СПОСОБ ПРЕДОТВРАЩЕНИЯ ОБРАЗОВАНИЯ НАЛЕДЕЙ И СОСУЛЕК НА ЧЕРДАЧНЫХ КРЫШАХ
METHOD TO PREVENT FORMATION OF ICE CRUSTS AND ICICLES ON ATTIC ROOFS

Изобретение относится к области строительства и эксплуатации зданий и сооружений, снабженных скатной крышей с холодным чердаком, и предназначено для предотвращения образования на них наледей и сосулек.
Актуальность вопроса: учитывая число жертв от падения наледей и сосулек, это явление, без преувеличения, можно считать национальным бедствием, поэтому остановимся более подробно на его истоках и путях их решения.
При отрицательных температурах атмосферного воздуха и выпадении осадков на крышах зданий и сооружений образуется слой снега, который, обладая весьма низким коэффициентом теплопроводности, λ=0,1 Вт/(м·К), будучи отличным теплоизолятором, утепляет чердачный объем. В этих условиях - за счет даже незначительных источников теплоты (из которых наиболее существенными являются недостаточная и некачественная теплоизоляция чердачного перекрытия и неудовлетворительная теплоизоляция трубопроводов отопления, температура которых в сильные морозы достигает 95°С) - температура воздуха в чердачных помещениях быстро достигает положительных значений и продолжает расти. Естественной вентиляции за счет открытых слуховых окон, как правило, бывает недостаточно. Тогда снег со стороны кровли, ставшей теперь уже теплой, начинает таять и, превращаясь в воду, стекает к карнизу, где, выходя из-под слоя снега, оказывается под действием холодного воздуха, превращается в лед в виде наледей и сосулек. При положительных температурах атмосферного воздуха наледи и сосульки подтаивают, теряют прочность, срываются вниз, калеча и убивая людей.
В настоящее время известны различные способы решения поставленной задачи [1, 2, 3]. Однако наиболее распространенным, а если по существу, то единственным и реально применяемым на практике, остается примитивный механический способ удаления наледей и сосулек с крыш, реализуемый человеком, вооруженным ломом, киркой и лопатой. И это при всей трудоемкости и огромных финансовых затратах на реализацию такого способа в масштабах крупного города. Кроме того, к сожалению, очень часто вместе со льдом и сосульками с большой высоты падают и люди, поскольку очень просто потерять равновесие на наклонной и к тому еще скользкой поверхности крыши.
Попытки механизировать или электрифицировать борьбу с наледью и сосульками, например, путем прокладки вдоль карниза крыши греющего электрического кабеля не находят массового применения из-за сложности, энергоемкости и пожароопасности. Весьма трудоемки и небезупречны, с точки зрения пожарной безопасности, являются предложения решить эту проблему путем утепления крыш инъецированием вспененных пластмасс.
С учетом изложенного, решая данную задачу, все чаще обращаются к известному способу предотвращения образования наледи и сосулек на крышах домов, в том или другом варианте связанному с улучшением вентиляции чердачных помещений [2, стр.144].
Наиболее близким по технической сущности к заявленному способу является техническое решение [1] (патент РФ №2250970, МПК E04D 13/6, опубликованный 27.04.2005 г.). Это решение отличается тем, что существующую систему вентиляции дополняют вертикальными вытяжными каналами, прикрепленными снаружи к существующим чердачным вертикальным вытяжным каналам, входные отверстия которых соединены с выходами наклонных скатных каналов, ширина дополнительного вертикального вытяжного канала равна ширине наклонного скатного канала и равна высоте контробрешетки, выходные отверстия дополнительных вертикальных каналов располагают ниже уровня выходных отверстий чердачных вертикальных вытяжных каналов на величину, равную ширине наклонного скатного канала, при этом приточные отверстия наклонных скатных каналов располагают в торцах карнизных свесов, а приточные отверстия чердачного объема располагают в нижней плоскости карнизного свеса.
Данному техническому решению присущ ряд существенных недостатков.
Во-первых, ограниченность применения. Практически все холодные чердаки, особенно в домах старого фонда, не имеют «чердачных вертикальных вытяжных каналов и выходных наклонных скатных каналов», поэтому прикреплять еще один, дополнительный, вытяжной канал не к чему.
Во-вторых, чердачные объемы существующих домов не имеют в нижней плоскости карнизных свесов приточных отверстий. Проделывать такие отверстия в зданиях, представляющих историческую или архитектурную ценность, никто не разрешит.
Чердачные помещения в старом жилом фонде вентилируют с помощью так называемых «слуховых окон», площадей которых, действительно, во многих случаях не хватает, что и приводит к образованию наледи и сосулек.
Таким образом, широкое практическое использование выбранного прототипа возможно только при основательной переделке кровли и чердачных помещений зданий, что, безусловно, будет связано с огромными материальными и финансовыми затратами в масштабах города.
Для предотвращения образования наледи и сосулек на холодных чердаках предлагается способ решения данной задачи, обладающий простотой, за счет существенного улучшения естественной вентиляции чердачного объема и одновременно - улучшения свойств теплоизоляции источников тепла, расположенных в чердачных помещениях.
Указанный технический результат достигается за счет использования слуховых окон только для притока наружного воздуха в чердачный объем, а вытяжку подогретого воздуха осуществляют из верхней зоны чердачных помещений при помощи дефлекторов, снабженных специальными гравитационными запорно-регулирующими устройствами, поддерживающими минимальную отрицательную температуру воздуха (не выше нуля и не ниже минус пяти градусов Цельсия) при отрицательных температурах атмосферного воздуха.
При таких (отрицательных) температурах в чердачных помещениях исключается подтаивание снега на кровле крыши и образование наледей и сосулек. Одновременно при реализации заявленного способа не переохлаждаются чердачные объемы при сильных морозах. Переохлаждение чердачных помещений влечет за собой увеличение теплопотерь зданий, а также снижает эффективность работы вентиляционных каналов, обеспечивающих естественную вентиляцию кухонь и санузлов этих зданий. А это может потребовать установку дополнительно электрических вентиляторов, для вентиляции указанных помещений. Кстати, по этим причинам в современных зданиях все чаще предусматривают теплые чердаки. Новым в заявляемом изобретении является операция по улучшению вентиляции чердачного объема путем организации притока и вытяжки воздуха по разным каналам. Притока - через слуховые окна, вытяжки - через дефлекторы, устанавливаемые в верхней зоне чердачных помещений. При этом повышается интенсивность вентиляции чердачного объема не только за счет лучшего использования гравитационного напора воздуха, но и зоны разрежения, которая создается при обтекании дефлектора ветром. Принципиально важным в заявляемом изобретении является использование вместе с дефлектором гравитационного запорно-регулирующего устройства (клапана), который позволяет автоматически, без электронных устройств, поддерживать оптимальную температуру в чердачных помещениях.
Операция по усилению теплоизоляции источников теплоты (перекрытия верхнего этажа и труб отопления в чердачных помещениях) направлена не только на уменьшение общих теплопотерь здания, но и на уменьшение объема вытяжки, а следовательно, числа, диаметра и стоимости дефлекторов. Иначе - на упрощение и удешевление системы вентиляции чердачного объема. Хотя эти операции имеют и самостоятельное значение, поскольку они направлены, кроме борьбы с наледью и сосульками, на выполнение федерального закона РФ №261-ФЗ от 23 ноября 2009 г. «Об энергосбережении и повышении энергетической эффективности и о внесении изменений в отдельные законодательные акты Российской Федерации».
Указанные новые признаки, с учетом поставленной цели, не выявлены из существующего уровня техники, что позволяет сделать вывод о соответствии заявляемого изобретения критерию «изобретательский уровень».
Новые признаки в совокупности позволяют существенно повысить технико-экономические показатели и пожаробезопасность работ по предотвращению образования наледи и сосулек на крышах зданий и сооружений. Применение заявленного способа не требует сколько-нибудь существенного изменения конструкции кровли и чердачных помещений. Эти работы могут быть выполнены в процессе текущего ремонта крыш.
Но самое главное - они спасут жизнь многих людей.
Так, только за один день, 13 января 2011 г., в Санкт-Петербурге в результате падения глыбы льда погиб шестилетний Ваня Завьялов (пр. Стачек, д. 28), а также упал и разбился насмерть рабочий, счищавший снег с крыши (ул. Корнеева, д.12) (Газета «metro» от 17 января 2011 г., №4 (2129)).
Изобретение иллюстрируется следующим примером устройства, реализующим заявленный способ.
Схема осуществления заявляемого изобретения на примере защиты от обледенения и сосулек наиболее распространенной крыши санкт-петербургских домов поясняется чертежом, где на фиг.1 изображены теплоисточники и предлагаемое устройство вентиляции чердака, на фиг.2 - часть этого устройства: гравитационное запорно-регулирующее устройство (клапан) для вытяжного дефлектора.
На фиг.1 показаны: перекрытие последнего этажа 1, с теплоизоляцией 2 и трубами верхнего розлива отопления 3 с теплоизоляцией 4; крыша 5, слуховые окна 6, дефлектор 7 с гравитационным запорно-регулирующим устройством (клапаном) 8.
Запорно-регулирующее устройство 8 (фиг.2) состоит из подвижной и неподвижной части. Подвижная часть: герметический резервуар (жидкостной) 9, который заполнен легкокипящей жидкостью, например фреоном. Верхней частью этот резервуар соединен посредством трубки 10 с нижней частью другого герметического резервуара (парового) 11, заполненного парами этой же легкокипящей жидкости. Для увеличения быстродействия устройства перед заправкой легкокипящей жидкостью систему, состоящую из герметичных резервуаров и трубок, вакуумируют.
К верхней части трубки, соединяющей резервуары, присоединен клапан 12 с прокладкой 13. Подвижная часть предлагаемого устройства крепится к неподвижной - корпусу (раме) 14 с помощью разъемного кронштейна 15 с осью 16. Для ограничения угла поворота подвижной части устройства (с целью недопущения уклона системы в сторону резервуара 11) предусмотрен упор 17. Все запорно-регулирующее устройство посредством корпуса (рамы) 6 крепится к воздуховоду 18 - вытяжному патрубку дефлектора 7.
Способ осуществляется путем усиления вентиляции чердачного объема в период, когда температура в чердачных помещениях может приобретать положительные значения, в результате чего начинается активное таяние снега на покрытии кровли.
Чтобы исключить это явление, для этого в типовом холодном чердаке, имеющем слуховое окно 6, устанавливают дополнительно вытяжной дефлектор 7, снабженный запорно-регулирующим (клапаном) устройством 8, который при наперед заданной температуре (например, от 0 до минус 5°С) и более находится в открытом состоянии.
В зимний период холодный наружный воздух проходит через слуховые окна 6, опускается вниз, омывая теплоизоляцию 2 чердачного перекрытия 1 и теплоизоляцию 4 труб отопления 3, поднимается вверх и выходит в атмосферу через открытое запорно-регулирующее устройство 8 и дефлектор 7. Такое техническое решение заметно улучшает вентиляцию и охлаждение чердачного объема за счет полного использования теплового (гравитационного) напора воздуха, а также за счет дополнительного напора воздуха, создаваемого в дефлекторе потоком ветра.
При понижении температуры воздуха в чердачном помещении ниже нормы (например, ниже минус 5°С), когда таяние снега на кровле крыши 5 прекращается, а дальнейшая интенсивная вентиляция чердачного объема приводит только к увеличению теплопотерь здания, в трубке 10 и резервуаре 11 запорно-регулирующего устройства 8 (см. фиг.2) происходит конденсация паров легкокипящей жидкости. Образовавшийся конденсат под собственным весом стекает в резервуар 9. Количество и вес легкокипящей жидкости в резервуаре 9 увеличивается, в результате центр тяжести системы относительно оси 16 перемещается влево, что приводит к повороту под действием сил гравитации подвижной части запорно-регулирующего устройства вместе с клапаном 12 против часовой стрелки и отключению вытяжного патрубка 18 дефлектора 7.
Когда, например, за счет теплоизбытков в помещении чердака температура воздуха начинает повышаться, легкокипящая жидкость в резервуаре 9 испаряется, давление ее пара увеличивается, и эта легкокипящая жидкость уже в виде пара по трубке 10 поступает в резервуар 11. В результате вес жидкости в резервуаре 9 уменьшается, а вес пара в резервуаре 11 увеличивается, центр тяжести подвижной части запорно-регулирующего устройства перемещается вправо, относительно оси 16, что приводит к повороту под действием сил гравитации подвижной части запорно-регулирующего устройства вместе с клапаном 12 против часовой стрелки и отключению вытяжного патрубка 18 дефлектора 7. Таким образом, при снижении температуры в помещении до заданного уровня клапан запорно-регулирующего устройства, под действием температуры и сил гравитации, автоматически закрывается. Дальше цикл, при изменении температуры воздуха, повторяется.
Таким образом, заявленное техническое решение позволяет без участия человека, посредством простейших устройств, исключить при отрицательной температуре атмосферного воздуха таяние снега с образованием наледей и сосулек на крышах с холодными чердаками. Одновременно это техническое решение исключает переохлаждение чердачных помещений при сильных морозах, сокращая при этом общие тепловые потери здания.
Особое достоинство заявленного способа состоит в том, что он не предполагает существенной перестройки или реконструкции существующих чердаков зданий, кроме установки в верхней части крыш вытяжных дефлекторов, оборудованных запорно-регулирующими устройствами с гравитационными приводами.
В ряде случаев, особенно в старых зданиях, когда в их чердачных помещениях имеются теплоисточники с недостаточной или некачественной тепловой изоляцией, с целью уменьшения размеров и числа вытяжных дефлекторов представляется целесообразным увеличить размеры этой изоляции, чтобы уменьшить приток теплоты в чердачный объем.
Заявленный способ прост в реализации и не требует значительных затрат, что позволяет сделать вывод о соответствии изобретения условию патентоспособности «промышленная применимость».
Источники информации
1. Патент РФ №2250970, МПК E04D 13/6, от 25.11.2002 г.
2. Беляев B.C., Хохлова Л.П. Проектирование энергоэкономичных и энергоактивных гражданских зданий. - М.: Высш.шк., 1991. - 255с.
3. Свистунов В.М. и Пушняков Н.К. Отопление, вентиляция и кондиционирование воздуха: Учебник для вузов. - СПб.: Политехника, 2001. - 423 с.
4. Энергосбережение в системах теплоснабжения, вентиляции и кондиционирования воздуха. Справ. пособие / Л.Д.Богуславский, В.И.Ливчак, В.П.Титов и др. Под ред. Л.Д.Богуславского и В.И.Ливчака. - М.: Стройиздат, 1990. - 624 с.