Обледеневшие водосточные желоба
|
Обледенение водосточных желобов и труб относится к самым неприятным последствиям зимнего периода. Быстрое изменение температуры, а также значительные температурные перепады между днем и ночью приносят с собой много проблем и опасностей. Залитые покрытия и водосточные желоба, разрушения от проникания тающей воды через кровлю в конструкции здания, осыпающиеся фасады, разорванные водосточные трубы и падающие вниз ледяные сосульки это только некоторые виды повреждений, вызванные таянием снега. Процесс таяния снега. В зависимости от поступления тепла из нижележащего помещения или интенсивности солнечного облучения слои снега начинают более или менее быстро таять, в первую очередь на краевых участках (внутренний или наружный слой). В зоне свеса нет никакого поступления тепла снизу. Тающий снег, который сползает к карнизу, может превратиться в лед во время сползания, гак как сток талой воды по желобам, заполненным снегом, ограничен; это происходит прежде всего ночью при отсутствии солнечных лучей или при такой ориентации покрытия, где имеется только кратковременное солнечное облучение. Поэтому, как видно на рис. 5.5 и 5.6. вдоль карниза образуются ледяные сосульки. Дальнейшее таяние снега на покрытии и замерзание тающей воды в зоне карниза постепенно ведет к полному обледенению водосточных желобов и свеса кровли. На рис. 5.7 схематически представлено образование ледяных сосулек и наледей при неправильной конструкции кровли, на рис. 5.8 показана правильная конструкция кровли.  Поскольку обледенеть свеса кровли ограничивает или полностью препятствует стоку тающих вод, то по направлению от карниза к коньку возникает обратный поток талой воды, который в покрытиях из штучных элементов ведет к прониканию влаги в стыках между отдельными шинами (это заметно возле колоны) и увлажнению покрытия и стены в зоне опирания. Теплотехнические характеристики снега для расчета теплового режима покрытия. А. Переход (изменение фаз) от снега и льда к воде или наоборот наблюдается при 0°C. По данным Е. Шмидта ("Техническая термодинамика"), 1 кг массы снега, изменяющийся по фазе, требует при этом расхода тепла в количестве 79,9 ккал. Это количество тепла должно поступать к месту изменения фаз или - при замерзании - отводиться от этого места. Здесь решающую роль играет теплопроводность снега. Б. Коэффициент теплопроводности снега изменяется в зависимости oт плотности (консистенции снега) следующим образом: порошкообразный снег (легкий, пушистый) имеет плотность 100 кг/м3 и коэффициент теплопроводности 0,04 ккал/(м*чград); спрессованный снег (тяжелый) имеет 900 кг/м3 и коэффициент теплопроводности 2,0 ккал/ (м*чград).  Практически на покрытиях наиболее часто находится снег с плотностью 250 кг/м3, имеющий коэффициент теплопроводности 0,14 ккал/ (м*чград). В. Величина абсорбции (средние значения) колеблется в зависимости от толщины снежного покрова и его кристаллической структуры от 0,82 до 0,98 (для льда и мороза). Г. Термическое сопротивление для кровли (кровельный ковер без деревянной опалубки) составляет 0,03 м2*ч*град/ккал, а для покрытия (минимальное значение но ДИН 4108) - 0 75 м2*ч*град/ккал. Д. Коэффициент теплоотдачи составляет; снаружи 20ккал/(м2*ч*град), на чердаке 5 ккал/(м2*ч*град), в нижележащем жилом помещении 7 ккал/(м2*ч*град). Е. Температура воздуха: в жилых помещениях 22°С наружный воздух может иметь произвольную температуру. Ж. Вентиляция чердака: воздухообмен 2 раза в 1 ч, собственная теплота воздуха 0,24 ккал/ (кг*град), плотность воздуха 1,3 кг/м3. З. Специальный подвод тепла в чердачное помещение: через дымовые трубы (на 1 м) 200 ккал/ч, через неплотности (например, люки и др.) 100 ккал/ч. И. Солнечное облучение покрытия (коэффициент лучеиспускания снега равен 0,85, см.п."В") вначале отсутствует, затем произвольное. К. Теплопоглощение. Как уже было указано, в точках таяния возникает поглощение тепла.  Из рассмотрения теплопоглощения можно сделал, вывод, что слои снега тают только начиная с краев. Внутри снежного слоя невозможно таяние, так как к этим участкам не поступает тепло из-за "изолирующего" влияния поглощения. Попадающая на снег сверху талая вода пропитывает лежащий под ней снег и в соответствии с увеличением плотности повышает его теплопроводность (рис.5.9). Влага, накапливающаяся в снегу, относительно велика; например, слон "сухого" снега толщиной 20 см может впитать от 150 до 180 кг/м2 воды. Теплопоглощение необходимо учитывать в тепловом балансе покрытия, что ведет к сложным зависимостям 2.  На теплопоглощение влияют следующие факторы: параметры наружного воздуха, толщина и консистенция снегового покрова, теплоизоляция покрылся и кровли, вентиляция и аэрация покрытия (табл. 5.4). A. Толщина и плотность снега. Учет теплового баланса зимой (при низкой температуре наружного воздуха) показал, что двухстороннее теплопоглощение. возникающее в результате процесса таяния, аннулирует теплоизолирующие свойства снегового слоя. Б. Теплоизоляция перекрытий и покрытий. Теплоизоляция перекрыла над верхним жилым этажом и покрытия оказывает влияние на поступление тепла снизу и отдачу тепла наружу. В соответствии с ДИН 4108 не устанавливается конкретная толщина теплоизоляции (кроме плоских покрытий). B. Вентиляция чердака (воздухообмен). Коэффициент воздухообмена показывает, с какой частотой в 1 ч объем воздуха чердака заменяется при вентилировании атмосферным воздухом. Коэффициент воздухообмена "ноль" соответствует невентилируемому состоянию. При устройстве небольших отверстий во фронтоне здания, как правило, достигается коэффициент воздухообмена, равный 0,5 в 1 ч. Значительный воздухообмен возникает при плитных элементах покрытия, а также из-за неплотностей в стыках кровельного ковра. При устройстве окон во фронтоне или отверстии в кровле может быть получен коэффициент воздухообмена от 3 до 5 в 1 ч в зависимости от степени открывания окон. Более высокие коэффициенты воздухообмена практически могут быть получены только с помощью вентиляционного оборудования (принудительная вентиляция чердака).  Усиление вентиляции чердака не уменьшает образования талых вод. Как установлено Е. Шмидтом, путем интенсификации вентиляции уменьшение образования талой воды и, следовательно, льда в зоне свеса кровли может быть достигнуто только в ограниченном объеме в переходный период. Весной и зимой это не дает практического эффекта. Г. Солнечное облучение. При солнечном облучении поверхности снежного слоя в соответствии с относительно высокой способностью снега поглощать солнечные лучи может передаваться значительное количество теши, так что в этих условиях снег начинает таять при низкой температуре наружного воздуха. Выводы. Указанные повреждения от талой воды возникают тогда, когда тающая вода стекает с покрытия и сток затрудняется или блокируется из-за обледенения водосточных желобов и образования наледей в зоне карниза. Это происходит, во-первых, зимой для талой воды из нижнего слоя снега, которая при стекании вдоль свеса кровли может снова замерзнуть, и частично для талой воды верхнего слоя, когда тает столько снега, что водопоглощение снежного покрова становится недостаточным для поглощения всей талой воды. Во-вторых, повреждения появляются в переходный период, когда в течение дня (при температуре наружного воздуха выше 0°C и солнечном облучении) начинаются процессы таяния, а ночью, по крайней мере в зоне свеса кровли, температура ниже нуля.   При оценке возможности повреждений исходят из двух противоположных требований: а) передача тепла через перекрытия верхнего жилого этажа должна в основном отсутствовать (рис. 5.11 и 5.12); б) количество талой воды на 1 м2 поверхности покрытия, которое при замерзании в зоне свеса кровли приводит к образованию наледи, должно быть по возможности невелико. К этому можно добавить, что появление талой воды в принципе не представляет опасности; ее проникание может быть предотвращено путем специальных мер предосторожности при устройстве кровли. Вспомогательные мероприятия: - вентилирование чердака (возможность и эффективность такого мероприятия ограничена). Необходимо избегать слишком сильной вентиляции чердака. Так как благодаря ей уменьшается количество талой воды, то вместе с тем наблюдается сильный прирост теплопотерь (коэффициент воздухообмена, равный примерно 2 в 1 ч. является достаточным); - применение дощатой подшивки с соединением досок в шпунт и на шпонках и укладкой слоя толя под кровлей; используют доски толщиной 2 см. уложенные по плоским мелкоштучным кровлям, для предотвращения проникания дождевой воды и талого снега; доски сверху накрыты слоем толя (термическое влияние можно не учитывать, особенно при определении влажности); - применение кровельных покрытий, которые остаются водонепроницаемыми при возможном подпоре талой воды; например, покрытия из стальных листов и плитных элементов с уплотнениями на стыках плит; - электрообогрев водосточных желобов и зоны карниза, предотвращающий образование наледей. Автоматический электрообогрев водосточных желобов и водосточных труб на глубину до 1,0 м ниже уровня земли (граница промерзания) обеспечивает сток талой воды и заранее предотвращает необходимость в дорогостоящем ремонте. Желоба наклонных покрытий, а также водосточные трубы обогреваются с помощью электрокабелей. На плоских покрытиях, обычно имеющих внутренний водоотвод, также применяются обогреваемые воронки. Мощность стандартного обогревательного кабеля должна быть в каждом случае достаточной для предотвращения обледенения желобов и водосточных труб. Для полного таяния слоя льда и снега большой толщины при неблагоприятных атмосферных условиях мощность кабеля может оказаться недостаточной. Поэтому для обеспечения надежной работы кабеля необходимо включать обогрев еще до того, как температура наружного воздуха опустилась ниже нуля, а не тогда, когда желоба и водосточные трубы уже обледенели. Существует неправильное мнение, что достаточно обогревать только северную сторону здания. В действительности южная сторона подвержена опасности в еще большей степени, чем северная. На южной стороне под действием солнечных лучей талая вода может появляться даже при температуре наружного воздуха ниже нуля; при этом холодные замерзшие слои снега и льда, лежащие ниже, препятствуют стеканию воды. Надежная защита от разрушений в зимнее время может быть достигнута только путем обогрева всех желобов и водосточных труб объекта.  Пример 5.2. Речь идет о разрушении нового одноэтажного производственного здания со стальными конструкциями, имеющего площадь застройки 1000 м2 (20,0x50,0 м). Несущие конструкции здания -стальные рамы; покрытие двухскатное, шаг рам 5,0 м; высота до карниза 3,0 м; высота в коньке 4,70 м над уровнем земли; уклон покрытия 10°. Конструкция выполнена в виде холодного покрытия следующего состава: волнистые асбестоцементные листы (профиль 5) по деревянным прогонам; воздушная вентилируемая прослойка толщиной 10-15 см; плиты SPW/S для теплоизоляции толщиной 50 мм, подвешиваются снизу под прогонами (рис. 5.13 и 5.14). Для вентиляции служат приточные отверстия ка фронтоне; у конька нужны три круглых вентиляционные короба диаметром около 35 см и поперечным сечением около 1000 см2.  Климатические условия характеризуются богатыми снегом, холодными зимними месяцами, область теплоизоляции II-III (рис.5.15). При визуальном осмотре прежде всего были установлены следующие важные дефекты; - наличие полностью обледеневших водосточных желобов и водосточных груб (образование льдин и ледяных сосулек), см.рис.5.5 и 5.6; -проникание дождевой волы, а также воды от таяния льда и снега через кровельное покрытие. Следствием того были повреждения от влаги в конструкциях покрытия и стен, разрушение окраски внутренних стен и наружной штукатурки. Далее были обнаружены следующие недостатки: - отсутствие деревянной обшивки с толевым слоем под покрытием (см. рис.5.8); - неправильное крепление теплоизоляционных плит (силлан SPW) к наружным окнам - открытые швы (см. рис.5.13), а также неплотности внизу у навесных панелей в виде зияющих швов и щелей. Все указанные дефекты появились в результате подпора талой воды, образующейся при таянии льда и снега. При отсутствии второго кровельного слоя, а также при неправильной подвеске теплоизоляционных плит, т.е. при наличии швов и щелей, с одной стороны, всегда происходит утечка теплого воздуха из оттаиваемых зимой помещений через щели между теплоизоляцией и стеклом, а с другой покрытие прогревается Снизу вверх (см. рис. 5.7, 5.8 и 5.13). При осмотре здания было обнаружено также, что в нем имеется избыточная вентиляция. В указаниях по применению панелей "Силлан SPW - самонесущие изоляционные панели для тепло- и звукоизоляции волнистых покрытий и стен" приведена необходимая величина воздухообмена в пространстве между SPW и волнистыми асбестоцементными листами.  Для предотвращения образовать конденсата в двухскатных покрытиях необходимо предусматривать сплошную вентиляцию в коньке, что обеспечивает достаточный воздухообмен в свободном пространстве под покрытием. Известно, что при вентилировании холодных покрытий всегда необходимо принимать во внимание особые условия, связанные с конструкцией и параметрами воздуха. В ДИН 4108 "Теплоизоляция в надземном строительстве" в примеч. 7 к табл. 3 сказано, что поперечное сечение приточных и вытяжных отверстий в вентилируемых помещениях должно составлять не менее 20% площади помещения. Следовательно, при длине водосточных желобов около 10 м, считая от конька, как для притока, так и для вытяжки требуется поперечное сечение не менее 200 см2. При свободно уложенных элементах SPW, которые предотвращают проникание воздуха из помещения в воздушную прослойку покрытия, выяснилось, что для достаточной вентиляции необходим как минимум зазор между опорной поверхностью и гребнями волн волнистых кровельных листов. Это означает, по на 1 м длины водосточных желобов приходится не менее 250 см2 приточных и вытяжных отверстий. Для вентиляции в коньке суммарная площадь отверстий должна быть равна 2*250-500 см2. В данном случае необходимо обеспечить требуемое поперечное сечение только приточных отверстий с обеих сторон водосточного желоба. В противоположность этому у конька устраивают только три круглых вентиляционных шахты, которые три внутреннем диаметре 35 см имеют поперечное сечение около 1000 см2. Поэтому при длине здания около 50 м вместо требуемой площади поперечного сечения вентиляции 25000 см2 (0,25 м2) имеется только 3000 см2. Таким образом, не обеспечивается достаточное проветривание воздушной прослойки покрытия наружным воздухом. Причины повреждений: - неправильная конструкция покрытия (отсутствие второго кровельного слоя) для отапливаемых помещений с учетом местных атмосферных условий; - неправильно выполненная изоляция, подвешенная под прогонами (со швами). Влияние вентиляции остается спорным (табл. 5.4). Ремонт. Для устранения недостатков предусматриваются следующие мероприятия: вскрытие кровли, дополнительная укладка деревянного слоя толщиной 20 мм, а также второго кровельного ковра (битумного картона или полиэтиленовой пленки). Здесь можно еще раз отметить, что термическое влияние такой деревянной обшивки невелико. По мнению автора, интенсификация вентиляции не является абсолютно необходимой. Это мероприятие дает ограниченный эффект только в переходный период, а весной и зимой практически не оказывает положительного воздействия. Для того чтобы покрытие выполняло свои функции, необходимо не только правильно выбрать материалы, но и проектировать и изготовлять покрытие с учетом конструктивных особенностей и данных строительной физики применительно к тяжелым климатическим условиям. В дополнение к специальным правилам немецких кровельщиков в заснеженных районах принимают во вниманиe следующие конструктивные особенности и условия работы покрытия: - статическую определимость конструкции покрытия, снеговые нагрузки, имеющие место в каждом районе; - подшивку; устройство подшивки для покрытий с небольшим уклоном; - полную теплоизоляцию: значения, приведенные в ДИН 4108, должны быть приняты как минимальные; - достаточный приток и вытяжка воздуха; в конструктивном отношении покрытие выполняется в виде холодной кровли; -правильная конструкция кровли; необходимо придерживаться указаний, относящихся к соответствующему типу кровель; - специальные детали покрытия: ветровые фронтонные доски, водосточные желоба, конек должны быть выполнены в соответствии с климатическими требованиями; - защита от обрушения с кровли глыб снега с помощью специальных конструкций для остановки и улавливания снега. Изложенные выше требования распространяются на высокогорные районы и наиболее возвышенные регионы среднегористой местности, которые почти полностью относятся к климатической зоне III и считаются особи заснеженными. В этих областях высота снега нередко достигает 1-2 м. Так как средняя плотность мокрого и фирнового снега составляет 400 кг/м2, здесь предъявляются особые требования к конструкции покрытия и материалу кровли. |
