счет сброса снега после каждого его выпадения. 

Однако, при чистке снега с карнизов крыш происходит их пробивка и деформация, что требует последующего ремонта кровли, а также снижается ее долговечность. 

При подходе к решениям по второму направлению в основном все руководствуются следующими соображениями. Во всех нормативах по эксплуатации жилищного фонда для холодных чердаков со скатными металлическими кровлями указывается, что необходимо в таких чердаках поддерживать нормальный тепловлажностный режим (ТВР). 

Многие считают, что без обеспечения надлежащего нормативного утепления чердачного перекрытия, тепловыделяющих инженерных устройств (коллекторов отопления, расширительных баков и др.), дверей, люков и вентиляция чердачного пространства с двукратным воздухообменом нельзя отсечь проблему сосулек. 

Случайный характер ветровых воздействий на вентиляцию чердака приводит к повышению температуры на чердаке, а следовательно и к сосулькам. Однако, капель с крыш может быть и при отрицательных температурах.

 Выполнение вышеперечисленных условий решает проблему только в части недопущения конденсации влаги на металле кровли со стороны чердака. 

Даже если температура чердака совпадает с температурой наружного воздуха, т.е. соблюдается ТВР, в солнечные морозные дни происходит процесс льдообразования и появление сосулек. Даже при идеальном исполнении теплоизоляции и наличии снежного покрова всего до 10см, температурный перепад между наружным воздухом и поверхностью кровли составляет порядка 60С, т.е. при внешней температуре –50С уже возможно таяние снега и льдообразование. 

При интенсивном солнечном облучении поверхности снега на кровле или интенсивном поступлении тепла из чердачного пространства, снегу на кровле передается большое количество тепла, и он начинает таять даже при минусовых температурах наружного воздуха. Обычно независимо от уклона кровли при температуре наружного воздуха около +4 ºС устанавливается режим теплового равновесия, а затем по мере улучшения погоды тепло начинает поступать в пространство чердака снаружи. 

Элементарное приведение в порядок тепло и пароизоляции чердачного перекрытия способно уменьшить появление сосулек, что значительно дешевле активно рекламируемых способов решения проблемы с помощью нагревающих карниз электрокабелей. 

Однако, полностью решить проблему только выполнением этих мероприятий нельзя. Третье направление по снижению массы снега, который может накапливаться на свесах кровли заключается в разработке мероприятий по снегозадержанию или нагреву различных элементов и участков крыши. Снижению массы снега на карнизах крыш способствует большой уклон, но большой уклон кровли увеличивает теплопотери здания. 

Для того, чтобы не образовывались сосульки, следует или убирать снег после каждого снегопада (что и выполняется в настоящее время в Москве по распоряжению Департамента коммунального хозяйства), или нагревать водосточные пути, включая карнизы, водосточные желоба, трубы, выходы из водостоков. Уборка снега и очистка карнизов зданий приводит к разгерметизации фальцев, пробоинам, вмятинам, т.е. к протечкам и снижению долговечности кровли. 

Подогрев всех отводящих талую воду путей (некоторые фирмы рекомендуют, кроме желобов, размещать кабели еще по периметру кровли и в нижней ее части) слишком дорогой способ. Кроме того, кабели прокладывают в ендовах, вокруг выступающих конструкций (труб, мансардных окон) и в других местах наибольшего обледенения кровли. 

Избавившись подобным образом от сосулек, увеличиваются затраты на электроэнергию. С другой стороны, если не выдерживается тепловлажностный режим (ТВР) чердака, то кабель не спасет стропила и обрешетку от гниения. 

Обледенение карнизов металлических крыш зданий определяется наличием на них снега и изменчивостью во времени свойств снега (воды) в зависимости от внешних условий, из которых следует выделить прежде всего температурно-влажностные условия: температуру наружного воздуха, температуру в чердачном пространстве, вентиляцию подкровельного пространства и ветровые воздействия окружающей среды, а также состояния изолирующих слоев кровли. В этих слоях происходят значительные изменения и колебания влажности и температуры. 

Их концентрация и накопление приводят к обледенению карнизов. На процесс таяния верхнего слоя снега влияет повышение температуры наружного воздуха от 0°С и выше, или солнечные лучи при температуре ниже 0°С. Солнечное тепло вносит значительный вклад в процесс таяния снежного покрова. Как уже сказано, одной вентиляцией кровли проблема наледи и сосулек не решается. 

При таянии снега от солнечной радиации и в периоды перехода температуры через нуль снизить интенсивность льдообразования можно путем вентиляции чердачного помещения. 

Однако, исследованиями установлено, что весной и в осенне-зимний период это не дает заметных результатов. Важно отметить специфику развития рассматриваемых процессов в переходный период, т.е. когда днем уже плюсовые температуры, а ночью (причем раньше в зоне карнизного свеса, а затем – с определенным временным шагом – по плоскости ската кровли) температура опускается ниже нуля. В это время масса снега, тающего на верхней и нижней поверхности снежного слоя на кровле (соответственно примерно 1,27 и 0,28 кг/м2.ч), практически не зависит от кратности воздухообмена в чердачном пространстве, что подтверждает неэффективность вентиляции при определенных условиях.

 При солнечном облучении поверхности кровельного покрытия снег начинает таять и при низкой температуре наружного воздуха под действием теплоты стального листа кровли, нагретого солнцем. Хотя чистый снег хорошо отражает солнечное излучение, любые загрязнения приводят к резкому падению коэффициента отражения. 

Кроме того, части кровли, свободные от снега, могут иметь очень низкий коэффициент отражения, и активное таяние может происходить на границе снегового покрова. намокание и подтаивание снежного покрова является причиной изменения его теплотехнических характеристик (увеличения плотности снега), из-за чего изменяется его теплопроводность. 

Теплопроводность снега зависит от плотности, которая изменяется вследствие уплотнения при увлажнении и замерзании снега. Коэффициент теплопроводности свежего снега 0,10-0,15 Вт/мК, слежавшегося снега 0,25-0,4 Вт/мК; воды при нормальных условиях-0,6 -0,55 Вт/мК; льда 2,3 Вт/м град. 

На процесс таяния нижнего слоя снега влияет тепло, поступающее изнутри здания. Необходимые условия для таяния или скорости таяния у льда и снега различны, при следующем кратковременном и не повсеместном действии источника теплоты возможно не таяние, а, напротив, увеличение ледового нароста. Под поверхностью лежащего на кровле снега (представляющего собой хороший теплоизолятор) идет постоянное медленное подтаивание снега, причем этот процесс имеет место на всей поверхности кровли кроме самых ее краев.

 Независимо от тепловыделений кровли в результате суточных колебаний температур, когда днем наступает оттепель, а к ночи подмораживает, растаявшая вода не успевает уйти, образуя ледяные заторы. Существуют причины техногенного (нарушения ТВР) и природного характера, которые создают условия льдообразования это солнечная радиация, которая создает неравновесные условия по температуре (для средней полосы это наиболее проявляется в весенние месяцы) и суточные колебания температуры с переходом через 00С. Совокупность самых разных факторов, таких как тепловыделения кровли, ориентация здания относительно сторон света, уклон, локальная роза ветров, рельеф, наличие экранирующих объектов, таких как высокие деревья или близстоящие дома, оказывает значительное воздействие как на количество снега на крыше, так и на процесс его таяния. 

Даже у симметричной кровли потребность в количестве тепла, необходимого для таяния льда, может оказаться разной для, казалось бы, одинаковых участков, Предлагаются различные инновационные методы и технологии борьбы с сосульками: -предупреждающие, профилактические, препятствующие образованию наледей и сосулек: теплоизоляция чердаков и кровель различного конструктивного решения, включая способ «парник наоборот» изобретателя Л.Герцмана, реконструкция кровель и водостоков, применение антиобледенительных покрытий, нагрев карнизов крыш и водостоков (электрический, водяой, паровой воздушный). -фактически удаляющие образующиеся на свесах кровли сосульки и наледи: с помощью лазера, перегретого пара парогенератором, использование термокарниза по периметру из металлопластиковых труб, электроимпульсного, ультразвукового, механического («бритва для сосулек», «кишка» полимерная с воздухом, вибротросы, виброшиберы, резиновые шланги, карнизная тележка) способов. Все предложения по таким методам на практике показали себя неэффективными, сложными, дорогими, энергозатратными и быстро выходящими из строя.

 Направление по применению антиобледенительных покрытий в виде обмазки или оклейки карнизов крыш имеет как положительные, так и отрицательные свойства. Для увеличения эксплуатационного ресурса и повышения надежности конструкций, начали внедряться новые технологии и материалы. При взаимодействии воды с поверхностью кровли происходит ее смачивание. 

При краевом угле смачивания более 900 поверхность станет гидрофобной и вода быстро скатывается с нее. Кроме того при шероховатой поверхности материала с небольшим коэффициентом теплопроводности силы поверхностного натяжения будут меньше, что также способствует антиобледенению.

 По данным Международной Академии Холода (МАХ) сила сцепления водного льда с разными материалами весьма велика (так для металла ст. 3 более 0,16 МПа, бетона более 0,22 МПа, оцинкованного покрытия более 0,08 МПа) и при испытаниях на отрыв разрушалась внутренняя структура льда, а его остатки прочно сохранялись на поверхности намороженного кровельного материала. 

На поверхности пограничных молекул воды образуются сцепления молекул, создающие пленку натяжения, для разрыва которой потребуется немалая сила. Для разрыва столбика воды сечением 6,5 см2 требуется усилие в пределах 1 тс, что близко к прочности стали.

 В то же время адгезионная прочность льда с некоторыми антиобледенительными покрытиями составляет менее 0,02 МПа. Кроме того, сухой, легкий, пушистый снег имеет плотность около 100 кг/м3 и низкий коэффициент теплопроводности около 0,047 Вт/(м . ºС. Например, при наружной температуре -20ºС необходим слой снега толщиной около 0,5 м, чтобы достичь на нижней поверхности покрова температуры таяния 0ºС. 

Однако, значительная часть предложений по нанесению различных покрытий на карнизы также имеет недостатки, так как срок службы их значительно отличается от срока службы самого металла кровли, поэтому в течение жизнеспособности металлической кровли придется многократно наносить эти дорогостоящие покрытия. Увеличение толщины снегового слоя практически не дает дальнейшего снижения теплопотерь из чердачного пространства. 

По мере уплотнения снежного покрова коэффициент его теплопроводности повышается. Так, плотный спрессованный снег имеет показатель теплопроводности около 2,33 Вт/(м. ºС) при плотности 900 кг/м3. Установлено, что на покрытиях зданий чаще всего встречается снежный покров с плотностью около 250 кг/м3, имеющий коэффициент теплопроводности примерно 0,163 Вт/(м. ºС). Специфика рассматриваемых процессов приводит к тому, что снег начинает таять с краев и, возможно, по плоскости контакта снежного покрова и кровли, имеющей низкое термическое сопротивление: реальный диапазон значений от 0,035 до 0,86 Вт/(м2. ºС). 

Затем начинается таяние снежного покрова на кровле по мере: повышения температуры воздуха в чердачном пространстве; усиления солнечной радиации; повышения температуры наружного воздуха. При любом варианте талая вода постепенно пропитывает толщу снега (до 1 кг/м2.ч), быстро повышая коэффициент теплопроводности покрова. Например, слой сухого снега толщиной 20см способен впитать от 150 до 180 кг/м2 кровли. Таким образом, уплотнение снега на кровле по самым различным причинам, и поглощение талой воды работают сходным образом, повышая коэффициент теплопроводности и сводя на нет теплоизолирующие свойства снежного покрова.

 Вода обладает уникальными свойствами. Теплоемкость воды в 5-30 раз выше, чем у других веществ. 

У всех тел, кроме ртути и жидкой воды, удельная теплоемкость с повышением температуры возрастает. У воды же удельная теплоемкость в интервале, температур от 0 до 35 °С падает, а затем начинает возрастать. Теплоемкость льда на интервале от 0 до минус 20 °С в среднем 0,5 кал/ (г•°С)=2,093 кДж/кг•K, т. е. в два раза меньше, чем у жидкой воды. Удельная теплоемкость сухого воздуха-1,005 кДж/ кг•K; воды жидкость 4,183 кДж/кг•K; льда -твердое тело 2,060 кДж/кг•K; воды при 373К (100 0С)газ-2,020 кДж/кг•K. В связи со сказанным выше становится понятным, почему при одинаковом получении солнечного тепла вода в мокром снеге нагреется меньше, чем в сухом., но при этом вода во столько же раз дольше будет сохранять тепло, нежели__ металл кровли. Теплоемкость воды в переохлажденном состоянии (например, при минус 7,5 °С) на 2% выше, чем при той же температуре, но уже в кристаллическом состоянии. Отдельные молекулы воды связаны друг с другом силами притяжения, называемыми, в частности, водородными связями. При таянии льда разрывается около 15% его водородных связей, что позволяет рассматривать жидкую воду как слегка «растрескавшийся» лед. 

У воды обнаруживается аномалия: при 4 °С теплоемкость в обоих случаях одинакова и лишь с повышением температуры она становится разной. Вода в любых агрегатных состояниях представляет собой аномальную еще не расшифрованную, чрезвычайно гибкую, изменчивую равновесную структурную смесь пара, льда и жидкости, зависящую от малейших изменений: давления, температуры и разнообразных энергетических полей. В силу приведенных свойств воды одно решение противоречит другому. В ООО «Спецтеплохимзащите» совместно с кафедрой технической эксплуатации зданий МГСУ ведутся работы по использованию математического аппарата, позволяющего приблизить расчетные модели к реальным условиям, т.е. рассчитывать тепловлажностный режим эксплуатации чердака как многофакторную нестационарную систему. 

Представляет интерес рассмотрение физической, математической, технологической моделей антиобледенения металлических карнизов крыш. Эти аспекты исследований охватывают широкий круг технических, организационно-технологических и экономических вопросов, комплексная оценка которых дает путь к принятию решений по антиобледенению карнизов как сложных, зависящих от многих факторов систем. При этом выделить группу решающих факторов весьма сложно. 

Окна, балконные двери, витрины и витражи имеют небольшие нормируемые значения сопротивления теплопередаче 0,6-0,65 м2~‹С/Вт, тем самым тепловые потоки, выходящие через них и при сопутствующим им вверх ветре обеспечат ускоренное образование сосулек на карнизах крыш зданий. 

Кроме того, если при монтаже перекрытий не были утеплены их торцы, опирающиеся на наружные стены зданий, то тепло из внутренних помещений может передаваться вверх по кладке и при выходе на карниз нагревать настенный желоб, что приводит также к подтаиванию снега на карнизе, а, следовательно, и к увеличению обледенения.

 Кроме того, способом локального улучшение температурного режима карнизного свеса могут быть: уменьшение его вылета (изза малого вылета свеса карниза его температура не отличается так сильно от температуры кровли, характерной для рекомендуемого нормами размера 500-600 мм); использование более массивных конструктивных решений_ карниза, обеспечивающих повышение тепловой инерции узла в целом.

 Повышение же термического сопротивления кровли скатных покрытий экономически необоснованно.

 Решающее влияние на тепловой баланс покрытия оказывает количество тепла, поступающее сквозь толщу чердачного перекрытия и конструктивные неплотности в нем (примыкания люка, дверного полотна, технологические проницания). Вопреки распространенному мнению, что вентиляция чердака является решающим фактором формирования теплового баланса покрытия, кратность воздухообмена влияет в весьма ограниченной степени. 

Обычно устройство окон (жалюзийных решеток) во фронтонах для просушивания чердачного пространства обеспечивает кратность воздухообмена ½ в час. При более сложных схемах вентилирования обеспечивается кратность воздухообмена от 3 до 5 в час. Более высокие показатели могут быть реально обеспечены только средствами при-_ нудительной вентиляции чердачного пространства. Не менее важен тот факт, что влияние кратности воздухообмена в нем на процесс таяния снега на кровле носит ограниченный характер. Например, зимой (при среднесуточных минусовых температурах) уже при кратности воздухообмена близкой к 2 ч-1, количество тающего на кровле снега становится равным нулю. Эффективность вентилирования чердачного пространства ограничена. Оно действительно уменьшает количество талой воды (но не в переходный период). Тем самым, улучшая влажностный режим чердака, вентиляция одновременно увеличивает теплопотери здания. 

Целесообразной величиной кратности воздухообмена в чердачном пространстве следует считать 2 ч-1. Из всех имеющихся патентов заслуживают внимание способы, предложенные директором ООО «Спецтеплохимзащита» В.П.Протасовым, который предлагает комплексное решение по предупреждению образования сосулек на крышах: введение дополнительных элементов по сбору влаги в зимних условиях, использование подогрева системы водоотвода с энергосберегающим решением путем утилизации теплого воздуха здания и применение специальной оклейки карнизов для предотвращения несанкционированного схода снежных масс с кровли. 

Это самый малозатратный способ, т.к. при смене или капитальном ремонте кровли добавляется только лишь прокладка и врезка трубы Д 100-150мм в канализационную вытяжку, установка желобов с увеличенной высотой и установка металлического лотка с зимней воронкой на кровле. Срок службы крыши зависит от долговечности двух составляющих: кровли и несущей ее конструкции. Все элементы крыши неразрывно связаны друг с другом, так что потеря свойств одним из них обязательно отразится на долговечности крыши в целом. 

При широком внедрении данного метода будут решаться вопросы его оптимизации, например, определение эффективной максимальной удаленности вентиляционной шахты на чердаке от зимней воронки во избежание охлаждения теплого воздуха, проходящего по вновь проложенному трубопроводу; определение оптимальной высоты водосточного желоба; проверка влажности и температуры в опорной части чердачного перекрытия и др. 

В настоящей работе сделана попытка уйти от вентиляции подкровельного пространства и использовать конструктивные решения отвода воды после подтаивания снега. В то время установка вышеперечисленных металлических приспособлений, как и сама кровля, дает возможность получать антиобледенительную систему с равнозначными сроками службы (долговечностью). Тем более, что при плановой смене старой металлической кровли это практически не удорожает стоимость ее укладки. Данный патент опробован на крыше здания в СВАО в течение 2011/2012 зимнего периода.

 Эксперимент показал отсутствие обледенения карнизов при полном отсутствии уборки снега с крыш после снегопадов. Требуется массовое внедрение данного способа на всех металлических скатных крышах, что обеспечит безопасность жителям и их имуществу и продлит срок службы самой кровли. Считаем, что в Москве безотлагательно следует запустить программу зимней фотофиксации металлических крыш зданий, выявления зданий и сооружений, расположенных на улицах с интенсивным пешеходным движением. 

По полученным материалам принимать обоснованные решения по очередности и характеру ремонта скатных металлических крыш зданий, а в различных округах Москвы выполнить по несколько крыш по описанному патенту. 

Сокова СД., проф.МГСУ, Никифорова Е.В., магистр МГСУ, Попов И.А., студент МГСУ 

 

Прочитано 27811 раз
Авторизуйтесь, чтобы получить возможность оставлять комментарии
 

75 лет победы

Журнал Строительная орбита

05-062020

 

С Днем строителя!

131757857298605138

Спецвыпуск к X Съезду РСС

coverrss

 

Безопасные и качественные дороги

 №05-01/2019-2020

7468641

Деловая Россия. 21 век

564161

Энциклопедия "Дороги, мосты и тоннели России"

Книга-1

Все о ЖКХ

f0ecf5b9975ee5b5e29e84ccab2a7523 XL

Вакансии

Партнеры

RSS logo

Logo 179 179

1251651

stroyorbita.ru

15161651

150x15051651651

200 20066666

160х1608797

Реклама

 FV400х4002456456

 

 

 

 

  

 

Ближайшие выставки

06.08.2020

BelBUILD

18.08.2020

V Международная конференция «Российский рынок промышленных ЛКМ».

19.08.2020

II Международная конференция «Композиты России: игроки и рынки»

20.08.2020

III Международная конференция "Российский рынок клеев и герметиков: точки роста"

08.09.2020

IV Международный BIM-форум

09.09.2020

СТИМ Экспо

09.09.2020

II международная научно-практическая конференция «СВАЙНЫЕ ФУНДАМЕНТЫ: ТЕНДЕНЦИИ, ПРОБЛЕМЫ И ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ»

11.09.2020

Всероссийская конференция «Российский строительный комплекс: повседневная практика и законодательство»

15.09.2020

«МАШИНОСТРОЕНИЕ-2020»

15.09.2020

«СВАРКА И РЕЗКА 2020»

Посмотреть все события

Форма входа

Подписка

 

 

facebook-Logo

Посещение