Сосульки на свесах скатной кровли: механизм образования и методы борьбы с ними

Время на прочтение 24 мин Количество просмотров 9.2K Занимательные задачки Научно-популярное Физика Урбанизм Инженерные системы *

Островерхая скатная и плоская крыша дома в ИЖС: Битва архаично-романтичного  «дизайна» с инженерной рациональностью.

Крыша дома в частном секторе- это не только инженерное сооружение, но и главный элемент внешнего вида здания в целом.

Если учесть, что частный дом в значительной степени строят ради «показать себя», то его крыша становится скорее ярмаркой тщеславия, чем ответственной инженерной конструкцией. (см.рис.1.)

рис.1

Рис. 1. Яркий пример вычурной скатной крыши с большими проблемами при эксплуатации.

В малоэтажном строительстве подавляющее количество заказчиков выбирают себе скатную кровлю различной конфигурации, при этом плоскую кровлю отвергают на основании тезиса : «Дом с плоской кровлей плохо смотрится».

Я готов согласится, что одноэтажный дом в 120м2 с дорогой островерхой черепичной крышей какого-нибудь пряничного домика  (см.рис.2) смотрится значительно привлекательнее, чем очень скучный  утилитарный одноэтажный дом-квартира под плоской кровлей (см.рис.3-5).

 

рис.2

Рис.2. Привычные одноэтажные дома с островерхими скатными крышами.

рис.3

Рис.3.  Вид на «скучный фасад» одноэтажного дома с плоской кровлей.

рис.4

Рис.4. Вид сверху на «скучный фасад» одноэтажного дома с плоской кровлей и внутренним водостоком, где водоприёмная воронка спрятана под слоем гравийного баласта на крыше.

 

рис.5

Рис.5.  Вид сверху на реальный одноэтажный дом с плоской кровлей. Водоотведение  с кровли выполнено через внешние водосточные трубы на фасаде. Внешние трубы водостока будут обмерзать до полного перекрытия льдом, так что на крыше будет стоять слой жидкой воды под слоем снега при слабо отрицательных температурах на улице.

В тоже время у  плоской кровли просто не возникает  тех проблем, с которыми придётся бороться хозяевам островерхих скатных кровель.

Надо уточнить, что я рассматриваю проблемы ИЖС в центральной России на примере  Подмосковья, где сам проживаю.

Перечислим проблемы со скатной кровлей, которые связаны  с осадками зимой  и летом:

1. Скопление снега зимой на кровле.

2. Сход снега с кровли большими пластами в оттепель и по весне.

3. Системы сбора воды с кровли в сильный дождь (переполнение лотков).

4. Поломки и снос желобов  водостока при сходе снега большими пластами.

5. Образование сосулек на свесах кровли в оттепель.

Сразу скажу, что у плоской кровли этих проблем практически нет.

Собственно по причине этой «беспроблемности» плоские кровли массово используют в современном индустриальном строительстве как в многоквартирных высотных жилых домах, так и в производственных или офисных зданиях.

Скопление снега на кровле

Скопление снега на кровле создаёт весьма значительную нагрузку, которую надо учитывать при сооружении кровли любого типа.(см.рис.6-8.)

рис.6

Рис. 6. Пример скопления снега на скатной крыше  с малым уклоном в средней полосе РФ. На плоской кровле такой слоя является расчётной нагрузкой и не подлежит  чистке никогда.

рис.7а

рис.7б

рис.7в

Рис.7-а-б-в. Аномально толстый слой снега, который обязательно надо убирать с крыши, чтобы сверхрасчётный  слой снега не раздавил дом. Такие  толстые слои снега характерны  для горных районов.

рис.8

Рис.8. Неравномерное покрытие скатной кровли снегом из-за ветрового наноса снега, с выпадением его толстым слоем в аэродинамической тени кровли. Такие наносы происходят обычно  в областях с преобладанием одного направления ветра.

В плоской кровле обычно  используют бетонные плиты перекрытия, которые изначально закладывают с учётом нагрузки от  максимально возможного слоя снега в данном регионе. Снег с плоских кровель не чистят вовсе.

При недостаточной прочности конструкций в расчёте на снеговую случаются обрушения и заведомо неочищаемых плоских кровель и навесов. .(см.рис.9)

В случае со скатными кровлями в ИЖС обычно используют деревянные конструкции каркаса кровли, которые сильно сложнее в расчётах и гораздо капризнее в монтаже и при дальнейшей эксплуатации.

При ручном строительстве высокой стропильной системы для скатной кровли из досок и брусьев гораздо легче накосячить, чем при  укладке краном стандартной бетонной плиты заводского изготовления.(см.рис.10)

рис.9

Рис. 9. Последствия обрушения навеса у подъезда дома в результате  его перегрузки толстым слоем  снега.

рис.10

Рис. 10. Последствия обрушения  скатной кровли с  уже одряхлевшим старым деревянным каркасом в результате  перегрузки толстым слоем  снега.

Сход снега с крыши

Если скатную кролю не чистить, то снежный пласт в оттепель может сойти с наклонного ската кровли большим куском. При падении такого пласта может сильно пострадать всё, что попадётся на его пути.  (см.рис.11-15)

Этими «пострадавшими»  обычно оказываются автомобили хозяев дома, сами хозяева дома или посаженные хозяевами дома садовые растения.

Дополнительно при сходе снега повреждаются элементы  самой кровли, которые  не были рассчитаны на столь большую нагрузку от сходящей снежной  лавины. Так могут быть снесены с кровли водоотливные желоба и лотки, а также установленные  на крыше дома трубы и антенны.

рис.11

Рис.11.  Момент падения снежного слоя с крыши. В зоне риска растущие у здания деревья и люди рядом с домом.

рис.12

Рис.12. Момент схода снежного слоя со скатной  крыши малого уклона. В зоне риска стоящий у здания автомобиль «скорой помощи» и люди вокруг него.

рис.13

Рис.13. Момент падения снежного слоя с крыши на людей и козырёк  подъезда дома.

рис.14

Рис.14. Момент падения снежного слоя с крыши на людей у подъезда жилого дома.

рис.15

Рис.15. Результат схода пласта снега с крыши на припаркованный у дома автомобиль.

Образование сосулек

Характерной чертой скатных крыш является образование сосулек на свесах кровли.

Сосульки- это практически неустранимое зло у скатных кровель, а борьба с ними- это дорогое и энергозатратное занятие.

Сосульки образуются как после оттепели, так и при  постоянном минусе на улице.

Сосульки растут когда возникает ситуация подтаивания нижнего слоя снега от контакта с тёплой крышей над более тёплым пространством «холодного» чердака, оказавшимся в плюсовой температурной зоне.

Вода из растаявшего снега стекает под слоем нерастаявшего снега по скату кровли на открытый всем ветрам свес кровли, где и замерзает тонким слоем, наращивая очередной слой сосульки. (см.рис.16-20.)

рис.16

Рис.16. Схемы тепловых потоков в кровле при  отрицательных температурах  на улице и положительных температурах на «холодном чердаке», что приводит к таянью снега в нижних слоях в контакте с кровлей и образованию наледи и сосулек на внешних промороженных свесах кровли.

рис.17

Рис.17. Чуть более точная схема таянья снега на кровле при  отрицательных температурах  на улице и положительных температурах в «холодном чердаке». Там происходит таянье снега в нижних слоях снега на крыше от контакта с тёплой кровлей. Жидкая вода под слоем  снега стекает по  кровле с плюсовой температурой и образует водяной водоём под слоем снега на краю кровли, запруженного валом наледи и сосулек на внешних промороженных свесах кровли.

рис.18

Рис.18. Схемы разных вариантов тепловых потоков в кровле и на чердаке, приводящих к таянью снега в слоях снега на кровле  с образованием наледи и сосулек на внешних свесах кровли и протечек в кровле. Нижний вариант показывает влияние яркого весеннего солнца, которое способно плавить  снег на южных склонах кровли даже при отрицательных температурах на улице. Прямые солнечные лучи на кровлю способны поднять температуру крыши на несколько десятков градусов. В летнее время чёрные крыши и асфальт на дорогах может разогреваться  до +70С, то есть выше болевого порога  человеческой кожи. Для борьбы с таким летним перегревом  плоской кровли на промышленных предприятиях плоскую крышу преднамеренно заливают водой, затыкая сливные отверстия на кровле, тем самым создавая мелкий несливаемый бассейн, который охлаждается интенсивным испарением воды с поверхности.

рис.19

Рис.19.  Пример интенсивного роста сосулек на плохо утеплённой навесной крыше над условно «тёплым» застеклённом балконом (проветривание  комнаты через постоянно открытую дверь на   застеклённый балкон). Пытаясь защититься от схода снега на свой балкон, хозяин балкона сделал неутеплённый козырёк и застеклил балкон. Тем самым он создал условия для интенсивного плавления снега на козырьке над своим балконом, что привело к не менее интенсивному росту сосулек над его импровизированной крышей.

рис.20

Рис.20. Момент падения огромных  сосулек с крыши (вместе с водосборным жёлобом)  . В зоне риска стоящий у здания автомобили и люди на тротуарах рядом с домом.

Таянье снега на кровле

Снег на кровле тает, и этот процесс мы не можем остановить.

Даже самая лучшая теплоизоляция кровли не остановит  плавление снега уже при слабом минусе на улице.

Этому способствует собственные теплоизоляционные свойства толстых слоёв снега, которые работают как дополнительный утеплитель кровли, создавая значительный перепад температуры по толщине слоя снега на крыше.(см.рис.21-23.)

рис.21

Рис. 21. Роль теплоизоляционных свойств снега в природе.

рис.22

Рис. 22. Теплопроводность  и теплоёмкость  льда и снега различной плотности. Теплопроводность снега уменьшается пропорционально снижению его плотности относительно ледяного массива, причём теплопроводность снега резко падает в два раза при незначительном снижении плотности снега до 800кг/м3 от плотности ледяного глыбы с плотностью 917кг/м3.

рис.23

 Рис.23. Теплопроводность  и теплоёмкость различных  строительных материалов. При сравнении  этих материалов со снегом видно, что слой слежавшегося снега на крыше  в зависимости от его плотности (200-400 кг/м3) будет эквивалентен  по теплопроводности слою дерева или керамзитобетона  той же толщины.

Снег, особенно свежевыпавший, — это хороший теплоизолятор.

У свежевыпавшего снега с плотностью 0,12… 0,20 г/см3 коэффициент теплопроводности К тп = 0,1—0,15 Вт / м • К (на уровне минеральных утеплителей типа лёгких газобетонов).

 Однако по мере слёживания до плотности 0,40… 0,6 г/см3 коэффициент теплопроводности вырастает  даже до 0,6—0,7 Вт/м•К.

Так  к весне слой слежавшегося снега толщиной 400мм с плотностью 350кг/м3 (самая распространённая плотность слежавшегося снега) имеет теплопроводность около 0,3 Вт/м*С, что соответствует тепловому сопротивлению:

R=0,4/0,3=1,33м2/Вт*С.

По современной норме сопротивление кровли должно быть  около :

R=4 м2/Вт*С.

 Что при перепаде температур от +21С в помещении до минус -3С на улице создаёт тепловой поток:

Q=(21+3)/4= 6 Вт/м2

Тогда при  среднем тепловом потоке через  утеплённое перекрытие около 6 Вт/м2 при уличной температуре чуть ниже нуля на внутренней поверхности слоя снега должна быть температура выше уличной на величину:

 дТ=6/1,33=4,5С.

То есть  уже при уличной температуре минус -4С  и выше  нижний слой снега на границе с кровлей окажется в плюсовой зоне и  начнёт таять, тогда как слой снега сверху ещё имеет отрицательную температуру и проморожен до прочности единого ледяного куска (см.рис.24.)

рис.24

Рис. 24. Сдвиг  толстого слоя промороженного снега единым пластом по  тонкому слою жидкой  воды на  металлической гладкой скатной кровле. Гидроклин образовался под промороженным монолитным слоем снега  в зоне контакта снега  с тёплой кровлей.

При этом талая вода будет стекать под слоем снега в сторону карниза, где  будет вытекать на промороженный с обеих сторон свес кровли.

На промороженном карнизе кровли талая вода будет снова замерзать с образованием ледяного вала и сосулек на нём.

Приведённый расчёт актуален для относительно современных домов, построенных за последние 30 лет.

В тоже время скатные кровли многоквартирных жилых домов относятся в большей  степени к старому жилому фонду, где  утепление  перекрытий было в 2-3 раза слабее, чем по современному нормативу.

Так при сопротивлении утеплённого перекрытия  R=1,5м2/Вт*С  (это соответствует  слою засыпки 250мм из опилок с известью) режим таянья снега  на кровле будет возникать не только в слабом минусе на улице, но даже при существенных морозах до минус-20С.

При  засыпании крыши дома слоем снега в 30-40см  суммарное сопротивление кровли и  перекрытия составит уже величину сопротивления:

 R=(1,5+1,5)=3 м2/Вт*С .

Это приведёт чердачное пространство в положение среднего слоя между равными слоями утеплителя.

При этом температура на чердаке станет равной середине между уличной и внутренней  температурой в помещении.

Таким образом, если считать внутреннюю температуру помещения около +22С, то температура на чердаке станет плюсовой уже при минус-21С на улице.

рис.25

Рис. 25. Два дома с разными слоями снега на крыше. Ближний дом нежилой, снег над ним не таял. Дальний дом жилой и слой снега на крыше сильно меньше, так как над тёплым чердаком он тает и испаряется равномерно в течении всей зимы. Также заметна разница толщины слоя на южном и северном скате дальнего жилого дома, хотя снег не чистят ни на одном из скатов кровли, так как по шиферным крышам никто в здравом уме ходить и  шкрябать лопатами не будет.

То есть интенсивное образование сосулек на скатных кровлях домов старой постройки идёт вовсе не только в оттепель и при слабом морозце, но и в случае достаточно сильных морозов, если крыша покрыта  толстыми слоями снега.

Особенно сильно растут сосульки в старых домах со скатной кровлей с так называемым «тёплым чердаком», куда выводят вентиляцию из  квартир дома, тем самым создавая заметный перепад температуры между  пространством чердака и улицей (см.рис.26.)

рис.26

Рис. 26. Различные варианты обустройства вытяжной вентиляции в сочетании с чердаком: а- «холодный чердак» с выбросом вентиляции напрямую на улицу; б- «тёплый чердак» с утеплённой кровлей (хороший вариант , так как нет конденсата из вытяжного воздуха на внутренних поверхностях кровли); в- «тёплый чердак» с неутеплённой кровлей  и выбросом вытяжного воздуха  в объём чердак с общим выходом на улицу через единую трубу и боковые окна (плохой вариант , так как идёт интенсивное выпадение конденсата из вытяжного воздуха на внутренних поверхностях кровли и  быстро растёт наледь с сосульками на свесах крыши) ; г- «тёплый чердак» с  утеплёнными стенками, неутеплённой кровлей  и выбросом вытяжного воздуха  в объём чердак с общим выходом на улицу через единую трубу (плохой вариант  по типу (в) с конденсатом и сосульками).

 

Тёплые чердаки устраивают для того, чтобы можно было объединять потоки воздуха из разветвлённых сетей вытяжной вентиляции в объёме общего чердака  с последующим  выходом воздуха в общие вытяжные трубы на кровле. Тёплый чердак позволяет не дырявить кровлю отдельными  многочисленными трубами малого диаметра как на примерах крыш ниже  (см.рис.27-28)

рис.27

Рис. 27. Кровля с «холодным чердаком»  в ИЖС. Вентиляция выполнена отдельными воздуховодами  без объединения вентиляции  в общую трубу на чердаке.  Кровля выполнена из гофролиста по крайне редкой  обрешётке снизу, на которую невозможно сверху поставить никакой тяжёлой и прочной трубы. Видны открытые продухи под свесами кровли. Слои минераловатной  теплоизоляции  по перекрытию сверху ничем не закрыты, что позволяет им быстро  просыхать при протечках кровли  и не накапливать конденсат  при выходах пара из тёплого помещения зимой через некачественную пароизоляцию снизу.

 

рис.28

Рис.28.  Кровля в ИЖС без объединения вентиляции  в общую трубу на чердаке. Слева виден край отдельной дымовой трубы от котла или камина.

Борьба с образованием сосулек

Чтобы снег не таял на скатной кровле при минусовых температурах обычно рекомендуют убирать снег со скатных кровель, хотя это дорого и ведёт к повреждению кровли ногами самих чистильщиков  и их инструментом (скребки и лопаты), что приводит  к порче крыши с последующим появлением протечек.

В случае с плоской кровлей толстый слой снега  также является дополнительным утеплением, добавляя свой вклад в энергетическую эффективность теплоизоляции кровли. При  этом растаявший снег  в виде талой воды беспрепятственно стекает  под слоем ещё твёрдого снега в сторону внутреннего водостока.

 Водосточный жёлоб или водоприёмная воронка в середине  плоской кровли тоже  находится целиком в плюсовой зоне и беспрепятственно принимает талую воду без образования сосулек и ледяных пробок в  водосточных трубах. (см.рис.29-30.)

Таким образом, таянье нижних слоёв снега на плоской кровле не создаёт негативных последствий в виде сосулек, а потому убирать снег с плоских кровель вообще не рекомендуется.

рис.29

Рис.29.  Разрез одного из вариантов исполнения  плоской кровли с внутренним водостоком. В данном случае крыша жилого дома выполнена в виде плоской утеплённой кровли над техническим «тёплым чердаком». Данную конструкцию можно также рассматривать как  вариант исполнения  скатной кровли с обратным изломом и центральным сборным лотком. Водосборный лоток находится в середине кровли в значительно заниженном положении, что создаёт над ним большую толщину снежного покрова, тем самым создавая над лотком оттаянную зону  с плюсовой температурой под  снежным куполом.

рис.30-а

рис.30-б

рис.30-в

Рис. 30-а-б-в. Фото лотковой плоской кровли. В отдельных секциях водосборных лотков видны  небольшие водоприёмные отверстия. На кровлю выведены прямоугольные общие вытяжные шахты  из «тёплого чердака».

Роль «холодного чердака» в кровлях домов

Можно сказать, что наличие хотя бы низенького технического чердака является жизненной необходимостью для правильной работы даже плоской кровли.

Так  неотапливаемый холодный чердак для кровли-  это тот же вентилируемый зазор, как и у навесных фасадов.

Скатная кровля над холодным чердаком- это всего лишь вентилируемый фасад на не совсем вертикальной стене.

Плоская  кровля над холодным чердаком- это всего лишь вентилируемый фасад на  совсем не вертикальной стене.

Устройство плоской кровли без чердака-  это значительно дешевле, чем строить две параллельные несущие конструкции:  кровля для удержания снега и  чердачное перекрытие для удержания  людей и теплоизоляции.

Но бесчердачная плоская кровля также нуждается в просушке утеплителя, как и внешняя теплоизоляция фасадов, так как в кровельную теплоизоляцию может просачиваться вода сверху через некачественную наружную гидроизоляцию,  или в теплоизоляции конденсируются пары воды, которые проникают  зимой снизу из тёплого помещения через некачественную пароизоляцию.

От таких вторжений воды  в слои теплоизоляции необходимо избавляться, что обычно обеспечивается  через наружные вентилируемые зазоры. Именно таким вентиляционным зазором  над горизонтальным  слоем теплоизоляции чердачного перекрытия является «холодный чердак».

Для бесчердачной плоской кровли придуманы специальные устройства для  просушки теплоизоляции во время летней жары (см.рис.31-32.)

рис.31

Рис. 31. Вид на свежеуложенную плоскую кровлю без чердака. Уклоны очень малы и почти незаметны, но  они есть. Уклоны кровли выполнены в сторону водоприёмных воронок: одна на переднем плане, вторая видна в дальнем углу кровли. По середине кровли установлен  ряд «вентиляционных грибков», через которые происходит отвод водяных паров из слоёв утеплителя под гидроизоляцией. Через эти «грибки» в летнюю  жару интенсивно уходят пары воды, накопившиеся в утеплителе за зиму от конденсации водяных паров из помещения в холодных  слоях утеплителя. «Грибки» выполняют роль холодного чердака или вентиляционного зазора навесного фасада.

рис.32

Рис.32.  Иллюстрация из методички по установке «вентиляционных  грибков»- Аэраторов на плоской  кровле.

Меры борьбы с проблемами скатных кровель

Снегозадержание

В качестве мер борьбы с падением больших масс снега с кровли предлагают устанавливать системы механического  удержания  снега, а именно  ряды  маленьких заборчиков на краю кровли или по всей кровле, если она очень большая. (см.рис.33-35.)

рис.33

Рис. 33. Система снегозадержания на краю кровли. Под поперечным брусом «снегостопера» вода свободно стекает в сторону водоприёмного лотка.

рис.34

Рис.34. Схемы установки различных снегозадерживающих устройств на  скатных кровлях.

рис.35

Рис.35. Очень толстый снега на достаточно крутой кровле с многорядными  линейными снегостоперами по всей крыше. Снег с крутого ската сошёл только на крайнем свесе, где снегостопера нет. Целесообразность такого решения под большим вопросом, так как крыша явно перегружена снегом, и возникает вопрос к целям устройства островерхой крыши?

Со «снегостоперами»  на крыше тоже не всё так просто, так как  им предстоит удерживать от сползания по уклону весьма значительные массы снега, при том что трение о кровлю у подтаявшего снега практически исчезает из-за появления «гидроклина».

 см. статью про скользкость льда

При таком скольжении  подтаявшего слоя снега на  снегостопер наваливается  весьма значительная сила, которая равна

F=Мснег*g*sinA

Где А- это угол наклона кровли.

Так при угле наклона кровли 30 градусов сила соскальзывания составит

F=Мснег*g*0,5

То есть половина веса всего снега на крыше будут давить на эти хиленькие заборчики на краю кровли!

В результате такой неравной битвы часто происходит выламывание снегостоперов из кровли при сходе с крыши толстых пластов слежалого снега  в оттепель. (см.рис.36-37.)

рис.36

Рис.36. Вид на край скатной кровли. Хилый заборчик «снегостопера» на краю кровли не в состоянии удержать от схода толстый слой снега на этой сравнительно крутой крыше, что привело к его поломке.

рис.37

Рис. 37. Вид на край скатной кровли с рёбрами водоотводных лотков у карнизов, за которыми собирается толстый слой наледи. Дом старый со сравнительно слабым утеплением чердачного перекрытия с «холодным чердаком», что приводит к интенсивному подплавлению слоёв снега на крыше. При этом на свесе кровли образуются мощные слои  наледи с сосульками, так как талая вода переливается через наледь на лотках и намерзает  уже на  холодных свесах кровли. Отведение  воды лотками идёт в сторону фасадной  водосточной трубы, которая сама оказывается полностью промороженной и полностью забита льдом со свисающими сосульками на внешнем раструбе. Хилый заборчик на краю кровли не в состоянии удержать от схода толстый слой снега на этой сравнительно крутой крыше. Если сход толстого слоя снега произойдёт, то этот заборчик либо снесёт с крыши плотным снегом, либо он просто  прорежет слой рыхлого снега (как проволочная яйцерезка), не остановив его.

Борьба с обледенением карнизов и с нарастанием сосулек

В качестве мер борьбы с сосульками предлагают устанавливать системы электрического подогрева свесов кровли и водоприёмных лотков, чтобы наледь на свесе кровли расплавлять  до того как она  превратится в большие сосульки критически опасного размера. (см.рис.38-40.)

рис.38

Рис.38. Компьютерная модель устройства системы снегозадержания  в комбинации с электрическим кабельным обогревом свесов кровли и водоприёмного лотка.

рис.39

Рис. 39. Компьютерная модель устройства системы «анти обледенения» с электрическим кабельным обогревом свесов кровли и водоприёмного лотка.

рис.40

Рис. 40. Фото реальной зимней  работы системы электрического обогрева свесов кровли и водоприёмных лотков. На краю кровли снега нет, а  за снегостопером виден толстый слой нерастаявшего снега.

Судя по фото (см.рис.40.) для борьбы с сосульками пришлось сильно разогреть большой участок кровли вдоль карниза, где полностью плавится значительные слой снега.

Данная мера весьма энергозатратна, и сильно понижает энергоэффективность  одноэтажного здания в ИЖС.

Такая процедура  электрифицированного «снеготаянья» обходится в значительные дополнительные затраты на электричество, сопоставимые с затратами на основное отопление частного дома.

 Хотя для борьбы с сосульками в дорогом многоэтажном доме с исторической скатной крышей другого варианта решения проблемы сосулек практически не просматривается.

Электрообогрев бывает ещё и пожароопасным. Так недавно в Москве сгорела кровля со скатной крышей на площади более 1тыс.м.кв именно из-за  замыкания в такой  системе антисосулечного электрообогрева.

При этом в многочисленных панельных домах с плоской кровлей нет никаких проблем ни с сосульками, ни с электрическим обогревом карнизов.

Кровля с обратным скатом

Устройство скатной кровли с чердаком может быть необходимостью.

Тогда для борьбы с проблемой сосулек и схода снега по весне можно применять скатные кровли обратного излома, где низкая часть будет в середине крыши, а разнесённые коньки по краям крыши.(см.рис.41.)

рис.41

Рис. 41. Пример скатной кровли с обратным изломом. На внешнем краю кровли сосулек никогда не образуется, так как подтаявший снег стекает во внутреннюю ендову, где и отводится уже к водостоку. Этот же обратный излом избавляет от проблемы схода больших пластов снега с кровли, то есть по сути является идеальной системой снегозадержания.

рис.42

Рис. 42. Пример индустриальной  скатной кровли малого наклона с обратным изломом. На внешнем краю кровли сосулек никогда не образуется, так как подтаявший снег стекает во внутреннюю ендову с водоприёмным лотком, где и отводится уже к водостоку. Этот же обратный излом кровли избавляет от проблемы схода больших пластов снега с кровли, то есть является идеальной системой снегозадержания.

По сути пологая скатная крыша с обратным изломом — это будет вариант лотковой плоской кровли с внутренним водостоком.(см.рис.42)

Подобные  ломанные кровли без сосулек на фасаде можно использовать в архитектуре дворцов с архитектурными колончатыми парапетами, где кровля вообще не видна снизу и нет   необходимости в наружных  водоотводящих карнизах. При этом сделать новую плоскую кровлю на таких зданиях невозможно по историческим причинам. (см.рис.43-44.)

 

 

рис.43

Рис.43.  Вид на кровлю Зимнего дворца летом. На фото видны снегозадерживающие архитектурные парапеты на кровле с водопроходными отверстиями по нижнему их краю. За парапетами устроены карнизы с водоотводными  лотками к наружным водосточным трубам. Система электрического обогрева карнизов отсутствует. Создаётся впечатление, что дворец строили во времена, когда снежных зим в этих местах ещё не было, а климат был сравнительно тёплым, но дождливым, то есть архитекторы на момент строительства не были знакомы с  проблемой обмерзания свесов кровли и  нарастания сосулек на карнизах.

рис.44

Рис.44. Вид фасада Зимнего дворца зимой. На фасаде видны снегозадерживающие архитектурные парапеты на кровле и наружные водосточные трубы с сосульками на верхнем их концах.

Выводы и рекомендации

Проведённый анализ позволяет дать некоторые рекомендации как частным застройщикам в ИЖС, так и для системы ЖКХ  в многоквартирных высоких домах больших городов.

1. Для избавления от сходов снега и нарастания  опасных сосулек надо избегать устройства скатных кровель с широкими холодными свесами.

2. При обязательности устройства  свесов кровли необходимо интегрировать водоприёмные лотки в чердачное пространств до наружного свеса, при этом необходимо устройство обратного излома кровли над свесом.

3. Водоприёмный лоток должен находиться над пространством тёплого чердака, а водосточная труба  от лотка должна проходить внутри тёплого помещения (внутренний водосток) или принудительно обогреваться электрическим греющим кабелем (наружный водосток).

Если при реконструкции скатной кровли в старых домах использовать данные рекомендации, то проблема падения сосулек и чистки снега  с крыш  зимой будет снята. Конкретные исполнения внутреннего водостока на существующих скатных кровлях представлены на чертежах ниже (см.рис.45.)

рис.45

Рис.45. Вариант реконструкции скатной кровли без сосулек с внутренним водостоком для домов без декоративных карнизов.

 

По этим рекомендациям можно реконструировать и кровлю Зимнего дворца в Петербурге.

Так, не меняя общий конструктив кровли дворца, можно сделать водоприёмный лоток внутри периметра чердака, а обратный уклон кровли к новому водосточному лотку сделать на коротком участке,  начав обратный скат от уже имеющегося архитектурного парапета кровли (см.рис.46.)

рис.46

Рис. 46. Вариант реконструкции скатной кровли без сосулек с внутренним водостоком для домов с декоративными карнизами и архитектурной балюстрадой.  На «холодном» карнизе сосульки практически не образуются, так как нет плавления снега снизу, да и самого снега на карнизе будет мало. Вариант подходит для Зимнего дворца в Санкт-Петербурге.

Сброс воды  с дворцовых крыш можно оставить по тем же наружным водосточным трубам, но  уже с внутренним кабельным обогревом, чтобы избавиться от образования  сосулек зимой на верхних раструбах водосточных труб.

Правда есть в Питере дворцы, где парапеты имеют прозрачную балюстраду, через которую видно скаты кровли, например Александровский дворец в Царском селе ( см.рис.47-48.)

рис.47

Рис.47. Разрез по зданию одного из Питерских дворцов (Александровский дворец в Царском селе). На разрезе хорошо видно примыкание конструкций скатной кровли к наружной стене  с  холодным карнизом и архитектурно-колончатым парапетом на краю крыши. Теплый чердак начинается непосредственно под рядом балясин архитектурно-колончатого парапета.

рис.48

Рис.48. Вид на один из фасадов Александровского дворца в Царском селе. Водостоки такие же наружные, как и в Зимнем дворце, но архитектурные парапеты выполнены прозрачными, что не позволяет сделать от них обратный уклон кровли к внутреннему водостоку. Тем не менее устройство внутреннего водостока с лотком в «тёплом чердаке» возможно и в этом случае.

Но даже в этом  случае применение водостока с расположением водоприёмного жёлоба внутри чердака вполне осуществимо  с выгодой для эксплуатации и без вреда для внешнего вида исторического здания.

На дворцовой  крыше с прозрачной балюстрадой  водосборный лоток располагается внутри сравнительно тёплого чердака до архитектурного парапета, а короткий свес кровли с карнизом за парапетом оказывается в холодной зоне, где нет интенсивного таянья снега от внутреннего тепла из отапливаемого дома, таким образом  сосульки на холодных карнизах уже не образуются (см.рис.49.)

рис.49

Рис.49. Вариант реконструкции скатной кровли с режимом «без сосулек» и внутренним водостоком для дворца с декоративными карнизами и  прозрачной архитектурной балюстрадой. Вариант подходит для Александровского  дворца в Царском селе.

По такому же принципу легко реконструировать существующие скатные кровли в «бессосуличный» вариант без устройства  обратных изломов кровли и без выведения внутреннего водостока (см.рис.50.)

рис.50

Рис. 50. Вариант реконструкции скатной кровли с режимом «без сосулек» и обогреваемым внешним водостоком. Вариант пригоден для применения при реконструкции крыши как в обычных жилых домах со старыми скатными кровлями, так и  для дворца с декоративными карнизами и  прозрачной архитектурной балюстрадой. Вариант подходит как для Александровского  дворца в Царском селе так и для Зимнего дворца в Санкт-Петербурге.

Обогреваемый «антисосулечный лоток-снегостопер» наружного  исполнения

Инженерная оптимизация-  это бесконечный  процесс.

И вот за  день до публикации у меня возникла идея, которая  придётся по вкусу всем московским и питерским УК и прочим «Жилищникам», вынужденным ежегодно тратить прорву денег на чистку скатных крыш и сбивание сосулек на их карнизах.

Оказалось, что для устройства водоприёмного лотка над «холодным чердаком» не требуется  больших переделок кровли, а достаточно очень небольших добавлений к уже имеющимся  конструкциям.

Так вместо врезания  в кровлю глубокого водоприёмного лотка, достаточно установить на крышу сверху водоостанавливающий «уголок- снегостопер», который создаст искуственную запруду талой воды над ещё тёплым участком кровли над чердаком.

Тогда стекающая талая вода по кровле дойдёт до этого «уголка- снегостопера»  и , уперевшись в него , стечёт вниз в ближайшее подвернувшееся отверстие.

Водослив из запруды выводится из нижней точки запруды  специальной трубкой в объём чердака. (см.рис.51.)

рис.51

Рис. 51. Вариант реконструкции скатной кровли с режимом «без сосулек» и обогреваемой искусственной запрудой. Вариант пригоден для применения при реконструкции крыши как в обычных жилых домах со старыми скатными кровлями, так и  для дворца с декоративными карнизами и  прозрачной архитектурной балюстрадой.

Трубка водоотвода должна быть не очень большого диаметра, например 20мм. Так её легче сверлить в  дощатой кровле, при том что зимой с кровли  стекает сравнительно не много талой воды.

Даже если посчитать всю воду, которая могла быть расплавлена  теплопотерями через кровлю за сутки, то получим совсем незначительный объём стока, который легко примет внутренняя бытовая канализация, что избавит от необходимости делать обогрев всей водосточной трубы на фасаде зимой.

Так максимальный  расход талой воды на погонный метр карниза от  ската крыши шириной 10м (дом шириной 20м)  при наихудшей теплоизоляции перекрытия чердака на уровне R=1,5 м2/Вт*С и перепаде  температуры от +24С в  квартире до +1С в «холодном чердаке» получим:

Gчас =10* ((24-1)*3600/1,5)/ 330 000=1,67 кг/ч

Где 330 000 Дж/кг- это теплота плавления льда.

То есть с крыши будет происходить практически капельная течь с интенсивностью 1,7 кг в час на погонный метр крыши (0,17кг/м2*ч).

Таким образом, мизерный  постоянный расход талой воды с крыши из под слоя нечищеного снега выгоднее будет отводить обычным тонким шлангом  к ближайшему стояку бытовой канализации, проходящему через чердак.

Водосливные отверстия  Ф20мм сверлятся в углу каждой секции уголка-снегостопера.

После прохода в чердак трубки от отверстий снегостоперов собираются в общую сборную трубу Ф50мм и подключаются к ближайшему стояку бытовой канализации Ф100мм, вентиляционные концы которых в любом случае должны подниматься на чердак и далее выводиться  на улицу.

Устанавливать «уголок- снегостопер»  на краю крыши выгоднее всего короткими секциями длиной  по 50-100см, так чтобы было легче и плотнее прижимать неровности  существующей кровли.

Уголки устанавливаются под  небольшим углом к горизонту, чтобы талая вода сливалась к одному его краю.

Верхний стык «уголка- снегостопера»  с кровлей   герметизируется  теплоизолирующими мягкими прокладками и  герметиком, чтобы вода затекала к водосборному отверстию, а не  просачивалась снизу в щель и далее на холодный карниз.

На вертикальную полку «уголка- снегостопера»  наваливается до половины веса всего слоя снега на кровле,  что для ската шириной 10м  и слоя снега толщиной до 60см и плотностью до 400кг/м3 может составить вес до2,4 тонн и 1-1,5 тонн сдвигающей силы:

Fсдв=sin30*10*0,6*400=0,5*(2400)=1200кгс

То есть «уголк- снегостопер» — это  достаточно напряжённый силовой элемент кровли, который должен быть сам по себе  весьма прочным, и  закреплён он в конструкцию кровли должен быть с соответствующей несущей способностью. Получается, что из кровельной жести на коленке такой силовой снегостопер не согнёшь.

Именно для компенсации этой  большой  нагрузки от сползающего снега перед уголковым снегостопером устанавливается более мошный трубчастый снегостопер большей высоты и с большей  прочностью на сдвиг.

При необходимости на широких скатах кровли трубчастые снегостоперы устанавливаются  в несколько рядов, тем самым разделяя общую на грузку от снега меньшими  частями по рядам снегостоперов.

Конструкция снегостоперов

Устройство снегозадержания и искусственного запруживания  талых вод над зоной чердака ( до попадания на холодный свес) возможно  выполнить из стандартных элементов массового производства.

Использование массовых изделий позволяет легко  оценить стоимость такого решения.

Исходя из приведённых ниже цен на один погонный метр запруженного снегостопера с подогревом потребуется всего около 1100руб/м.п., в которые включены дополнительные расходы более 160руб/м.п на трубочки сквозь кровлю и  шланги внутри чердака:

Сумм=1757/3+150+200+160=1096 руб/м.п.

рис.52

 

Рис. 52. Стандартный трубчатый снегостопер для скатной кровли.

 

рис.53

Рис.53. Вид на установленный стандартный трубчатый снегостопер длиной 3м на металлочерепичной крыше. Такую крышу чистить вообще невозможно, так как  вставать на металлочерепицу запрещено (продавится). . На такой сильно волнистой  кровле затруднительно применять способ принудительного запруживания талых стоков для избегания  роста  наледи и сосулек на холодном карнизе.

рис.54

Рис.54. Вид на волнистый зазор на металлочерепице под запруживающим снегостопером. Герметизировать такой волнистый зазор весьма затруднительно.

рис.55-а

рис.55-б

Рис.55-а-б. Технология крепежа кронштейна от стандартного трубчатого снегостопер на крыше.

рис.56

Рис. 56. Вид на установленный стандартный трубчатый снегостопер длиной 3м на относительно гладкой крыше, которую  хоть как-то можно чистить, так как под битумной черепицей сплошной настил из ОСП плит. На такой кровле также легко применим способ принудительного запруживания талых стоков для избегания  роста  наледи и сосулек на холодном карнизе.

рис.57

Рис.57. Вид на установленный стандартный трубчатый снегостопер длиной 3м на фальцевой жестяной кровле, которую  хоть как-то можно чистить, так как под тонким жестяным листом должна быть сплошная обрешетка из обрезной доски или фанерные листы ( ОСП плиты). На такой кровле также легко применим способ принудительного запруживания талых стоков для избегания  роста  наледи и сосулек на холодном карнизе, правда запруживать придётся каждое межфальцевое (межгребневое) расстояние по-отдельности. На фото хорошо видно длину холодного свеса кровли за пределами «холодного чердака».

рис.58

Рис.58. Жестяные снегостоперы, с помощью которых можно сформировать неглубокую подогреваемую запруду позади трубчатого снегостопера.

рис.59

Рис.59. Греющий саморегулирующий кабель для  подогрева запруды с минимальной мощностью 10Вт/м.п. Есть ещё кабели с  мощностью обогрева 17 и 30 Вт/м.п.

Когда работает подогрев запруды

Подогрев запруды происходит не всё время зимы, а лишь в ограниченном количестве случаев температур на улице и  на чердаке.

Так нагрев кабеля в запруде включается только при минусовых температурах на улице и плюсовых температурах внутри чердака.

В случае если на чердаке возникает отрицательная температура, то таянье снега на кровле прекращается, а  подогрев запруды не нужен и греющий кабель отключается.

Если же на улице плюсовая температура, то интенсивное таянье снега на крыше  идёт уже за счёт внешнего тепла в оттепель, что также не требует  дополнительного нагрева запруды. При этом интенсивный слив талых вод идёт с перехлёстом  запруды на холодный карниз и далее в  летний водосток на фасаде. В этом случае нужно включать подогрев наружного водостока ( если он существует), для плавления возможных ледяных пробок в наружной водосточной трубе.

Согласно расценкам на чистку кровли от снега (см.рис.60), стоимость чистки одного погонного метра кровли шириной 10 м составит не менее 350 руб. Если предположить, что за сезон чистить кровлю от снега придётся  не менее 3 раз, то стоимость чистки снега составит более 1000руб/м.п. за один зимний сезон.

То есть устройство кровли без сосулек (не подлежащей чистке от снега) со снегостоперами и подогреваемой дренируемой запрудой окупится всего за один календарный год.

рис.60

Рис.60. Примерные расценки на разовую чистку снега и наледи с крыши.

Стоимость электрообогрева запруды

Оценочная стоимость расхода электроэнергии на подогрев запруды легко считается из мощности греющего кабеля и  цены электроэнергии.

Даже если считать, что  греть запруду м ы будем все  214 дней отопительного периода (оценка сверху), то при цене электричества   6 руб/кВт*ч  расход за сезон на 1м.п карниза составит:

Есум=6*0,01*214*24 =308 руб/м.п*год

Если предположить, что в 5-этажном доме на одну квартиру по фасаду приходится в среднем 10м карниза , то ежемесячный платёж на электроподогрев запруженой кровли  в пересчёте на 5 этажей составит всего 51 руб/мес на одну квартиру:

Емес= 308*10/(5*12) =51 руб/мес*квартира.

 Дополнительный платёж 51 руб/мес – это не большая цена за избавление от рисков быть убитыми  падающей сосулькой с крыши своего же дома.

Обогрев карниза в привычном исполнении обошёлся бы в 4-9 раз дороже по расходу электричества, так как там необходимо уложить самого кабеля больше по длине в 2-3 раза , да и  сам кабель используют с большей в  2-3 раза удельной мощностью (17-30 Вт/м.п. вместо 10 Вт/м.п.).

Теги:

• сосульки
• наледь
• чистка крыш от снега
• сосульки на крыше
• борьба с сосульками
• обогрев кровли
• кабельный обогрев кровли
• снеготаянье на кровле
• защита крыши от сосулек
• снегостопер

Хабы:

• Занимательные задачки
• Научно-популярное
• Физика
• Урбанизм
• Инженерные системы

Источник