КРОВЛЯ СО СРЕДСТВАМИ ДЛЯ ПРЕДОТВРАЩЕНИЯ ОБРАЗОВАНИЯ НАЛЕДИ И СОСУЛЕК
ROOFING WITH MEANS TO PREVENT THE FORMATION OF ICE AND ICICLES

Изобретение относится к области строительства и может быть использована при капитальном ремонте и реконструкции жилых зданий и сооружений, имеющих существующую или проектируемую металлическую, в частности фальцевую кровлю.
Металлические кровли указанного выше типа используются в существующих многоквартирных жилых и нежилых зданиях, в том числе, являющихся памятником истории и архитектуры, а также во вновь возводимых зданиях, в том числе, в исторических кварталах городов. Проблема образования наледи и сосулек на карнизном свесе таких зданий и сооружений стоит очень остро.
Основной причиной их образования является перелив воды через борт надстенного желоба. Это происходит из-за того, что металлическая кровля нагревается теплом, поступающим в чердачное помещение. Тепло поступает через чердачное перекрытие, от разводки центрального отопления, проходящей по чердаку, от вентиляционных каналов, расположенных на чердаке, из парадных через двери чердачных помещений.
При образовании на кровле снежного покрова его нижний слой начинает подтаивать из-за подогрева металлического окрытия кровли от поступающего тепла в чердачное помещение. Образующаяся талая вода под воздействием силы гравитации начинает стекать по скату кровли в сторону надстенного желоба. По желобу вода стекает к водосточной трубе, но так как труба не обогревается, талая вода начинает в ней намерзать, постепенно блокируя водоприемную воронку, и делая невозможным отвод воды из желоба. После блокировки водосточной системы талая вода начинает скапливаться и намерзать в самом желобе до тех пор, пока не начнет переливаться через его борт. Переливаясь через борт желоба, талая вода начинает намерзать на карнизном свесе, образуя наледь на карнизном свесе и сосульки на его кромке. Для предотвращения образования надели и сосулек на кровле располагают специальные устройства.
Из уровня техники известна крыша с устройствами для удаления льда и снега, раскрытая в патенте РФ №2527274 С9, E04D 13/076, 27.08.2014. Известная крыша включает стропильную систему, обвязку и размещенную на ней металлическую кровлю, в состав которой входят спуск, желоб и скат, а также устройство для удаления с крыши льда и снега. Упомянутое устройство выполнено в виде эластичной конструкции, уложенной поверх спуска и желоба, низ которой расположен на нижней границе спуска и оснащен утяжеляющим эластичную конструкцию балластом, а верх эластичной конструкции закреплен на крыше так, чтобы между металлической кровлей и эластичной конструкцией оставался зазор, достаточный для стекания со ската дождевых вод в расположенный под эластичной конструкцией желоб. Эластичная конструкция, уложенная поверх спуска и желоба, в нижней части оснащена греющим электрическим кабелем. Греющий электрический кабель может также размещаться под эластичной конструкцией над спуском.
Такая крыша хотя частично и решает проблему образования наледи и сосулек на карнизном свесе, но не лишена недостатков.
Эластичная конструкция своей верхней частью закрепляется на крыше, например, к стойкам ограждения или ребрам жесткости ската при помощи анкерного соединения с зазором, достаточным для стока воды к желобу, то есть закреплена только в верхней части конструкции. Нижняя часть конструкции испытывает воздействие ветровой нагрузки и от этого вибрирует. Однако любое воздействие на конструкцию, в том числе описываемая вибрация растягиваемого утяжеляющим балластом полотна эластичной конструкции, возникающая при порывах ветра и препятствующая накоплению снега на ее поверхности, со стороны незакрепленного (свободно свисающего) края будет передаваться на узел крепления в ее верхней части, неминуемо ослабляя его, тем самым создавая угрозу как возможного падения конструкции, так и проникновения талой воды через отверстие ослабленного анкерного соединения и образование протечек в помещениях.
Зазор для стока воды к желобу, предусмотренный патентом, располагается в зоне крепления верхней части эластичной конструкции. При подтаивании нижнего слоя снегового покрова вода начнет скапливаться и намерзать в желобе и в момент, когда намерзающий слой дойдет до узла крепления конструкции, данный узел будет неминуемо деформирован. Наледь просто выдавит либо анкер из крепежного отверстия, либо поверхность эластичной конструкции из узла крепления. При замерзании зазора талая вода со ската крыши будет намерзать на поверхности конструкции, начиная от узла крепления, до тех пор, пока не дойдет до ее нижнего края. После этого она начнет переливаться через него, образуя сосульки. Помимо этого, в углублении между скатом кровли и узлом крепления эластичной конструкции будет образовываться наледь, а с учетом того, что борт желоба, препятствующий сходу наледи, скрыт конструкцией, образовывается «трамплин» для самопроизвольного схода снежного покрова со всей поверхности ската и наледи из углубления.
Для очистки желоба ото льда внутри него может быть уложен греющий электрический кабель, а чтобы талая вода не затекала на расположенный под эластичной конструкцией спуск по верху желоба, соприкасающегося с эластичной конструкцией, проложен мягкий контактный утеплитель, выше которого в эластичной конструкции целесообразно устраивать сквозные отверстия для выпуска из желоба талой воды. Отверстия эластичной конструкции выполняются по месту, то есть после ее монтажа.
Если желоб будет обогреваться, а узел крепления с зазором - нет, то это приведет к указанным выше последствиям, возникающим при замерзании зазора. Также в патенте не предусмотрен обогрев водосточной системы, без которого никакой метод обогрева кровли работать не будет, поскольку вода стекает по желобу к водосточной трубе, но так как труба не обогревается, талая вода начинает в ней намерзать, постепенно блокируя водоприемную воронку, и делая невозможным отвод воды из желоба.
Устройство сквозных отверстий в эластичной конструкции, предложенное в патенте, как решение отвода талой воды из желоба неприменимо на практике, поскольку талая вода, проходя через отверстия, неминуемо замерзнет, даже если предположить, что тепловой энергии, генерируемой электрическим кабелем, уложенном в желобе, будет достаточно для того, чтобы вода оставалось достаточно прогретой, для прохода через отверстия. Вода, проходя через них, будет сливаться в сторону узла крепления, а не в сторону спуска, так как отверстия расположены ниже борта желоба с уклоном верхней части конструкции к узлу крепления. Если же тепловой энергии будет недостаточно для прохода воды через отверстия, то отверстия и зазор замерзнут, и талая вода, прогретая кабелем в желобе, но с блокированными выходами, будет «выдавливать» эластичную конструкцию из узла крепления. В результате возможно самопроизвольное обрушение конструкции.
Кроме этого, эластичное устройство является дополнительным оборудованием, закрепленным поверх кровли, что приводит к изменению внешнего облика кровли здания. Такие изменения подлежат обязательному согласованию в государственных ответственных органах. В случаях, когда здание является памятником архитектуры, согласовать изменение внешнего облика как кровли, так и фасада практически невозможно.
Задачей изобретения является создание кровли для зданий и сооружений, которая надежно предотвращает образование наледи и сосулек на карнизном свесе здания при одновременном сохранении его исторического облика.
Технический результат, на достижение которого направлено предлагаемое изобретение, заключается в повышении эффективности предотвращения образования наледи и сосулек увеличении срока службы кровли.
Указанный технический результат достигается за счет того, что кровля содержит выступающий наружу за стену здания опорный каркас карнизного свеса из материала с низкой теплопроводностью, закрепленную на каркасе первую крепежную подложку, расположенные сверху первой подложки картины карнизного свеса из теплопроводного материала, закрепленный на первой подложке и расположенный между первой подложкой и картинами карнизного свеса нагревательный элемент для обогрева карнизного свеса, расположенную над картинами карнизного свеса и закрепленную с помощью фиксирующих элементов вторую крепежную подложку, расположенные сверху второй подложки картины надстенного желоба из теплопроводного материала и закрепленный на второй подложке и расположенный между второй подложкой и картинами надстенного желоба нагревательный элемент для обогрева надстенного желоба.
Под материалом с низкой теплопроводностью в данной заявке понимаются строительные материалы с коэффициентом теплопроводности 0,2 Вт/м*°С или меньше. К таким материалам относятся, в частности, древесина, древесно-стружечные плиты, композитные материалы на основе древесины и/или пластика и т.д.
Конструктивные элементы из теплопроводного материала представляют собой листы или полосы из металла, а частности, кровельного железа.
Предлагаемая конструкция кровли предусматривает отсутствие открытых сквозных крепежных отверстий, через которые вода может просачиваться внутрь помещений в здании или в которых вода может замерзать, нарушая целостность крепления. Поскольку первая крепежная подложка расположена на опорном каркасе карнизного свеса из материала с низкой теплопроводностью, тепло от нагревательного элемента распределяется по подложке и, отражаясь от каркаса, в полном объеме поступает на обогрев картин карнизного свеса. Такой же эффект обеспечивается и при расположении нагревательного элемента на второй крепежной подложке. Кроме этого, предлагаемое расположение нагревательных элементов обеспечивает полное, или в большей степени, испарение талой воды еще до водоотвода. Таким образом, отвод талой воды по водосточной системе не требуется или становится минимальным. Тем не менее, систему обогрева водосточной системы необходимо предусмотреть для исключения возможной блокировки отвода талой воды. Также кровля согласно изобретению не имеет никаких дополнительных внешних конструкций, изменяющих ее внешний вид.
Нагревательный элемент может представлять собой греющий кабель или греющую ленту. Греющий кабель и греющая лента как таковые широко известны и применяются в строительстве при возведении обогреваемых систем.
Первая крепежная подложка может быть выполнена в виде полосы из теплопроводного материала.
Вторая крепежная подложка может быть выполнена в виде уложенных внахлест листов из теплопроводного материала. Эти листы, также называемые контрольными листами, дополнительно служат для отвода возможного попадания воды через фальцевое соединение картин надстенного желоба и картин рядового окрытия и обеспечивают дополнительную защиту опорного каркаса карнизного свеса.
Первая крепежная подложка и вторая крепежная подложка могут иметь выполненные по меньшей мере на одной продольной стороне подложки надрезы для фиксации греющего кабеля путем загиба надрезов.
При укладке греющего кабеля в две нитки на расстоянии друг от друга ширина первой крепежной подложки по существу соответствует заданному расстоянию между нитками греющего кабеля, и подложка может иметь надрезы с двух сторон.
При укладке греющего кабеля в две нитки на второй крепежной подложке первая нитка может быть зафиксирована путем загиба надрезов, а вторая нитка с помощью кровельных клямеров.
При использовании греющей ленты она может быть закреплена с помощью клейкого слоя, расположенного с одной ее стороны, т.е. используется самоклеящаяся лента.
Также нагревательный элемент в виде кабеля или ленты может быть уложен на соответствующую подложку без дополнительной фиксации. В этом случае он удерживается на поверхности в заданном положении за счет прижатия картин карнизного свеса и надстенного желоба соответственно.
Сами картины карнизного свеса и надстенного желоба могут представлять собой прямоугольные листы, соединенные между собой короткими сторонами фальцевым соединением.
Для монтажа надстенного желоба могут быть использованы фиксирующие элементы в виде Z-образной планки.
Кровля согласно изобретению поясняется с помощью чертежей, на которых показано:
Фиг. 1 - общий вид кровли;
Фиг. 2 - разрез с фиг. 1.
На фиг. 1 показана предлагаемая кровля. Карнизный свес монтируется на опорный каркас 3 карнизного свеса, выполненный в виде сплошного дощатого настила, состоящего из досок, которые укладывают без зазоров на стропильные ноги 2 ниже обрешетки 1 и прибивают к ним гвоздями. По внешней стороне настила монтируется ветровая планка (не показана), представляющая собой полосу из листовой стали, имеющую загнутые в противоположных направлениях под 90 градусов кромки с обоих краев. Верхняя кромка укладывается на внешний край опорного каркаса 3 и прибивается к нему гвоздями, обеспечивая таким образом крепление ветровой планки. Поверх планки монтируются Т-образные костыли (не показаны), являющиеся кронштейнами крепления картин 5 карнизного свеса, которые прибиваются к опорному каркасу 3 гвоздями. Затем поверх костылей монтируется первая крепежная подложка 4, на нее монтируется нагревательный элемент 8, а сверху - картины 5 карнизного свеса. Карнизный свес состоит из картин 5 карнизного свеса, которые изготавливают из цельных металлических листов, например, листовой стали, без специального раскроя, соединяемых между собой короткими сторонами двойным лежачим фальцем. Картины 5 свеса соединяются между собой в блок двойным стоячим поваленным фальцем на герметике. Готовый блок покрытия свеса отворотной лентой одевается на Т-образные костыли, а верхняя кромка картин прибивается к каркасу 3 толевыми гвоздями.
Подложка 4 под нагревательный элемент 8 на карнизном свесе представляет собой полосу, в частности из листовой стали, которая укладывается по внешнему краю опорного каркаса 3 и прибивается к нему толевыми гвоздями. В случае использования греющего кабеля в качестве нагревательного элемента 8 на обеих сторонах подложки 4 выполняют надрезы глубиной, достаточной для загиба и надежного фиксирования кабеля. Первая нитка греющего кабеля укладывается на внешний край подложки 4 на расстоянии надреза от края и крепится на подложку 4 посредством загиба, а вторая нитка кабеля - на внутренний край подложки 4. В случае использования греющей ленты в качестве нагревательного элемента 8 ее укладывают на подложку 4 снабженной слоем клея стороной и прижимают.
Для монтажа надстенного желоба поверх картин 5 карнизного свеса устанавливаются фиксирующие элементы, выполненные, например, в виде Z-планки, прибиваются гвоздями к опорному каркасу 3 сквозь картины 5 карнизного свеса. С внутренней стороны Z-планки к каркасу 3 укладывается вторая крепежная подложка 6, выполненная, в виде контрольных прямоугольных листов из листовой стали внахлест с учетом направления стока воды и прибивается гвоздями к опорному каркасу 3 сквозь картины 5 карнизного свеса. Контрольный лист предназначен также для отвода возможного попадания воды через фальцевое соединение картин 5 желоба и картин рядового окрытия (дополнительная защита опорного каркаса).
При использовании греющего кабеля в качестве нагревательного элемента 8 на внешнем крае контрольного листа выполняются нарезы глубиной и частотой, достаточной для надежной его фиксации. Первая нитка греющего кабеля укладывается и крепится на внешний край контрольного листа посредством загибов надрезанных краев. Вторая нитка кабеля укладывается и крепится на заданном расстоянии от первой нитки с помощью кровельных клямеров. В случае использования греющей ленты ее укладывают на подложку снабженной слоем клея стороной и прижимают.
Затем поверх контрольного листа, снабженного нагревательными элементами 8, на Z-планку укладываются и закрепляются картины 7 надстенного желоба.
При необходимости обогрева водосточной системы используют нагревательный элемент 8 в виде греющего кабеля, который выводят через упомянутую систему.
Расположение нагревательных элементов 8 в кровле согласно изобретению наглядно представлено на фиг. 2.
Кровля в соответствии с предложенным изобретением по внешнему виду не отличается от соответствующей исторической кровли, имеет высокий срок службы, при этом на ней не образуется наледь и сосульки.
Предлагаемая кровля была возведена при проведении работ по реконструкции металлической фальцевой кровли жилого здания в исторической части Санкт-Петербурга.
На половине части кровли для обогрева карнизного свеса и надстенного желоба был установлен саморегулирующийся греющий кабель, на другой половине части кровли для обогрева карнизного свеса и надстенного желоба - инфракрасная греющая лента. Для дополнительного обогрева водосточной системы был использован саморегулирующийся греющий кабель, так как наклеить греющую ленту внутри водосточной системы технически не представляется возможным.
Нагревательные элементы были подключены к имеющейся системе электроснабжения здания в главном распределительном щите, расположенном на 1 этаже и работали постоянно с 14.12.2020 г по 24.03.2021 г. За данный период произошло не менее 30 снегопадов, позволяющих оценить работоспособность кровли согласно изобретению. Снег, выпадающий на кровельное окрытие, сразу начинает таять в зонах обогрева и отводиться в виде талой воды в водосточную систему. После окончания снегопада самопроизвольное полное удаление снегового покрова из зон обогрева происходит за 5-8 часов. В зависимости от продолжительности и интенсивности снегопада время для полной очистки зон обогрева может увеличиваться или уменьшаться.
За период тестирования изобретения при температуре наружного воздуха ниже 15 градусов С был отмечен «эффект сковородки» - снег практически не тает, стекая в водосточную систему, а испаряется. Образования льда на карнизном свесе и в надстенном желобе за период тестирования изобретения не было выявлено ни разу.