УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПРЕДОТВРАЩЕНИЯ ПАДЕНИЯ С КРЫШ СНЕГО-ЛЕДЯНОЙ МАССЫ И КРУПНЫХ СОСУЛЕК

Полезная модель относится к области строительства й эксплуатации зданий и сооружений и может быть использована при обустройстве крыш зданий и сооружений для предотвращения падения с крыш снего-ледяной массы и крупных сосулек, которые представляют угрозу безопасности людей.
Известен способ удаления ледяных сосулек, который заключается в направлении на сосульки лазерного излучения с длиной волны в диапазоне 9-11 мкм в виде последовательности импульсов с энергией в импульсе 0,1-100,0 Дж, при этом частоту следования импульсов выбирают в интервале 0,01-30 кГц, а длительность импульсов выбирают не более 100 мкс (патент РФ №2307905, МПК E04D 13/00, 2005 г.). Недостатком этого способа является необходимость отслеживания появления сосулек и привлечения людей для направления на сосульки лазерного излучения. Кроме того, способом не предусмотрено предотвращение падения с крыш снего-ледяной массы, образующейся на краю крыши.
Известна антиобледенительная кровля скатных и условно-плоских крыш (патент России №2301869, МПК E04D 13/00, 2007 г.). На нижней кромке карнизного свеса такой кровли организуют герметичную отбортовку из водонепроницаемого материала, а в нижних точках соединения карнизного свеса и отбортовки выполняют дозирующие отверстия для капельного отвода талых вод. Отбортовка не дает талой воде стечь с края крыши, поэтому вода движется вдоль отбортовки к зонам наружного водостока. При наступлении заморозка не успевшая стечь и еще не замерзшая талая вода по каплям сливается через дозирующие отверстия. Благодаря этому уменьшаются теплопотери талой воды при ее самотечном продвижении к зонам наружного водостока и как следствие уменьшается объем льдонамерзаний на плоскости карнизного свеса. При таком обустройстве кровли исключается или уменьшается возможность намерзания сосулек на нижней горизонтальной кромке карнизного свеса. Недостаток такой кровли обусловлен следующим. Таяние снега на крыше возможно не только вследствие положительной температуры окружающего воздуха, но и из-за нагрева крыши тепловыми потоками из здания при отрицательной температуре окружающего воздуха. Т.к. в последнем случае карнизный свес остается холодным, то не исключено, что талая вода, не успев стечь в дозирующее отверстие или в наружный водосток, замерзнет на карнизном свесе. Поскольку вода будет пребывать на холодный карнизный свес длительное время, это приведет к закупориванию льдом дозирующих отверстий и накоплению льда у отбортовки, вследствие чего отбортовка и дозирующие отверстия перестанут выполнять свои функции.
Известно устройство для предотвращения образования сосулек (патент России №2301311 МПК E04D 13/00, 2007 г.). Устройство содержит тепловые трубы, зоны испарения которых расположены в вентиляционном канале (воздуховоде) вытяжного воздуха, а зоны конденсации тепловых труб закрепляются под водостоками и желобами крыши. Благодаря теплоте, получаемой талой водой в желобах и водостоках от зон конденсации, вода в желобах и водостоках не замерзает. Недостатком такого устройства является то, что его внедрение требует значительного расхода материалов и существенного обустройства чердачных помещений. Если не принять мер против загромождения, то чердачные помещения и проходы после обустройства будут загромождены тепловыми трубами. Кроме того, такое устройство непригодно для зданий и сооружений без чердаков.
Известно устройство для предотвращения обледенения кромок крыши и образования сосулек, содержащее нагреватель кровли. Нагреватель представляет собой распределенный по площади кровли электрокабель, который осуществляет обогрев крыши и обеспечивает постоянный сток талой воды (Гагарина Т., Рецепт кровельного пирога / Современный дом, 2002, №4, с. 48-54). Недостатком данного устройства является необходимость расхода электроэнергии на обогрев кровли. Кроме того, необходимо отслеживать выпадение снега на крыше для своевременного включения нагревателя или привлекать для этого автоматическое приспособление.
Известно устройство для предотвращения образования крупных сосулек на выступающих деталях крыш и фасадов зданий и сооружений и падения с этих деталей наледи и снега (патент России №2385390 МПК E04D 13/076, 2009 г.). Устройство включает листообразное тело, содержащее часть листообразного тела, лежащую на поверхности выступающих деталей крыш и фасадов зданий и сооружений, в направлении от их кромки, и, по меньшей мере, частично скрепленную с ними, и часть листообразного тела, выступающую за кромку, причем, по меньшей мере, часть листообразного тела, выступающая за кромку, выполнена из материала, обладающего свойством гибкости и упругости, по меньшей мере, при температурах образования наледи и сосулек, причем листообразное тело выполнено с возможностью задерживания на своей поверхности наледи и снега.
Данное устройство принято за прототип, поскольку является наиболее близким к предлагаемому устройству по совокупности существенных признаков.
Работа известного устройства состоит в следующем. Часть листообразного тела, лежащая на поверхности, задерживает на себе снег и лежащий на краю выступающей детали крыши лед, который образуется при замерзании талой воды. Стекающая с крыши при отрицательной температуре окружающего воздуха вода попадает на выступающую за кромку часть тела и, протекая по этой части, намерзает на ней. Образующийся лед под действием своего веса изгибает эту часть тела.
Вследствие изгиба примерзший лед растрескивается и затем падает вниз, не дав образоваться сосулькам.
Недостатки известного устройства заключаются в следующем. Возможна ситуация, когда при отрицательной температуре воздуха по растрескавшемуся, но еще не упавшему льду потечет талая вода. Она заполнит трещины и замерзнет в них, восстановив целостность льда, причем напряжение изгиба льда на месте каждой бывшей трещины теперь будет отсутствовать. При дальнейшем намерзании льда увеличится его толщина на выступающей за кромку части тела, что приведет к увеличению прочности этого льда и, следовательно, к понижению способности этой части тела изгибаться. Это в свою очередь снизит работоспособность устройства и увеличит вероятность образования крупных сосулек. Кроме того, хотя часть листообразного тела, лежащая на поверхности выступающей детали крыши, задерживает на себе снег и лед, при потеплении лежащий на крыше снег, стремясь сползти, станет напирать на лежащие на краю выступающей детали крыши снег и лед; возникнет вращательный момент, способствующий перекатыванию, а, следовательно, и падению льда.
Технической задачей полезной модели является исключение падения с крыши снего-ледяной массы и предотвращение образования крупных сосулек. (Тогда падения с крыш крупных сосулек не будет благодаря их отсутствию.)
Указанная цель достигается тем, что в устройстве для предотвращения падения с крыш снего-ледяной массы и крупных сосулек, включающем примыкающий к краю крыши наклонный козырек, содержится размещенная на краю крыши пропускающая воду преграда, а примыкающий к краю крыши наклонный козырек выполнен с отверстиями. (В прототипе наклонный козырек именуется как часть листообразного тела, выступающая за кромку выступающих деталей крыш и фасадов зданий и сооружений.) Преграда удерживает от падения с крыши находящуюся на краю крыши снего-ледяную массу, а отверстия в козырьке обеспечивают ограниченность размера сосулек; кроме того, козырек с отверстиями удерживает от падения образовавшиеся сосульки.
Техническим результатом полезной модели является повышение эффективности предотвращения падения с крыш снего-ледяной массы и крупных сосулек.
Заявленная полезная модель поясняется фиг. 1-4.
Фиг. 1. Край крыши со снегом, льдом и сосульками без размещенного на краю крыши устройства.
Фиг. 2. Край крыши (карнизный свес), снег, лед и сосульки при наличии на краю крыши устройства.
Фиг. 3. Фрагмент козырька (вариант).
Фиг. 4. Фрагмент козырька (вариант), выполненного заодно с преградой.
На фиг. 1 изображена крыша 1 с карнизным свесом 2 без размещенного на краю крыши устройства, стена здания или сооружения 3, снежный покров 4, лед 5, нарост на боковой части льда 6, сосульки 7.
На фиг. 2 (где показан край крыши с размещенным на краю крыши устройством), кроме элементов, содержащихся на фиг.1, изображена пропускающая воду преграда 8, которая удерживает снего-ледяную массу, находящуюся на краю крыши, наклонный козырек 9 с отверстиями 10, который удерживает сосульки 7, наледь 11 на козырьке с отверстиями.
На фиг. 3, изображен фрагмент варианта наклонного козырька 9 (взгляд справа на то, что показано на фиг. 2; диметрическая проекция). Козырек 9 имеет отверстия 10 со стоками 12 в виде зубцов, отходящих вниз от более близких к крыше краев отверстий, а также стоки 12 в виде зубцов, отходящих вниз от края козырька. Нижние части всех стоков заостренные.
На фиг. 4, изображен фрагмент еще одного варианта козырька 9. (Ракурс такой же, что и для фигуры 3.) Здесь у козырька имеется продолжение в сторону крыши, лежащее на поверхности крыши и скрепленное с ней; на этом продолжении закреплена преграда 8. Кроме того, этот козырек имеет ребра жесткости 13, которые одновременно являются боковыми границами отверстий 10, а также ограничители в виде столбиков 14, препятствующие соскальзыванию наледи. Отверстия и край козырька снабжены стоками 12.
На фиг. 3 отверстия 10 имеют по одному стоку 12, на фиг. 4 отверстия 10 имеют по несколько стоков 12; отверстия 10 на фиг. 4 вытянуты в направлении, параллельном краю крыши. Изображенные на фиг. 3, 4 стоки изогнуты вогнутостью к зданию или сооружению, поэтому поверхности стоков не образуют резких изломов с поверхностью козырька.
Рассмотрим процесс образования снего-ледяной массы и сосулек, если не приняты меры по предотвращению их образования или падения.
Когда под воздействием солнечного света, теплого воздуха снег 4 на крыше 1 (см. фиг. 1) тает, то образующаяся на верхней границе снежного покрова вода под действием силы тяжести опускается в снег, где вступает с ним в теплообмен. Поскольку образовавшаяся вода имеет температуру 0°, а снег отрицательную, то вода отдает тепло снегу и вновь замерзает, а снег нагревается. Когда снег нагреется до температуры, близкой к 0°, талая вода практически перестанет замерзать.
Под действием силы тяжести не успевшая замерзнуть талая вода перемещается к краю крыши, а оттуда по каплям падает с крыши. При наступлении заморозка не успевшая замерзнуть талая вода еще некоторое время будет падать с крыши. (От холодных потоков сверху воду уберегает снег, который является теплоизолятором.) У края крыши вода станет замерзать, т.к. там она соприкасается с холодным карнизным свесом 2 (если свес промерзнет) и с холодным воздухом. Это приведет к появлению льда 5 на краю карнизного свеса. Теперь талая вода будет покидать крышу через верхний край образовавшегося льда 5. (Если во время оттепели лед подтает снизу, то возможно отслоение льда от поверхности крыши. Тогда талая вода сможет просачиваться и по тонкому граничному слою между крышей и льдом.) Некоторая часть воды, которая при заморозках проникает через верхний край льда, намерзнет на поверхности льда 5. Это приведет, во-первых, к увеличению высоты льда 5, а во-вторых, к образованию нароста 6 на боковой поверхности льда 5. А нарост 6, если не принять мер, даст начало сосулькам 7, которые будут исходить из нароста, а не от кромки крыши (на фиг. 1 исходящая из нароста сосулька правая). А вытекающая из-подо льда вода приведет к образованию сосулек 7, исходящих с поверхности крыши (на фиг. 1 такая сосулька левая). Лед 5 с наростом 6 и примыкающим ко льду 5 снегом 4 образуют снего-ледяную массу. Эта снего-ледяная масса под действием силы тяжести будет стремиться сползти вниз и упасть с крыши, что представляет угрозу безопасности.
При отсутствии чердака, а также при наличии чердака, температура воздуха на котором положительна, под воздействием тепловых потоков из здания крыша может нагреваться. В этом случае снег на крыше тает также благодаря его подогреву крышей, что ведет к появлению снего-ледяной массы и сосулек даже во время морозов.
В предлагаемом устройстве для предотвращения падения с крыш снего-ледяной массы и крупных сосулек, включающем примыкающий к краю крыши наклонный козырек, содержится размещенная на краю крыши пропускающая воду преграда, а примыкающий к краю крыши наклонный козырек выполнен с отверстиями. (См. фиг. 2.) Преграда удерживает от сползания с крыши находящуюся на краю крыши снего-ледяную массу, а отверстия в козырьке исключают рост сосулек до большого размера. Роль преграды может выполнять, например, закрепленная на краю крыши вертикальная решетка или сетка. Козырек с отверстиями может быть выполнен, например, в виде решетки.
Работает устройство следующим образом. Если наклонный козырек еще не успел покрыться льдом и пока не образовались сосульки, то попавшая на козырек 9 с нароста 6 или вытекающая из-подо льда 5 капля станет течь по наклонному козырьку; при отрицательной температуре воздуха она либо замерзнет на козырьке, либо, встретив на пути отверстие, упадет через отверстие на землю. В дальнейшем стекание воды через отверстия при отрицательной температуре воздуха приведет к образованию сосулек 7; на верхней поверхности наклонного козырька 9 образуется наледь 11. Исходящие из нароста 6 или наледи 11 сосульки 7 пройдут через отверстия козырька и расположатся под козырьком. Если какое-либо отверстие полностью заполнится льдом (или часть отверстия полностью заполнится льдом в направлении стекания воды), то капли воды, дойдя до этого отверстия (или до заполненной льдом его части), больше не смогут проходить сквозь это отверстие; рост сосульки прекратится. Следовательно, размер, а стало быть, и вес сосульки будет ограничен. Это исключит образование, а, следовательно, и падение крупных сосулек. В дальнейшем, капли будут падать через другое отверстие. Это приведет к тому, что от нароста или от наледи ответвится другая сосулька. При долгом стекании капель воды во время мороза таких ответвлений, очевидно, может быть несколько. Через одно отверстие может проходить и несколько сосулек. Образуются монолитные ледяные тела, состоящие из наледи и сосулек, проходящих через отверстия 10 (см. фиг. 2). Такая монолитность и разветвленность в значительной мере предотвратит падение сосулек и наледи. Это обусловливает дополнительное достоинство устройства, которое выражается в том, что даже образовавшиеся небольшие сосульки до процесса таяния падать не будут.
При таянии наледи и сосулек их размеры будут уменьшаться. Часть сосулек растает полностью, а другая часть вследствие расплавления наледи, удерживающей сосульку, проскочит через отверстие и упадет. Благодаря и без того небольшому размеру, который имеет сосулька до расплавления, и тем более небольшому после частичного расплавления каждая такая падающая сосулька не представит опасности.
При эксплуатации козырька с отверстиями проявляется еще один полезный эффект. Если очередные капли воды больше не смогут потечь через данное отверстие по сосульке вследствие закупоривания льдом отверстия, капли подтекут к близлежащему отверстию. Следовательно, эти капли не будут отдавать какому-либо телу то тепло, которое отдали бы холодной сосульке, если бы продолжали стекать по ней. Поэтому возможность замерзания капли вблизи второго отверстия меньше, чем возможность ее замерзания при движении по сосульке. Это способствует тому, что скорость роста массы сосулек при наличии козырька уменьшится. При отсутствии же козырька размер сосульки не ограничен и чем длиннее сосулька, тем интенсивнее идет ее рост.
Очевидно, что площадь совокупной поверхности рассматриваемых сосулек больше площади поверхности одной большой сосульки, равновеликой по объему совокупности рассматриваемых сосулек. Это способствует более быстрому таянию рассматриваемых сосулек и более быстрой сублимации, так что за счет этих процессов совокупная масса сосулек уменьшится за данное время в большей степени, чем уменьшилась бы масса одной большой сосульки, которая бы образовалась при отсутствии козырька. Этот фактор и уменьшение скорости роста сосулек будут способствовать снижению веса сосулек, удерживаемых козырьком 9 и за счет этого уменьшению нагрузки на край крыши.
Если на пути текущей по козырьку талой воды будут находиться только заполненные льдом отверстия, то вода будет стекать с козырька через его нижний край, что может привести к образованию свисающих с нижнего края козырька сосулек, рост которых теперь неограничен, а это нежелательно. Чтобы уменьшить вероятность возникновения такой ситуации, а также дополнительно уменьшить вес удерживаемых козырьком сосулек полезно отсрочить начало образования сосулек при стекании талой воды во время мороза. Для этого целесообразно снабдить более близкие к крыше края отверстий 10 стоками 12 в виде отходящих от этих краев вниз заостренных снизу зубцов, у которых поверхность, контактирующая со стекающей водой, гидрофильна. На фигурах 3 и 4 показано 2 из многих возможных вариантов выполнения козырька с отверстиями и стоками. На фиг. 3 отверстия имеют квадратную форму, каждое отверстие имеет один сток. На фиг. 4 отверстия имеют форму полос, вытянутых вдоль козырька; каждое отверстие имеет несколько стоков. В общем случае форма отверстий может быть и другой, а число стоков у каждого отверстия любым. При наличии стоков капля, подойдя к отверстию, потечет по стоку. Пока сток не покрыт льдом, благодаря гидрофильности поверхности стока вся вода, стекающая по данному стоку, пройдет через острие. Поэтому, когда сток покроется льдом, ледяное покрытие будет иметь форму и размер стока. А т.к. лед гидрофилен, то вода, попадающая на сток, по-прежнему будет протекать по острию. Гидрофильность будет препятствовать отрыву воды от стока, однако благодаря большой крутизне спуска капля, двигаясь по стоку вниз, разгонится, а это будет способствовать наиболее полному отрыву капли. Часть капли все-таки удержится на стоке, но благодаря острию масса этой части капли будет сравнительно маленькой. Кроме того, благодаря тому, что вся вода, стекающая по данному стоку, пройдет через его острие, велика возможность того, что капелька воды, зависшая на острие, не успев превратиться в лед при заморозке, смоется вновь поступившей к острию водой. Чтобы обеспечить наиболее полный отрыв капель от нижнего края козырька 9, и тем самым отсрочить начало образования сосулек, целесообразно на нижнем крае козырька 9 также сделать стоки 12 в виде отходящих от края вниз заостренных снизу зубцов, поверхность которых гидрофильна (см. фиг. 3, 4).
Чтобы капли стекающей по козырьку воды не останавливались у более близкого к крыше края отверстия, т.е. перед стоком (такая остановка возможна при наличии излома между поверхностями козырька и стока из-за действия сил поверхностного натяжения), целесообразно обеспечить отсутствие излома, т.е. сделать поверхность стока изогнутой вогнутостью к зданию или сооружению.
Целесообразно, чтобы размер отверстия в направлении поперек козырька был порядка двух сантиметров, чтобы в случае выпадения из отверстия сосульки ее размер был бы невелик. Оптимальный размер стока у края отверстия в направлении вдоль козырька, а также высота стока -порядка двух сантиметров. Высота преграды в зависимости от климатических условий и соответственно характерной высоты снежного покрова должна быть порядка 10-20 см.
В случае если козырек не содержит стоков, нельзя, чтобы отверстия 10 имели овальную форму, ибо в случае овальной формы из-за действия сил поверхностного натяжения стекающая вода будет огибать отверстия и не попадать в них.
Чтобы талая вода стекала самотеком, козырек 9 надо установить с наклоном. Наклон также будет способствовать сползанию с козырька листьев и другого мусора, попадающего на козырек. Чтобы козырек 9 не покрывался снегом, целесообразно поместить над козырьком 9 навес 15 (см. фиг. 2), либо наклон козырька 9 сделать таким, чтобы снег сползал с козырька 9 под действием своей силы тяжести. Угол наклона зависит от коэффициента трения снега о материал поверхности козырька.
Во избежание изгибания козырька 9 под действием силы тяжести наледи и сосулек целесообразно снабдить козырек ребрами жесткости, расположенными поперек козырька. На фиг. 4 показаны эти ребра 13. Они в данном случае также разграничивают с боков отверстия 10. При таянии во время потепления наледи 11 и сосулек 7 (см. фиг. 2) не исключено, что на каком-либо участке козырька полностью растают сосульки, а наледь полностью не растает. Чтобы предотвратить возможное в таком случае сползание и падение наледи, целесообразно на нижнем крае наклонного козырька разместить ограничители, например, в виде столбиков 14.
Вода, стекающая с крыши во время дождя, свободно протечет через преграду по козырьку, поэтому преграда и козырек с отверстиями не создадут помех дождевой воде.
Возможность изготовления козырька с отверстиями и преграды не вызывает сомнений; их применение по назначению требует сравнительно небольшого обустройства края крыши. Эксплуатация предлагаемого устройства сводится только к уходу за ним.