УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОБЕСПЕЧЕНИЯ БЕЗОПАСНОСТИ ПРИ ОБРАЗОВАНИИ СОСУЛЕК НА ВЫСТУПАЮЩИХ ДЕТАЛЯХ КРЫШ И ФАСАДОВ ЗДАНИЙ И СООРУЖЕНИЙ И ПРЕДОТВРАЩЕНИЯ ПАДЕНИЯ КРУПНЫХ СОСУЛЕК, НАЛЕДИ И СНЕГА С ЭТИХ ДЕТАЛЕЙ

Полезная модель относится к области строительства и эксплуатации зданий и сооружений и может быть использована для предотвращения образования крупных сосулек на выступающих деталях крыш и фасадов зданий и сооружений и падения с этих деталей наледи и снега.
Основным элементом рассмотрения является скатная крыша зданий и сооружений, на которых образуются наледи, сосульки и ледяные массы.
Сосульки образуются при низких (минусовых по шкале Цельсия) температурах, обычно - несколько градусов ниже нуля, и при поступлении воды. Вода может, например, стекать с крыши дома, где снег тает под воздействием солнечной радиации («весенние» сосульки) или тепла с чердачных помещений («зимние» сосульки). Под воздействием силы тяжести талая вода стекает вниз, охлаждается до температуры замерзания и становится, таким образом, элементом объема сосульки. При благоприятных условиях могут "вырастать" сосульки длиной в несколько метров и массой в сотни килограммов. Если сила тяжести, действующая на сосульку, в результате роста массы сосульки превысит предел прочности льда в точке начала роста, то сосулька обрушивается. При прекращении поступления талой воды рост сосульки останавливается, а при температуре выше нуля происходит уменьшение размеров и массы сосульки за счет таяния. При температуре ниже нуля сосульки хотя и медленнее, но также уменьшаются в результате сублимации. Ясно, что это создает дополнительную нагрузку на покрытия строительных сооружений, приводит к их повреждениям и, следовательно, должно рассматриваться как нежелательное явление. Кроме того, заметим, что растущие сосульки создают опасность имущественного ущерба и физическую угрозу жизни человека.
Образование «зимних» сосулек происходит и при отрицательных температурах, вплоть до -15°С. Это объясняет рост сосулек даже в период отрицательных температур окружающей среды (большую часть зимы).
Причиной, вызывающей рост «зимних» сосулек на кровлях, в первую очередь, служит нагрев чердачных помещений относительно наружного воздуха. Основными источниками тепла при этом являются:
1. неизолированные трубопроводы центрального отопления и горячего водоснабжения;
2. двери и люки выхода на чердак;
3. нагрев изношенной теплоизоляции перекрытия чердачного помещения;
4. вентиляционные шахты, короба, люки, клапаны и т.д.
Первостепенность решения любой задачи состоит в точном диагнозе (постановке исходных данных) или проблемы с целью решении ее причины.
В нашем случае причиной образования сосулек и наледей является закупоривание льдом мест отвода талой воды. Так как полностью избежать попадания тепла на чердак здания невозможно, то необходимо предусмотреть на кровле здания беспрепятственный отвод талой воды.
Рассматривая первопричину образования сосулек и наледей, необходимо обратить особое внимание на конструкцию крыш, наиболее подверженных данному явлению.
Несовершенство в системе удаления таявшей воды с нижней части крыши (расположение "холодного" ливнестока снаружи здания) является причиной образования льда, т.к. температура трубы и водоприемной воронки всегда ниже температуры поверхности кровли (поверхность кровли "подогревается" теплом от чердачного помещения). Закупорка отводящего канала вновь образовавшимся в трубе и воронке льдом приводит к застою и последующему замерзанию воды на всем периметре крыши с возможным переливом воды и образованием сосулек на карнизах. Таким образом, можно утверждать, что процесс образования сосулек, как таковых, начинается с закупорки водосточной системы, когда вода начинает течь в недопустимых местах.
Наглядно рассмотреть причинно-следственные связи можно с помощью таблицы:
Первопричина
Высокая по отношению к окружающей температуре температура чердачных помещений
Причина
Таяние снега на поверхности кровли с последующим замерзанием воды в водосточной системе (в водоприемной воронке и трубе)
Следствие
Образование ледяного массива в районе водоприемной воронки и далее по всему
периметру крыши с возможным разрастанием на выступающие части фасадов
Последствия
Падение сосулек с крыш и выступающих частей фасадов, в том числе и карнизов, с их разрушением
В итоге постоянно стоит техническая задача предотвращения образования крупных сосулек на выступающих деталях крыш и фасадов зданий и сооружений и падения с этих деталей сосулек, наледи и снега.
Существуют различные устройства для этого, основанные на разных технических принципах.
Известно устройство для предотвращения образования крупных сосулек на выступающих деталях крыш и фасадов зданий и сооружений и падения с этих деталей наледи и снега, включающее 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 (1).
При наличии эффективности предотвращения образования сосулек оно обладает недостатком: сложность и трудоемкость возведения. Возможность создания данного устройства появляется при проведении капитального ремонта и требует капитальных затрат при этом.
Известно устройство для обеспечения безопасности при образовании сосулек на выступающих деталях крыш и фасадов зданий и сооружений и предотвращения падения крупных сосулек, наледи и снега с этих деталей, включающее водоприемную воронку, лоток и расположенные по сторонам от лотка на кровле настенные желоба с уклоном навстречу друг другу в сторону водоприемной воронки (2).
Данное техническое решение принято в качестве прототипа заявленной полезной модели, поскольку является наиболее близким к ней по совокупности общих существенных признаков и достигаемому техническому результату.
Принцип работы известного устройства состоит в отводе талых вод в водоприемную воронку. Однако, поскольку температура ее поверхности практически равна температуре окружающего воздуха, талые воды примерзают к ней, образуя наледь, которая наглухо «забивает» водоприемную воронку. Более того, приходящая вода непрерывно намерзает на воронке, образуя сосульки. Поскольку вода не имеет возможность стекать через водоприемную воронку, то она накапливается в желобах и замерзает. Следующие потоки воды непрерывно намерзая, образуют лед, «переваливающийся» через желоба и свешивающийся с карниза крыши. Следствием является появление сосулек.
Технической задачей заявленной полезной модели является повышение эффективности предотвращения образования крупных сосулек на выступающих деталях крыш и фасадов зданий и сооружений и падения с этих деталей наледи и снега при простоте конструкции и низкой трудоемкости возведения без значительных капитальных затрат и при отсутствии необходимости в проведении капитального ремонта.
Техническая задача достигается тем, что устройство для обеспечения безопасности при образовании сосулек на выступающих деталях крыш и фасадов зданий и сооружений и предотвращения падения крупных сосулек, наледи и снега с этих деталей, включает водоприемную воронку, лоток и расположенные по сторонам от лотка на кровле причем, согласно полезной модели, настенные желоба с уклоном навстречу друг другу в сторону водоприемной воронки, отличающееся тем, что в кровле, смежно нижним концам желобов и лотку напротив водоприемной воронки выполнено углубление, в котором смонтирована емкость, верхняя кромка которой расположена не выше поверхности кровли с возможностью поступления в нее воды по желобам и вышележащей кровле с последующим отводом в водоприемную воронку, причем в стенке емкости противоположной водоприемной воронке выполнено сливное отверстие водоотводного трубопровода, нижняя точка которого расположена выше верхней точки горловины водоприемной воронки, но ниже верхних кромок водоприемной воронки, лотка и концов желобов, при этом водоотводный трубопровод соединен с трубопроводом канализации.
Данная совокупность общих существенных признаков необходима и достаточна при любой реализации полезной модели.
Работа заявленного устройства состоит в следующем.
В теплое время года, при отсутствии снега, во время дождя, вода стекает по поверхности кровли в желоба, из них поступает в емкость, затем в водоприемную воронку, из нее по водосточной трубе вытекает, например, на тротуар улицы перед зданием. При этом вода не поступает в сливное отверстие водоотводного трубопровода, поскольку ее нижняя точка расположена выше верхней точки горловины водоприемной воронки.
В зимнее время года, когда крыша покрыта снегом, образуемая вода, стекая вниз по кровле, попадает в желоба, из которых перетекает в емкость, а далее из нее в водосточную воронку. При похолодании вода у нижней кромки выступающих деталей крыш и зданий начинает замерзать и образуется наледь. Наледь образуется также внутри водосточной воронки, которая перестает вследствие этого отводить воду с кровли. Уровень воды в емкости повышается и достигает сливного отверстия. После этого вода начинает отводиться с крыши через это сливное отверстие. Таким образом, предотвращается перелив воды через желоба и выступающие детали крыш и зданий с последующим замерзанием.
Тем самым предотвращается образование крупных сосулек.
Это является основным техническим результатом заявленной полезной модели.
Важно отметить, что вода может замерзать в водоприемной воронке, в настенном желобе и на карнизном свесе. Однако сливное отверстие не замерзает и не забивается льдом поскольку обогревается, например, теплом фановой (бытовой) канализации, поскольку водоотводный трубопровод сливного отверстия соединен с трубопроводом канализации (температура сточной канализационной воды 20-30°С, а, следовательно, и воздуха транспортируемого на чердак или за пределы здания). Емкость не замерзает и не забивается льдом, поскольку обогревается, например, за счет частичного нахождения ее в чердачном помещении, температура которого выше уличной температуры. Водоприемная воронка и сливное отверстие емкости расположены на разных уровнях, причем сливное отверстие емкости находится выше водоприемной воронки, чтобы не затекала вода в теплое время года. Сливное отверстие начинает «работать» только когда замерзает водоприемная воронка и поднимается уровень воды в емкости.
Данное устройство позволяет без капитальных переделок кровли решить вопрос отвода талой воды, образующейся в зимнее время. Вода в канализацию поступает из сливного отверстия в малых количествах, тем самым не превышает максимальную пропускную способность канализационного стояка. При массовом таянии снега вода уходит через существующую водосточную систему. При этом, как отмечено выше, талая вода не поступает на край кровли, что предотвращает образование сосулек.
Этим самым исключается возможность образование сосулек из талой воды на кровле. В теплое время года (весной) вода уходит в существующую водосточную систему через водоприемную воронку наружного водостока. То есть, в теплое время года вода идет в водоприемную воронку, а зимой, кода воронка замерзает, вода идет через сливное отверстие, например, в канализационный стояк.
Другим техническим результатом полезной модели является снижение трудоемкости монтажа и демонтажа устройства, удобство транспортировки и складирования деталей устройства, поскольку надо всего лишь дополнить существующую конструкцию водостока емкостью, разместив ее в нижней точке приема воды (углублении между нижними концами желобов и водоприемной воронкой), соединив затем емкость с водоотводной трубой с последующим подключением, например, к канализации.
Кроме того, заявитель считаем необходимым выделить следующие развития и/или уточнения совокупности общих существенных признаков заявленной полезной модели, относящиеся к частным случаям выполнения или использования.
Они вызваны тем, что, вообще говоря, можно сконструировать множество различных конструкций отдельных узлов заявленного устройства, причем во всех случаях сохранится сущность полезной модели, обеспечивающая предотвращение образования крупных сосулек на выступающих деталях крыш и фасадов зданий и сооружений и падение с этих деталей наледи и снега, а также простоту и легкость сборки-разборки, транспортировки и хранения полезной модели. Сам заявитель разработал несколько ее модификаций. Ниже предлагаются некоторые наиболее оптимальные варианты.
Желательно, чтобы водоотводный трубопровод был бы соединен с трубопроводом канализации в зоне, расположенной выше ее верхней водоприемной точки. При этом трубопровод канализации представляет собой, в частности, канализационную трубу. Это упростит решение задачи по отводу талой воды, а также обеспечит подвод теплого воздуха к сливному отверстию водоотводного трубопровода, тем самым предотвращая образования в нем, в также в емкости, льда.
Водоотводный трубопроводов может иметь различную конструкцию, например, он может представлять собой резиновый шланг или может быть выполнен из металла или из полимерного материала.
Для надежного предотвращения забивания льдом емкости она дополнительно может быть оснащена средством для обогрева, вмонтированного например, в его стенку или расположенное с ним рядом с возможностью контакта. В частности, средство подогрева может представлять собой вмонтированный в корпус емкости электрический нагреватель, подключенный к солнечной батарее, установленной на крыше. Кроме того, емкость для предотвращения замерзания в ней воды может иметь контакт с нагретой частью крыши посредством промежуточной детали из теплопроводного материала, например, металлических стержней, другие концы которых выведены в чердачное помещение.
По длине каждого желоба, выше него по скату кровли, может быть образовано, по меньшей мере, одно дополнительное углубление с емкостью, причем в стенке емкости, противоположной желобу, выполнено сливное отверстие водоотводного трубопровода, нижняя точка которого расположена выше нижней точки желоба, в плоскости, проходящей через данную точку желоба и сливное отверстие, при этом водоотводный трубопровод сливного отверстия соединен с трубопроводом канализации. Такое техническое решение осуществляется дополнительно в случае, когда вышеописанное устройство не справляется в полной мере с отводом талой воды. Дополнительное углубление с емкостью позволяет перехватывать часть потока талой воды по длине желоба и направлять его через водоотводный трубопровод в трубопровод канализации, например, бытовой (фановой) канализации, тем самым дополнительно предотвращая образование из нее наледи.
Полезная модель поясняется чертежом.
На фиг.1 изображена крыша с заявленным устройством, аксонометрия;
На фиг.2 - то же, вид в плане;
На фиг.3 - то же, сечение по А-А фиг.2, аксонометрия (режим функционирования - лето);
На фиг.4 - то же, сечение по А-А фиг.2, аксонометрия (режим функционирования - зима);
На фиг.5 изображено исходное состояние крыши до монтажа заявленного устройства;
На фиг.6 показана разметка линий разреза кровли, с загибом частей последней для установки емкости;
На фиг.7 показано состояние крыши на этапе вставки емкости;
На фиг.8 изображена крыша с дополнительным углублением с емкостью по длине желоба, аксонометрия.
Устройство 1 для обеспечения безопасности при образовании сосулек на выступающих деталях крыш и фасадов зданий и сооружений и предотвращения падения крупных сосулек, наледи и снега с этих деталей, включает водоприемную воронку 2 и расположенные по сторонам от нее на кровле 3 желоба 4 с уклоном навстречу друг другу, причем верхняя кромка 5 горловины водоприемной воронки 2 расположена ниже концов желобов 4 с обеспечением приема воды из них (фиг.1). Для обеспечения крепежа и жесткости желобов 4 используются крюки 6.
В кровле 3 смежно нижним концам 7 желобов 4 и лотку 8 напротив водоприемной воронки 2 выполнено углубление 9, в котором смонтирована емкость 10 с возможностью поступления в нее с боковых и вышележащих по скату сторон воды. Направление движения воды указано стрелками, обозначенными позицией 11. Из емкости 10 вода с помощью лотка 8 движется в водоприемную воронку 2. Направление течения воды из емкости 10 в водоприемную воронку 2 указано стрелкой, обозначенной позицией 12.
В задней стенке 13 емкости 10, противоположной водоприемной воронке 2, выполнено сливное отверстие 14, соединенное с водоотводным трубопроводом 15. Нижняя точка сливного отверстия 14 расположена выше уровня верхней кромки 5 горловины водоприемной воронки 2, но ниже уровня верхней кромки водоприемной воронки 2, верхних кромок боковых стенок лотка 8, верхних кромок концов 7 желобов 4 (фиг.1, фиг.2, фиг.3, фиг.4).
Работа устройства осуществляется следующим образом.
В теплое время года, при отсутствии снега, во время дождя вода стекает по кровле 3 в желоба 4, из них поступает в емкость 10, затем в водоприемную воронку 2, из нее по водосточному стояку 16 вытекает, например, на тротуар улицы перед зданием (фиг.3). При этом вода не поступает в сливное отверстие 14, примыкающее к водоотводному трубопроводу 15, поскольку оно расположено выше уровня верхней кромки 21 горловины водоприемной воронки 2.
В зимнее время года, когда крыша покрыта снегом, образуемая в результате физических процессов вода стекает вниз по кровле 3 и попадает в желоба 4, из которых перетекает в емкость 10 и из нее в водосточную воронку 2. В результате перепада температур и смене последней на отрицательные значения вода начинает замерзать, образуется наледь, забивая, тем самым, существующий водосточный стояк 16 и водоприемную воронку 2, которые перестают вследствие этого отводить воду с крыши (фиг.4). Уровень воды в емкости 10, вследствие образования наледи внутри желобов 4, а также на стенках и днище емкости 10, повышается и достигает сливного отверстия 14, примыкающего к водоотводному трубопроводу 15. После этого вода начинает отводиться с крыши через это сливное отверстие. Направление потока воды обозначено позицией 29. Незамерзанию сливного отверстия 14 способствует обогрев примыкающего к нему водоотводного трубопровода 15 за счет транспортируемого воздуха 17 по трубопроводу 18 канализации, соединенный с водоотводным трубопроводом 15. Таким образом, предотвращается перелив воды через желоба 4 и выступающие детали крыш зданий.
Тем самым предотвращается образование крупных сосулек.
Монтаж устройства.
Для монтажа устройства сначала на крыше (фиг.5) образуют углубление 9 (фиг.6). Для этого в кровле напротив нижних концов желобов 4 и водоприемной воронки 2 осуществляют разметку, разрез и гибку кровли (фиг.6). Загибы 19 кровли прижимают к боковым сторонам углубление 9. Направление загибов показано стрелками 20. Остальную часть вырезанной кровли между частями загибов удаляют.
Создать углубление можно, например, следующим образом. Сначала делают разметку с последующим надрезом в зоне самой нижней части рядом с водоприемной воронкой 2 по другую сторону от желобов 4. «Излишние» края кровли загибают вверх для последующего монтажа. Надрез для образования полости делается несколько больше таким образом, чтобы будущая вставляемая емкость 10 могла быть беспрепятственно смонтирована в образованном углублении. После этого в образованное углубление 9 помещают емкость 10, «излишние» края кровли, отогнутые ранее вверх, загибают внутрь емкости, прижимая к стенкам и днищу. Затем изолируют емкость (фиг.7). Емкость наклонная. С одной стороны она контактирует с лотком 8 и водоприемной воронкой 2, а с противоположной стороны, в ее задней стенке 13, выполнено сливное отверстие 14, расположенное выше уровня верхней кромки 5 горловины водоприемной воронки 2. Водоотводный трубопровод 15 с одной стороны присоединен к сливному отверстию 14, с другой стороны он соединен с трубопроводом 18 канализации, например, посредством тройника 21, уставленным на этом трубопроводе 18 канализации, (фиг.4) После установки, в готовом виде устройство показано на фиг.8. При этом водоотводный трубопровод 15 может иметь различную конструкцию. Например, он может представлять собой резиновый шланг. Он может быть выполнен также из металла, полимерного материала и т.д. Наиболее целесообразно подсоединять водоотводный трубопровод 15 к емкости 10 после ее установки в углубление 9. Узел соединения может быть различным, например, при помощи сварки, если емкость и водоотводный трубопровод выполнены из металла или при помощи соединительных элементов. Данные узловые соединения общеизвестны, выбираются в результате обычного инженерного проектирования, не являются предметом настоящей полезной модели и поэтому подробно не раскрываются.
Для более надежного предотвращения полного заполнения емкости 10 льдом с закупориванием им сливного отверстия емкость может быть дополнительно оснащена средством подогрева, например, в виде электрического нагревателя, в частности, в виде изолированных электрической изоляцией спиралей накаливания, которые нагреваются при пропускании через них электрического тока. Такое средство может быть вмонтировано в корпус емкости 10 или в углубление 9 под емкостью рядом со сливным отверстием 14. Нагреватель может быть подключен к электрической сети дома или к солнечной батарее, смонтированной на крыше здания или сооружения. Для его включения может быть использован электрический переключатель, управляемый вручную, или система автоматического регулирования, обеспечивающая подачу электричества к нагревателю при определенной температуре наружного воздуха, вызывающей образование сосулек, а также обеспечивающая автоматическое поддержание температуры нагревателя и емкости на требуемом оптимальном уровне. Чем ярче и интенсивнее солнечный свет, приводящий к таянию снега, тем интенсивнее работает солнечная батарея. Конструкция устройства очевидна и поэтому не приведена на фигурах.
С той же целью - для более надежного предотвращения полного заполнения лотка льдом с закупориванием им сливного отверстия - емкость 10 может быть также дополнительно оснащена контактом с нагретой частью крыши посредством промежуточной детали из теплопроводного материала, представляющей собой металлические стержни, другие концы которых выведены в чердачное помещение, например, их концы находятся в теплой части крыши, в частности, внутри чердачного помещения. Противоположные концы могут быть приварены к емкости, например, вблизи сливного отверстия. По этим стержням за счет теплопроводности тепло передается к корпусу емкости, подогревая ее. Конструкция этого устройства, как и предыдущего, очевидна и поэтому не приведена на фигурах.
Заявитель также считает необходимым подробно описать модификацию заявленного устройства, характеризующуюся наличием емкости в дополнительном углублении. Согласно этой модификации по длине каждого желоба 4, выше него по скату кровли, может быть образовано, по меньшей мере, одно дополнительное углубление 22 с емкостью 23, причем в стенке 24 этой емкости, противоположной желобу, выполнено сливное отверстие 25 водоотводного трубопровода 26. При этом нижняя точка 27 сливного отверстия 25 расположена выше нижней точки 28 желоба 4, в плоскости, проходящей через данную точку желоба и сливное отверстие, при этом водоотводный трубопровод 26 соединен с трубопроводом 18 канализации. Такое техническое решение осуществляется дополнительно в случае, когда заявленное вышеописанное устройство не справляется в полной мере с отводом талой воды. Дополнительное углубление 22 с емкостью 23 позволяет перехватывать часть потока талой воды по длине желоба 4 и направлять его через водоотводный трубопровод 26 в трубопровод канализации 18, тем самым дополнительно предотвращая образование из нее наледи.
Полезная модель может быть широко использована в строительстве и эксплуатации зданий и сооружений для предотвращения образования крупных сосулек на выступающих деталях крыш и фасадов зданий и сооружений и падения с этих деталей наледи и снега.
Помимо приведенных вариантов полезной модели возможны и другие многочисленные ее модификации, которые охватываются приведенной ниже формулой полезной модели.
Источники информации, принятые во внимание:
1. Патент Российской Федерации №2406807, кл. E04D 13/076, дата приоритета 19.10.2009 г.
2. Патент Российской Федерации №2273706, кл. E04D 5/04, дата приоритета 16.08.2004 г.(прототип).