КАРНИЗ КРЫШИ ЗДАНИЯ
BUILDING ROOF CORNICE

Изобретение относится к строительству крыш жилых и промышленных зданий, исключающих опасный сход с крыши снега, льда, а также падение сосулек значительных размеров.
Известны карнизы на чердачных и совмещенных крышах, имеющих покрытие из листового железа, волоконно-асбестоцементных листов и др. (см. Осипов Л.Г. и др. Гражданские и промышленные здания. М., Высшая школа, 1964, с.231, рис.129 [1]).
Недостатком известных конструкций является возможность схода значительных масс снега и льда при их таянии с края карниза, а также падения сосулек значительных размеров, что представляет серьезную опасность для расположенных внизу людей и объектов.
Известен также карниз крыши с консольным свесом кровли, в котором консольный свес снабжен элементами для намерзания воды, выполненными из гидрофильного материала с низкой теплопроводностью, прикрепленными с нижней и верхней сторон консольного свеса кровли на всю длину карниза (см. а.с. СССР №953143, кл. E04D 13/06, 1980 [2]).
Указанная конструкция обеспечивает значительное увеличение времени нагрева элементов для примерзания воды, а также более сильное примораживание к ним сосулек, что приводит к дальнейшему удержанию сосулек на элементах в процессе их таяния.
Однако процесс длительного удержания значительных масс снега, льда и сосулек значительных размеров представляет значительную опасность вследствие возможности их случайного падения при внешних механических воздействиях, например при ветровых.
Кроме того, известен карниз крыши здания с консольным свесом кровли, в котором консольный свес выполнен специальной желобообразной формы с облицовкой края металлического желоба резиной или специальными гидрофобными материалами, не смачивающимися водой (см. патент ФРГ №2643348, кл. E04D 13/06, опубл. 1978 [3]).
Недостатками данного устройства являются значительная сложность конструкции, большие материальные и трудовые затраты, сравнительно низкие эксплуатационные характеристики. Это объясняется необходимостью выполнения специального металлического желоба и дорогого гидрофобного покрытия, непрерывного по всей длине карниза, коренной переделки всех карнизов, невозможностью применения устройства на уже существующих зданиях.
Наиболее близким устройством того же назначения к заявляемому изобретению по совокупности существенных признаков является карниз крыши здания, содержащий размещенный по контакту с краем крыши и расположенный на ее участке или по периметру с образованием замкнутого контура нагревательный трубчатый элемент с вытяжными отверстиями, соединенный по концам с воздуховодами и клеммами для подключения источника электрического сигнала (см. патент РФ на изобретение №2340746, кл. E04D 13/076, 2006 [4]), принятый за прототип.
Недостатками устройства-прототипа являются его сложность, низкая эффективность и значительные энергозатраты. Это объясняется значительной продолжительностью и энергоемкостью только теплового воздействия на слой снега и льда при отсутствии периодических интенсивных механических воздействий.
Сущность изобретения заключается в создании конструкции карниза крыши, обеспечивающей одновременно с тепловым воздействием на слой снега и льда интенсивное периодическое механическое воздействие путем возбуждения виброударных перемещений козырька крыши.
Технический результат - упрощение конструкции, повышение эффективности удаления снега, льда и сосулек с козырька крыши при снижении энергозатрат.
Указанный технический результат при осуществлении изобретения достигается тем, что в известном карнизе крыши здания, содержащем размещенный на нем протяженный нагревательный элемент, соединенный по концам с клеммами для подключения источника электрического сигнала, особенность заключается в том, что карниз свободно оперт на край крыши и шарнирно прикреплен к последней своей внутренней кромкой, при этом снизу к карнизу вдоль него жестко прикреплены своими боковыми поверхностями стальные втулки, снабженные закрепленными на них с противоположной от карниза стороны плоскими пластинками из сплава с эффектом термомеханической памяти формы (ПМФ) с заданным температурным порогом срабатывания, характеризующимися принятием после срабатывания изогнутой U-образной формы, и/или из термобиметалла, введенными в свободный контакт с краем крыши, а нагревательный элемент выполнен в виде изолированного провода, последовательно продетого сквозь осевые отверстия во втулках.
Сущность изобретения поясняется чертежами, где схематично показан предлагаемый карниз крыши: на фиг.1 - на общем виде с вырезом участка карниза; на фиг.2 - разрез по А-А на фиг.1.
Карниз 1 крыши 2 здания 3, обеспечивающий эффективный сброс слоя 4 снега и льда и сосулек 5, содержит размещенный на нем протяженный нагревательный элемент 6, соединенный по концам с клеммами для подключения источника электрического сигнала. При этом карниз 1 свободно оперт на край крыши 2 и шарнирно прикреплен к последней своей внутренней кромкой. В показанном на рисунках примере реализации устройства карниз 1 выполнен в виде металлической пластины (например, из толстой жести), а шарнир получен пластическим деформированием (изгибом) металла вдоль прямого шва 7, параллельного кромке крыше 2. Отделенный швом 7 участок 8 полосы (карниза) 1 неподвижно зафиксирован на крыше 2 с помощью винтов 9. В общем случае шов 7, являющийся пластическим цилиндрическим шарниром, может быть выполнен путем крепления карниза 1 к крыше 2 полосой из специальной прорезиненной высокопрочной ткани, применяемой, например, для изготовления швов, конвейерных лент и т.п. Снизу к карнизу 1 вдоль него жестко прикреплены с помощью винтов 10 своими боковыми поверхностями стальные втулки 11 с осевыми отверстиями, снабженные закрепленными на них винтами 12 с противоположной от карниза 1 стороны плоскими пластинками 13 из сплава с эффектом термомеханической памяти форм (ПМФ) с заданным температурным порогом срабатывания, характеризующимися принятием после срабатывания изогнутой U-образной формы (на фиг.1 и фиг.2 сплошной линией показана пластина 13 после срабатывания, на фиг.2 - пунктирной линией до срабатывания), и/или из термобиметалла. Пластинки 13, имеющие до срабатывания плоскую форму, введены в свободный контакт с краем крыши 2. Нагревательный элемент 6 выполнен в виде изолированного провода и последовательно продет сквозь осевые отверстия во втулках 11. Для изготовления пластин 13 из ПМФ использован сплав никелид титана (нитинол) TiNi, относящийся к классу интерметаллических соединений. Температуру срабатывания целесообразно выбрать порядка +50°С. С одной стороны эта температура более экономична с точки зрения энергозатрат и не требует значительного нагрева, а с другой - выше возможных температур окружающей среды (для исключения бесполезного срабатывания). Для изготовления пластинок 13 из термобиметалла целесообразно использовать материал со слоями из железоникелевых сплавов, например инвар ЭН36, обладающий оптимальным сочетанием упругих и механических свойств. Концы провода 6 подключают к источнику электрического сигнала, выведенного на электрический щит в подъезде здания. Для более эффективного нагрева целесообразно использовать источник постоянного тока.
Работа предлагаемого устройства осуществляется следующим образом.
В исходном состоянии устройства пластины 13 имеют плоское состояние (пунктиром на фиг.2) и под действием слоя 4 снега и льда на карнизе 1 и сосулек 5 на краю того же карниза плотно прижаты своей нижней поверхностью к краю крыши 2 в зоне свободного опирания на нее карниза 1. При подаче электрического сигнала от источника в провод 6 последний через втулку 11 разогревает как карниз 1, так и пластины из сплава с ПМФ и/или из термобиметалла (пластины 13 могут быть выполнены как из любого из указанных материалов, так и чередоваться). Разогрев карниза 1 вызывает подтаивание слоя 4 снега и льда, а также сосулек 5. Одновременно с этим при нагреве пластин 13 до температуры срабатывания (при изготовлении из сплава с ПМФ) последние скачком принимают изогнутую U-образную форму (сплошная линия на фиг.1 и фиг.2). При этом карниз 1 рывком поднимается относительно края крыши 2, стряхивая с себя уже размягченный тепловым воздействием слой 4 снега и льда и сосульки 5. При охлаждении в течение нескольких секунд пластины 13 опять сработают в обратную сторону, занимая плоское состояние, и карниз 1 рывком с ударом прижмется к краю крыши 2. При выполнении пластинок 13 из термобиметалла процесс изгиба пластинок происходит непрерывно постепенно в процессе подачи тока в провод 6. Как показывают эксперименты, целесообразно использовать сочетание релейного и плавного воздействий на карниз 1 при одновременном его нагреве, то есть чередовать пластинки 13 из сплава с ПМФ и термобиметалла. Такое сочетание механических воздействий с тепловыми возмущениями обеспечивает максимально эффективное удаление слоя снега и льда 4 и сосулек 5 с крыши 2. При этом конструкция предельно проста, требует минимальных энергозатрат, может применяться в любой момент по мере образования на крыше сосулек и слоя снега и льда, исключая необходимость подъема человека на крышу. Простота реализации позволяет часто использовать устройство, не дожидаясь образования на карнизе значительных масс снега, льда и сосулек, опасных для расположенных внизу объектов. Здесь исключается необходимость в нагреве всей крыши и вспомогательных элементов: осуществляется только местный нагрев карниза 1, втулок 11, провода 6 и т.п., что резко снижает энергозатраты при реализации устройства.