УСТРОЙСТВО КРЫШИ ЗДАНИЯ И СООРУЖЕНИЯ

Изобретение относится к области строительства и эксплуатации зданий и сооружений и может быть использовано для снижения вероятности образования на кромках крыши наледи и сосулек.
Известно устройство для удаления с крыши здания и сооружения льда (см. патент РФ на изобретение №2169245 по кл. 7 Е04D 13/00 (опубл. 20.06.2001 г., бюл. №17). Устройство содержит источник механических импульсов с узлом крепления на здании или сооружении и упругий элемент, расположенный вдоль карниза крыши. Кроме того, устройство снабжено подпружиненными в противоположном направлении действию механических импульсов штоками, с одной стороны связанными с упругим элементом, выполненным в виде линейного волновода, механически развязанного с карнизом крыши, а с другой стороны - с источником механических импульсов. За счет подпружиненных штоков в данном устройстве обеспечивается концентрация импульса силы от источника его возмущения на линейный волновод, увеличивая тем самым амплитуду силового возмущения, передаваемого на сосульки. Сосульки отрываются от крыши и сбрасываются под действием собственной силы тяжести вниз на землю. Известное устройство содержит ряд дополнительных признаков, улучшающих его технические и эксплуатационные характеристики.
Известно устройство крыши здания и сооружения для удаления сосулек (См. авторское свидетельство №775268 по кл. Е04D 13/06, опубл. 30.10.80 г., бюл. №40). Устройство содержит систему из блоков и двуплечих рычагов, шарнирно закрепленных на углах стен здания. К концам рычагов прикреплены тросы, натянутые вдоль кровли. Короткие концы рычагов соединены дополнительными тросами с источником механического возмущения, например, дверями. Система рычагов, блоков и тросов позволяет использовать механические усилия при открывании дверей для воздействия на сосульки. Известное устройство обеспечивает отрыв и сброс с крыши уже сформированных сосулек за счет механической энергии.
Известные устройства решали задачу облегчения работ по сбрасыванию образуемых на кровле сосулек. Другим направлением борьбы с сосульками предусматривается использование специальных покрытий кровельной поверхности, позволяющих снижать вероятность удержания на ней снежного покрова и, как следствие, образования наледи и сосулек.
Так, например, известно противообледенительное покрытие, которое включает в себя неполярные каучуки и может быть нанесено на поверхность, предотвращаемую от нарастания льда (описание изобретения к патенту РФ №2086601 по Кл. 6 С09К 3/18). Покрытие может обеспечить эффективную защиту поверхности на длительный срок от накопления на поверхности кровли снега и нарастания льда. Однако для защиты крыши от наледи и сосулек, возникающих на ее нижних кромках использование известного покрытия дорого и не всегда эффективно. Так, на отлогих крышах возможно смерзание льда по всей поверхности крыши, разрушение которого может произойти лишь при нарастании больших сосулек, угрожающих безопасности населения.
Известно устройство крыши здания и сооружения, включающее кровлю, на поверхность которой, нанесено противообледенительное покрытие полосой вдоль нижней кромки кровли, ширина полосы в зависимости от климатической зоны и наклона крыши определяется значением от 0,1 м до 2,5 м.; полоса покрытия нанесена с напуском относительно кровли на величину свисания не менее 2 см вниз от ее нижней кромки; угол между поверхностью кровли и плоскостью напуска не превышает значения 180. См. патент РФ №2244790, МПК Е04D 13/076
Известное техническое решение позволяет снизить сцепление замерзающей воды с поверхностью крыши в нижней ее части и, тем самым снизить вероятность образования наледи и сосулек, либо, как минимум, снизить нагрузки на кровлю в процессе удаления с крыши наледи.
Вместе с тем, учитывая, что значительная часть крыш имеет малый угол ската, вследствие чего, даже при незначительных силах сцепления наледи с антиобледенительным покрытием имеют случаи удержания наледи на поверхности кровли.
Наиболее близким техническим решением к предлагаемому является устройство крыши здания и сооружения, содержащее кровлю с расположенным в нижней ее части антиобледенительным покрытием, выполненным в виде тонкостенной оболочки, перекрывающим пространство между нижней кромкой кровельной поверхности с напуском относительно нижней кромки кровельной верхней и верхней кромкой водосточного желоба, установленного относительно нижней кромки кровельной поверхности на удалении не менее чем 0,4 м. Высота желоба выполнена размером, обеспечивающим уклон антиобледенительного покрытия не менее 45°. Водосточные воронки, установленные вдоль водосточного желоба, соединены с системой отвода воды. Кроме того, предусмотрено ряд признаков, повышающих его эффективность. См. патент РФ №2338853, опубл. 20.11.2008 г., бюл. №32.
В данном устройстве значительно снижена вероятность образование сосулек и наледи на кромке кровли за счет комплексного решения отвода талых вод с кровли здания непосредственно в городскую ливневую сеть, не проходя по холодной части поверхности кровли, перекрывающей карниз здания. Кроме того, путем увеличения высоты желоба повышается угол ската антиобледенительного покрытия на краю кровли, что снижает вероятность удержания на его поверхности снежных масс.
Вместе с тем, конструкции существующих зданий и сооружений выполнены без учета предложенных в известном устройстве технических решений. Отвод воды с поверхности кровли существующих зданий выполнен по холодной поверхности части кровли, в обход выступающего за пределы здания карниза, через выдвинутые на ширину карниза приемные воронки с помощью колен водосточных труб. В летний период эксплуатации существующая система отвода воды практически справляется с поставленной задачей. Проблемы у существующих кровель возникают в зимний период эксплуатации, когда талые воды на пути обхода выступающего карниза замерзают. Объем талых вод по сравнению с летними осадками на порядок меньше. Решение задачи по снижению вероятности образования наледи и сосулек на существующих зданиях помимо установки желоба по схеме, предусмотренной патентом РФ №2338833, предусматривает проведения полного цикла работ по реконструкции всей системы отвода воды с кровли здания. И предусмотренная система отвода должна быть рассчитана на максимальное количество образуемой на кровле воды. Данная система должна обеспечивать отвод всех вод, в том числе, и с учетом максимально возможного количества образуемой на кровле воды в период летних ливневых осадков. Система отвода воды, рассчитанная на отвод талых вод, образуемых в зимний период эксплуатации кровли, в летний период, в период ливневых осадков, может не справиться с пропуском воды, и существует вероятность переполнения желоба. Необходимость увеличения угла установки антиобледенительного покрытия требует увеличенной высоты водосточного желоба. Следовательно, переполнение желоба будет сопровождаться подъемом воды на крышу здания, что увеличивает вероятность протечек. Таким образом, в известном техническом решении система водоотвода должна быть рассчитана на отвод осадков максимальной интенсивности, наибольшая вероятность выпадения которых выпадает на времена года с положительной температурой наружного воздуха, в период, когда вероятность образования сосулек практически исключена, что требует повышенных затрат на переоборудование кровли.
Целью предлагаемого изобретения является снижение затрат на выполнение работ, направленных на снижение вероятности образования наледи и сосулек на существующих кровлях зданий.
Для достижения заявленной цели в известном устройстве крыши здания и сооружения, содержащем установленную на стенах здания кровлю с расположенным в нижней ее части водосточным желобом, антиобледенительное покрытие, выполненное в виде тонкостенной оболочки, перекрывающей пространство между верхней кромкой водосточного желоба и нижней кромкой кровельной поверхности с напуском относительно нижней кромки кровельной поверхности, дополнительный желоб, установленный на поверхности кровли и водоотводящие воронки, дополнительный водосток установлен не ниже линии примыкания крыши к внутренней поверхности стен здания, а водоотводящие воронки выполнены сквозь поверхность кровли, вдоль верхней стороны дополнительного водосточного желоба.
Предлагаемое техническое решение позволяет использовать имеющуюся у существующих кровель зданий систему отвода вод для отвода основной массы дождевых осадков, попадаемых на кровлю в теплые месяцы эксплуатации кровли. Высота дополнительного водосточного желоба, предназначенного для отвода талых вод, может быть выполнена небольшой, в пределах 1-5 см, в зависимости от интенсивности тепловых потоков чердачного помещения и солнечной радиации, что обеспечит перетекание через них основной массы воды и ограничение объемов воды, поступающей в систему вновь создаваемого внутреннего водостока. Таким образом, при интенсивных дождевых осадках в теплые периоды эксплуатации кровли предлагаемое техническое решение обеспечивает переполнение дополнительного водосточного желоба и направление основной массы воды по уже имеющейся системе отвода воды. В зимний же период талые воды, образуемые в периоды таяния накопившихся на кровле снежных масс, составляющие незначительную долю от основной массы воды, задерживаются верхней стороной дополнительного водосточного желоба и через водоотводящие воронки, выполненные сквозь поверхность кровли, отводятся через систему внутренних водоотводов. Таким образом, в предлагаемом техническом решении значительная часть конструкции существующего устройства сохраняется и используется по своему назначению, что позволяет сократить объем работ по переоборудованию существующих кровель.
На фиг.1 представлена условная схема предлагаемого технического решения. Устройство включает в себя кровлю 1 с установленным в нижней ее части водосточным желобом 2 и примыкающей к нему воронкой 3 водосточной трубы 4. Антиобледенительное покрытие 5 выполнено из листового материала в виде тонкостенной оболочки, перекрывающей пространство между нижней кромкой крыши 6 и верхним краем водоотводя-щего желоба 3. Антиобледенительное покрытие 5 выполнено с напуском относительно нижней кромки кровли 6. Антиобледенительное покрытие 3 может быль выполнено из различных материалов. Основные требования к материалу - это, прежде всего, герметичность и сохранение прочностных свойств под действием всех нагрузок и динамические свойства. Аниобледенительное покрытие может быть выполнено, как из кровельной стали, пружинной листовой стали, различных пластмассовых тонкостенных листов, так и из различных тканей, например, из тентовых тканей. (См., например http://www.ttex.rn/ttex/production/pvh/) Для усиления антиобледенительных свойств покрытия поверхность покрытия может быть покрыта специальными антиобледенительными материалами, например, лаками с тефлоновыми присадками или ламинирована тефлоновой пленкой. Крепление антиобледенительного покрытия 5 на верхней кромке водосточного желоба 2 и нижней кромке кровли 6 может осуществляться согласно общим требованиям проектирования конструкций. При использовании тканей крепление может быть осуществлено известным способом на люверсах, по аналогии с креплением рекламных банеров, см., например патент РФ №2291261. Для исключения провисания банерной ткани в пространстве между верхней кромкой водосточного желоба 2 и нижней кромкой 6 поверхности кровли может быть натянут трос (на рис.не показан). Натяжение троса может быть осуществлено по ломаной линии, соединяющей нижнюю кромку 6 поверхности кровли с верхней кромкой водосточного желоба 2. Для натяжения и крепления троса могут использоваться известные технические решения, например, крючки для крепления за кромку и закрепленные за крючки блоки, через которые пропущен трос. Дополнительный водосточный желоб 7 установлен не ниже линии примыкания крыши к внутренней поверхности стен здания 8 (на части кровли, перекрывающей пространство чердачного помещения). Вдоль верхней стороны дополнительного водосточного желоба 7 сквозь поверхность кровли 1 установлены водоотводящие воронки 9, соединенные с системой отвода талых вод или канализацию (на рис.не показаны). Высота дополнительного желоба 7, h, площадь проходного сечения водоотводящих воронок 9, частоту установки водоотводящих воронок 9 вдоль дополнительного водосточного желоба 7 выбирают путем расчета максимального количества талых вод в зимний период эксплуатации кровли, исходя из конструкции кровли, угла наклона дополнительного водосточного желоба 7 и степени теплового режима чердачного помещения. В условиях максимальной интенсивности таяния снежных масс на кровельной поверхности при отрицательной температуре наружного воздуха (-0°С) недопустимо переливание талых вод через верхнюю кромку дополнительного водосточного желоба 9. В тоже время излишняя высота дополнительного водосточного желоба может привести к нежелательным последствиям при эксплуатации кровли в летний период времени. В условиях летнего периода эксплуатации кровли излишняя высота h дополнительного водосточного желоба может привести в условиях ливневых осадков к накапливанию на кровле излишней воды, что повысит вероятность протечек. Для значительной части кровель, использующих типовые конструктивные решения, высота h находится в пределах (5-40) мм диаметр водоотводящих воронок (30-100) мм. При этом, диаметр водоотводящих воронок выбирается исходя из типовых размеров приемных горловин водоотводящих воронок и типовых размеров трубопроводов и арматуры. При сложностях поиска компромиссного решения в определении оптимальной высоты дополнительного водосточного желоба 7 дополнительные водосточный желоб 7 может быть выполнен съемным, либо в дополнительном водосточном желобе могут быть выполнены закрываемые на зимний период эксплуатации отверстия (на рисунке не показаны). Площадь эксплуатационных отверстий и их количество, расстояние между ними выбираются исходя из конкретных конструктивных особенностей крыши.
Выполнение трассировки отвода талых вод от водоотводящих воронок в систему внутреннего водостока или в систему канализации осуществляется в пределах чердачного помещения и может быть выполнено различным образом. Основное требование - это герметичность соединений и обеспечение условий незамерзания талых вод, образуемых при отрицательных температурах воздуха. При наличии возможности проложить в здании внутренний водосток, трассировка системы может быть выполнена к системе внутреннего водостока. При отсутствии такой возможности трассировка системы отвода талых вод выполняется в систему канализации (на рис.1 не показана). Многие эксплуатирующие организации в целях снижения вероятности образования сосулек, устраивая систему вентиляции кровли, в своем усердии доходят до преобразования крыши здания практически в навес. В такого рода зданиях, возможно, необходимо проведение дополнительных работ по снижению теплопотерь из чердачного помещения. Либо провести работы по теплоизоляции труб системы внутреннего водостока, или труб, соединяющих водоотводящие воронки с системой канализации. Так как при интенсивном солнечном нагреве склона кровли даже при отрицательных значениях температуры воздуха в чердачном помещении возможно таяние снега, и излишне проявленное усердие по вентиляции кровли может привести к замерзанию талых вод в трубах между водоотводящей воронкой и системой внутреннего водостока, либо канализацией. При ограничениях слива воды в систему внутреннего водостока или канализацию на летний период на входе в систему отвода талых вод могут быть установлены краны (на рисунке не показаны), закрываемые в летний период эксплуатации кровли, либо в период проведения эксплуатационных работ. Для удобства эксплуатации краны могут быть установлены после каждой водоотводящей воронки 9.
Предлагаемое устройство работает следующим образом. Атмосферные осадки, попадая на кровлю 1, стекают к дополнительному водосточному желобу 7 и через водосточные воронки 9 при открытых кранах 10 системы отвода талых вод отводятся от здания. При обильных осадках или закрытых кранах системы отвода талых вод вода переливается через дополнительный водосточный желоб и попадает на водосточный желоб 2, далее в воронку 3, водосточную трубу 4 и по известным техническим решениям отводится от здания. При ограничениях отвода осадков через систему внутреннего водостока или через канализацию закрывается кран 10 системы отвода талых вод и осадки по описанной выше схеме через желоб 2 отводятся с крыши. При угрозе протечек кровли вследствие переполнения дополнительного водосточного желоба на летний период эксплуатации дополнительный водосточный желоб 7 может быть демонтирован, либо в нем могут быть выполнены специальные отверстия, исключающие возможность переполнения. В зимний период, при вероятном понижении температуры воздуха до отрицательных значений, поверхность кровли покрыта снежным покровом. Снежные массы, попадающие на антиобледенительное покрытие 4, вследствие значительного угла наклона, ветровых колебаний его поверхности скатываются вниз. Для снижения сил сцепления снежных масс поверхность покрытия, как отмечено выше может быть покрыта специальным антиобледенительным составом. Кроме того, путем выбора высоты водосточного желоба можно добиться угла наклона антиобледенительного покрытия, исключающего удержания на его поверхности снежных масс.
Талые воды, образуемые вследствие таяния снежного покрова верхней части крыши из-за солнечной радиации, либо тепловых потоков подкрышевого пространства задерживаются дополнительным водосточным желобом 7 и через водосточные воронки 9, открытые краны (на рисунке не показаны) и систему отвода талых вод отводятся от здания. Замерзанию талых вод в водосточном желобе 3 препятствуют тепловые потоки, исходящие из подкрышевого пространства. Талые воды не попадают на холодную поверхность части кровли, перекрывающей, обдуваемые окружающим холодным воздухом свесы, что исключает вероятность образования сосулек.
Таким образом, предложенное техническое решение позволяет использовать элементы существующей конструкции крыши и ее системы отвода воды с кровли для функционирования крыши и отвода основных осадков, попадаемых на кровлю. Объемы доработки кровли для отвода талых вод в зимний период эксплуатации кровли незначительны, вследствие малого объема талых вод в доле основной массы, отводимой с кровли воды.
Предложенная совокупность признаков совместно с известными признаками позволяет снизить затраты на переоборудование существующих кровель в обеспечение снижения вероятности образования наледи и сосулек и достичь цели предполагаемого изобретения.