Борьба с наледями на крышах: проблема и способы ее решения
Каждую снежную зиму в нашем городе наблюдаются падения наледей с крыш домов. Иногда это приводит к травмам пешеходов, а в ряде случаев, к сожалению, еще и к трагическим последствиям. В чем причина образования наледей на крышах зданий и как ее решить? Этим двум актуальным для города вопросам и посвящена настоящая публикация, а также описаны три способа ее решения.
С точки зрения опасности образования наледей и сосулек наиболее проблемными в Санкт-Петербурге являются дома со скатной крышей и холодным чердаком, в котором нарушен температурно-влажностный режим (далее — ТВР). В Санкт-Петербурге очень много таких зданий, особенно в историческом его центре. Соответственно, каждую снежную зиму в таких домах возникает проблема образования и падения наледи с крыши. Проблема тем более острая и значимая, чем больше выпадает за зиму снега. От падения наледи могут пострадать не только пешеходы, но и оказаться поврежденными припаркованные автомобили.
Основной причиной образования наледей на скатных крышах является нарушение ТВР в неотапливаемых чердачных помещениях. Низкий уровень теплоизоляции ограждающих конструкций, отделяющих холодный чердак от отапливаемых помещений, и трубопроводов отопления, проложенных в неотапливаемых чердачных помещениях, а также недостаточный воздухообмен чердачных помещений (ввиду отсутствия вентиляционных продухов в конструкции крыши) в совокупности приводят к повышению температуры воздуха на чердаке, который в таком случае перестает быть холодным. На улице снег и отрицательная температура, а на чердаке — устойчивый плюс, т. е. чердак становится условно теплым. Снизу кровельного покрытия появляется, таким образом, источник теплоты. Из-за этого происходит нагрев кровельного покрытия и таяние снега на теплых участках крыши. При этом температура на поверхности карнизного свеса крыши остается отрицательной. Вода стекает по теплому участку крыши и, достигая карнизного свеса, замерзает на нем, образуя на крыше ледяную дамбу (см. рисунок).
Дальнейшее действие накопленной за гребнем ледяной дамбы воды в рамках суточного колебания наружной температуры приводит к наращиванию тела ледяной дамбы, перелив или просачивание стекающей через дамбу воды с формированием свисающих с крыши наледей (сосулек), представляющих угрозу жизни и здоровью прохожих. И чем больше на крыше снега, тем большими могут оказаться последствия от таяния снега и стекания к карнизному свесу воды.
Следовательно, для решения обозначенной проблемы требуется комплекс мер, а именно: утепление всех ограждающих конструкций, отделяющих чердак от отапливаемых помещений, изоляция проложенных на чердаке трубопроводов системы отопления и обеспечение проветривания чердака, что достигается устройством в конструкции крыши специальных вентиляционных продухов или окон. То есть чердак должен стать по-настоящему холодным, чтобы разность температур в нем оказывалась не более чем на 2–4 ºС выше текущей температуры наружного воздуха. Многие замечали, что на крышах неотапливаемых зданий снег может лежать при отрицательной температуре наружного воздуха сколь угодно долго и не таять. Все потому, что в пространстве под кровлей устанавливается тоже отрицательная температура. Если нет источника теплоты, нет таяния снега, значит, нет и влаги, стекающей по уклону и намерзающей в холодной зоне крыши. Это так называемый пассивный метод борьбы с наледями. Рекомендации по его практической реализации содержатся в региональном методическом документе РМД 23-27-2017. В данном документе подробно показано, какие материалы и технические решения следует применять для нормализации ТВР на чердаках, какую толщину слоя теплоизоляции при этом использовать, показаны практические примеры расчета. Реализация предложенных в РМД 23-27-2017 технических мер позволит снова сделать чердак холодным и тем самым значительно снизить риски образования наледей на крыше.
Второй способ решения данной проблемы, назовем его условно активным, — это монтаж нагревательного кабеля или нагревательной ленты в местах возможного образования наледей на крыше. К таковым в первую очередь относятся карнизные свесы и элементы водосточной системы (желоба, воронки, водосточные трубы). В периоды выпадения снега электрические элементы системы снеготаяния включаются, нагреваются и растапливают таким образом снег на карнизных свесах и в водосточной системе. Такой способ называется активным, т. к., помимо начальных капитальных затрат, требует еще и расходов электрической энергии при включении, а следовательно, к начальным инвестициям зимой добавляются еще и эксплуатационные затраты. В нашем городе также утверждены методические рекомендации по его реализации (см. РМД 31-09-2010).
Оба способа по начальным капитальным инвестициям примерно сопоставимы по величине, но по эксплуатационным затратам активный способ, конечно, более обременителен финансово. Поэтому активный способ борьбы с наледями в основном выбирают коммерческие или крупные бюджетные организации, у которых имеются, во-первых, резерв электрической мощности и, во-вторых, денежные средства для его реализации и последующего содержания. Жители многоквартирных домов, как правило, не готовы нести дополнительные финансовые затраты для того, чтобы у них на крышах не было сосулек. Поэтому в многоквартирных домах чаще реализуется пассивный способ борьбы с наледью — так называемый «холодный чердак», когда один раз производится утепление чердачного перекрытия, других ограждающих конструкций, отделяющих чердак от отапливаемых помещений, изолируются трубопроводы системы отопления, а также в рамках капремонта крыши устраиваются вентиляционные продухи и отверстия, и тем самым на ближайшие 25–30 лет (до следующего капремонта крыши) эксплуатационные затраты заключаются только в поддержании элементов крыши и чердака в техническом состоянии, соответствующем действующим нормам и правилам эксплуатации жилищного фонда.
При реализации активного способа борьбы с наледями следует также иметь в виду, что при таянии снега на крыше и в водосточной системе стекающая вода будет замерзать на тротуаре. То есть наледь с уровня крыши будет перемещаться на уровень пешеходной части тротуара или придомовой территории, что тоже несет в себе риски получения травмы прохожими. Риски, конечно, менее существенные по сравнению с падением ледяной глыбы с крыши, но тоже вполне реальные и потенциально травмоопасные.
Есть еще и третий способ борьбы с наледями на крышах — так называемый «лопатный», когда в периоды интенсивных снегопадов на крышах зданий появляются специально подготовленные кровельщики, которые лопатами и ломами убирают снег с крыш. Это, наверно, наименее затратный способ борьбы с наледью, но не очень надежный. Потенциально опасных с точки зрения падения наледей домов в городе много (в 2016 году по данным ГАТИ таких домов насчитывалось более 6,5 тысячи: https://www.dp.ru/a/2016/11/09/Smolnij_naschital_v_Peter), а технически подготовленных кровельщиков — ограниченное количество. Они физически не смогут одновременно обслужить все потенциально опасные объекты. Кроме прочего, при сбивании наледи с крыши часто происходит повреждение кровельного покрытия. Впоследствии это приводит к ускоренному износу кровельного покрытия, протечкам, загниванию элементов стропильной системы и, как следствие, к необходимости более частого ремонта конструктивных и ограждающих элементов крыш. Поэтому вопрос экономии тут может оказаться весьма относительным. Да и крупных снегопадов в течение одного отопительного сезона может случиться несколько. Конечно, как показала зима 2019/2020 гг., бывают зимы бесснежные. В этом случае проблема наледей решается как бы сама собой. Но практика последних лет показывает, что каждые 5–8 лет в нашем городе могут происходить сильные и длительные снегопады. Потому рассчитывать на то, что зима окажется бесснежной, не стоит. Это такой бонус от природы, который реализуется, к сожалению, далеко еще не всегда.
Мнение
Илья Зинченко, генеральный директор компании «Теплокарбон»:
Для эффективной борьбы с обледенением и возникновением сосулек на скатных крышах Петербурга, а также обеспечения безопасности горожан на тротуарах зимой необходимо в первую очередь выработать инженерный стандарт обслуживания кровель и водосточных систем. Это позволит избежать повреждения крыш от действий непрофессиональных альпинистов, которые выходят на них в зимний период, и от других посторонних вмешательств.
Далее нужно тщательно подготовить крышу: сделать теплый чердак холодным, для того чтобы не было теплопотерь, очистить и отремонтировать водосточную систему — вода с крыши должна беспрепятственно достигать люка на тротуаре.
После этого можно приступать к «апдейту» кровли: установить на нее систему антиобледенения на основе греющих элементов. Это может быть либо греющий кабель, либо более современная инфракрасная греющая лента. Как показывает практика, она является более надежным инструментом. Во-первых, для монтажа такой ленты не нужно делать отверстий в крыше для крепления, в отличие от греющего кабеля. Таким образом, не нарушается ее целостность. Во-вторых, работа греющей ленты шириной 10 см и мощностью 30 Вт на погонный метр оказывается эффективней: кабель монтируется «зигзагами» и не всегда плотно прилегает к поверхности кровли. Греющая лента с профессиональным бутилкаучуковым скотчем устанавливается в один погонный метр и работает только там, где это действительно необходимо, говоря проще, не греет воздух. В-третьих, в системе антиобледенения на основе греющей ленты предусмотрена возможность удаленного контроля и управления. Она делает удобным включение/выключение, сигнализирует оператору в случае поломки, а также позволяет минимизировать затраты на расход электроэнергии. Для того чтобы система антиобледенения работала еще более надежно, рекомендуется устанавливать снегозадержатели.
Следующий шаг в борьбе с наледью — заключение сервисного контракта с обслуживающей компанией. На наш взгляд, сервисно-контрактное обслуживание кровельной водосточной системы в будущем должно стать нормой по аналогии с противопожарной и вентиляционной системами.
Если последовательно выполнять эти шаги, уже в ближайшем будущем проблема надели и сосулек на крышах Петербурга будет решена — инновационно, комплексно и дистанционно.
Основная задача системы антиобледенения — безопасность горожан. Эксплуатация зданий находится на втором плане. Поэтому пока нет единого мнения по поводу того, кто должен оплачивать эту часть городской инфраструктуры. Одни считают, что установку таких систем должны оплачивать сами жильцы, кто-то выступает за то, чтобы этим занимался город. Производственные, монтажные и сервисные компании предлагают массовое внедрение таких инноваций. Тем более что в дальнейшем стоимость таких систем существенно снизится.
Пока же все зависит от подхода конкретной управляющей компании. Все чаще УК в Петербурге готовы к системному подходу в борьбе с наледью, поскольку это не только повышает безопасность жителей, но и гораздо выгоднее, чем ежегодный ремонт пробоин, которые остаются после непрофессиональных чистильщиков.
Александр Дадченко, председатель правления Национального кровельного союза:
Правильно построенная или правильно отремонтированная крыша не только не доставляет жильцам дома каких-либо неудобств — они просто даже не задумываются о том, как и из чего она построена. Есть крыша, работает — и хорошо.
Если крыша напоминает жильцам о себе ежегодными сезонными протечками, ограждениями у фасадов и предупреждениями об опасности, требует средств на очистку от снега и наледей, то эта крыша — либо результат ошибки проектировщиков и/или строителей, либо жертва неквалифицированной эксплуатации.
Причем сбрасывание снега с крыши — это только верхушка айсберга проблем, затрат и опасностей, которые принесет она своим хозяевам. Постоянные сезонные протечки, кроме значительного дискомфорта для жильцов верхних этажей, разрушают части стен и фасадов здания. А это значит, что весомый кусок отсыревшей зимой штукатурки может упасть в любой момент, в любое время года. Кроме того, проживание в вечной сырости влажных стен здоровья и долголетия никому еще не приносило.
Перечисленные в статье причины и способы решения проблемы указаны верно, и каждый вправе выбрать, каким путем ему идти. Хочу только заметить, что для любого вмешательства в конструкцию здания в целом и в крышу в частности — будь то ремонт, реконструкция или переоборудование — требуется квалифицированное проектное решение и квалифицированные специалисты для его реализации. Экономия средств на обследовании и проектировании, а также необоснованная экономия при выборе исполнителей для ремонта или строительства практически сведут на нет все затраты на попытку привести крышу дома в нормальное, стабильно работоспособное состояние.
МАТЕРИАЛЫ ПО ТЕМЕ:
Пароизоляция — с чего начинается теплая кровля
Купол как уникальная конструкция
Лаборатория деревянных конструкций ЦНИИСК им. В. А. Кучеренко АО «НИЦ «Строительство» совместно с ООО «ЦНИПС ЛДК» разрабатывает проекты большепролетных каркасов покрытия из клееных деревянных конструкций (КДК). По их проектам построено более 10 аквапарков по всей России. Крупнейший из них – аквапарк «Питерлэнд» в парке 300-летия Санкт-Петербурга. Об особенностях проекта «Строительному Еженедельнику» рассказал заведующий лабораторией деревянных конструкций ЦНИИСК им. В. А. Кучеренко Александр Погорельцев:
– В бассейнах и аквапарках КДК имеют преимущества перед конструкциями из металла или железобетона. Для них хлорирование или озонирование воды создает агрессивную среду, нейтральную для древесины.
В ТРК «Питерлэнд» смонтирован ребристый купол диаметром 90 м и высотой 45 м. Особенности конструкций связаны в основном с его габаритами. В плане меридиональные ребра купола опираются с шагом 14,5 м на нижнее железобетонное кольцо и на стальное верхнее кольцо диаметром 5 м. Основные ребра длиной около 60 м выполнены в виде серповидных сборных ферм и сами по себе являются уникальными в части принятых конструктивных решений, изготовления, сборки и монтажа. На эти ребра с шагом 6 м опираются девять криволинейных кольцевых элементов, из которых два – верхний и нижний – являются опорами для 60 промежуточных меридиональных ребер. Нижний кольцевой элемент выполнен в виде горизонтальной фермы, воспринимающей реакции опор от промежуточных ребер и нагрузки от кольцевой технологической площадки. Остальные кольца являются распорками между меридиональными ребрами для обеспечения их устойчивости.
В конструкции купола реализованы основные принципы «системы ЦНИИСК», все основные узлы и стыки поясов серповидных ребер выполнены на наклонно вклеенных стержнях и V-образных анкерах. Это уникальная система узловых соединений, основанная на вклеивании в древесину арматурных стержней периодического профиля. Россия обладает приоритетом в области подобных узловых соединений деревянных конструкций.
Все жесткие стыки ребер и соединения закладных деталей со стержнями, вклеенными на заводе и на монтаже, выполнены ручной сваркой. Экспериментальные исследования, проведенные в ЦНИИСК с целью оценки влияния сварки на соединения, показали, что существующий «психологический» барьер при сварке деревянных конструкций успешно преодолевается. При соблюдении нескольких рекомендаций сварка практически не сказывается на несущей способности соединений.
Меридиональные ребра состоят из четырех отправочных блоков полной заводской готовности, соединяемых на монтаже жесткими стыками на сварке. Все блоки по торцам снабжены выпусками V-образных анкеров и закладными деталями.
Проблемы допусков по длине для меридиональных ребер решены с помощью зазоров около 40 мм между торцами поясов, заполняемых полимербетоном после сварки V-образных анкеров и стальных полос. Этим достигается плотный контакт по площадкам сжатия.
Треугольная решетка меридиональных ребер включает горизонтальные и вертикальные элементы. Горизонтальные соединены с поясами на цилиндрических нагелях и шпильках, а вертикальные – с усилием растяжения до 40 т – путем сварки выпусков вклеенных стержней и закладных деталей на раскосах.
Сборка и монтаж меридиональных ребер производились в три этапа: сначала на жестком горизонтальном стенде производилась предварительная сборка блоков в проектных габаритах, затем окончательная сборка в вертикальном стальном стенде с последующей установкой блоков в проектное положение.
Из-за кризиса 2008 года после монтажа каркаса купола строительство было приостановлено – и возобновлено только в 2011 году. В результате влажность древесины, не защищенной от атмосферных осадков, значительно превысила величину равновесной влажности, соответствующей условиям эксплуатации. Быстрое завершение строительства и ввод в эксплуатацию могли привести к неравномерной усушке древесины и, как следствие, к появлению значительных трещин и расслоений. Разработанные в ЦНИИСК рекомендации по обеспечению температурно-влажностного режима при завершении строительства позволили избежать этих проблем.
Цифровые технологии – спорту
Олимпиада в Сочи и Чемпионат мира по футболу – 2018 задали новые требования к проектированию и строительству спортивных сооружений в России. О том, как создать современный спортивный объект мирового класса и уложиться в жесткий дедлайн, рассказывает руководитель отдела ОВиКВ компании «Метрополис» Сергей Брюзгин.
Проектирование спортивных сооружений – задача сложная и ответственная. Объекты такого рода сочетают в себе яркую, запоминающуюся архитектуру и комплекс сложнейших инженерных систем. Именно поэтому проектировщики постоянно находятся в поиске новых эффективных решений для работы с такими проектами.
В основе – технологии
Одними из наиболее успешных разработок, активно используемых проектировщиками, являются BIM-технологии. Их применение при проектировании современных сложных объектов, к числу которых относятся и спортивные сооружения, является одним из ключевых условий успешных инвестиций заказчика, ведь технология BIM-проектирования позволяет существенно сэкономить время и средства, необходимые для реализации проекта.
Эта технология дает возможность повысить качество проектирования и на раннем этапе представить полную картину того, как будет выглядеть и функционировать объект. При необходимости заказчик может своевременно внести корректировки в проект на той стадии, когда изменения не влекут за собой больших затрат. Это отличная возможность для всех участников проекта получить практически идеальный продукт, обладающий внешней привлекательностью, комфортом и безопасностью среды и, что самое главное, инвестиционной привлекательностью.
Сейчас все проекты нашей компании разрабатываются с применением этой технологии. Например, Центр художественной гимнастики имени Ирины Винер-Усмановой еще в 2016 году получил первое место на конкурсе BIM-технологий, организованном Минстроем РФ.
Другая многообещающая разработка – достаточно молодая в строительной сфере технология математического моделирования (CFD-моделирование). До ее появления то или иное техническое решение можно было обосновать либо опираясь на накопленный опыт (чаще всего используя решения, принятые ранее для подобных объектов), либо при помощи натурных испытаний (создание макета, испытательного стенда и т.п.). Первый вариант – рискованный (аналогичный объект может достаточно сильно отличаться по своим характеристикам от проектируемого, что может дать свою погрешность и привести к неработоспособности решения). Второй – затратный как по деньгам, так и по времени, не говоря о том, что далеко не все макеты можно физически реализовать. Технология CFD дает возможность за пару дней, а иногда и за несколько часов решить нестандартный узел, внести в него требуемые корректировки и добиться эффективности и работоспособности решения.
Мы применяли CFD-моделирование при проектировании таких объектов, как Центр художественной гимнастики в Москве, многофункциональный плавательный центр «Лужники», крытый каток Москомспорта, а также при проектировании жилых зданий.
До того, как мы освоили эту технологию, нам казалось, что ее применение будет востребовано только на уникальных объектах, однако практика показала, что использование CFD-моделей полезно для объектов любого уровня сложности. С его помощью можно решать такие задачи, как распределение температур в сложных трехмерных многослойных конструкциях, расчет параметров микроклимата помещений, воздухораспределение, расчет потерь давления в нестандартных сетевых элементах и т. д.
Данная технология дает специалисту возможность на раннем этапе проектирования отследить вероятные недочеты потенциальных инженерных решений, а иногда и понять, что предлагаемое решение слишком затратно (как энергетически, так и финансово) или вовсе нежизнеспособно. Например, для проверки условий, создаваемых для зрителей и спортсменов, наша компания выполняла оценку проектных решений систем вентиляции и кондиционирования главной арены Центра художественной гимнастики в Москве при помощи CFD-моделирования. Для достижения оптимального результата нам пришлось провести 8 итераций расчетов, в результате чего системы вентиляции и кондиционирования были значительно переработаны. Это еще раз подтверждает: CFD-моделирование и проектирование при помощи BIM-технологий позволяет на раннем этапе выявить проблемы и оптимизировать проектные решения. А заказчик, в свою очередь, получает наглядное, интуитивно понятное обоснование принимаемых решений. Вот несколько примеров выполненных расчетов:
В гармонии со стройкой
Посмотрим, как применение этих технологий реально отражается на строительном процессе. В качестве примера возьмем Центр художественной гимнастики. Для проектируемого объекта выполнялись следующие стадии проекта:
- концептуальные решения (стадия «К»);
- стадия «Проектная документация» (стадия «П»);
- стадия «Рабочая документация» (стадия «Р»);
- авторский надзор.
Проект стадии «К» стартовал в конце мая 2016 года и длился примерно 2 месяца. Последующая стадия «П» длилась примерно 3,5 месяца. Стадия «Р» длилась примерно 2 года, при этом строительные работы на объекте велись с запаздыванием от проекта всего на 2–3 месяца, иногда этот разрыв становился еще меньше, так что можно сказать, что проект стадии «Р», строительство и авторский надзор шли практически параллельно.
Основные сложности при проектировании как раз и связаны с малым разрывом в сроках между разработкой проектного решения и выдачей его для реализации на стройплощадку. У инженеров и архитекторов остается очень немного времени на принятие и согласование решений, и ошибки при таких малых сроках недопустимы. Именно использование BIM-технологий и, в частности, CFD-моделирования позволяет проектировщикам достаточно комфортно чувствовать себя в процессе взаимодействия со всеми заинтересованными сторонами. При этом есть, конечно, одно обязательно условие, с чем нам повезло: в арсенале всех участников проекта были современные технологии и подходы к проектированию, что позволило выполнить поставленную задачу в требуемый срок.
