CC BY
9
ОПТИМАЛЬНЫЕ КРОВЕЛЬНЫЕ МАТЕРИАЛЫ ДЛЯ КЛИМАТИЧЕСКИХ
УСЛОВИЙ АРКТИКИ
Д.А. Осетрина, магистрант Ю.К. Савельева, магистрант
Санкт-Петербургский государственный архитектурно-строительный университет (Россия, г. Санкт-Петербург)
DOI:10.24412/2500-1000-2022-12-4-58-63
Аннотация. В данной статье был проведен анализ различных кровельных материалов и выявлена целесообразность их использования в условиях Арктики. У наиболее популярных кровельных материалов были определены положительные и отрицательные качества, которые выявляются в ходе эксплуатации в суровом климате Арктики. Внимание уделялось таким характеристикам как: износостойкость, вес материала, стоимость, теплотехнические и несущие способности. Поскольку, суровый климат Арктики требует тщательно подобранные отделочные материалы, так как от этого напрямую зависит качество жизни жителей, на основе проведенного сравнительного анализа были сделаны выводы. На их основе были созданы рекомендации по выбору отделочного кровельного материала для зданий, расположенных в субарктическом и арктическом климате.
Ключевые слова: кровли, кровельные материалы, Арктика, архитектура, строительные материалы.
Общая площадь Арктической зоны Российской Федерации превышает 6 млн кв.км. [1] Суровый климат- характерная черта арктической зоны. Несомненно, все климатические явления влияют на отделочные строительные материалы и сокращают их срок службы. А для районов Приполярного климата требования к отделочным материалам кровли значительно выше, поскольку климат там чрезвычайно суров, с сильными ветрами и низкими температурами.
Поскольку большую часть года в районах Арктики сохраняется снеговой покров, при проектировании кровли следует уделить большое внимание снеговым мешкам, поскольку большую часть года в этих районах сохраняется снеговой покров.
Но не только снег может собираться на кровле. В межсезонье на крышах скапливаются осадки, которые в заморозки превращаются в лед, тем самых перекрывая отток воды по водостокам и создавая аварийные ситуации. Попадания воды между элементами кровли в этот период, приводит к разрушению кровли, так как вода расширяется при замерзании.
Также в Арктике нередко встречается такое явление как град, которое может
нанести большой ущерб всему зданию в целом. Материл кровли должен быть ударопрочным, чтобы не разрушиться от падения града.
Более того, для условий Арктики характерна большая разница между температурой воздуха летом и зимой, что так же оказывает негативное влияние на целостность любого материала.
Сильные арктические ветра могут разрушать отделочные материалы кровли, если они недостаточно прочные. Также большой процент тепла здания уходит через кровлю, если она не отвечает климатическим требованиям.
Виды кровельных материалов: 1. Шиферная черепичная кровля [2] Положительные качества: Шиферная черепичная кровля - отделочный материал из натурального камня, известный своей долговечностью. Она эффективна против града, ветра и льда, и может выдержать больше веса, чем другие типы крыш. Она прекрасно справляет с суровым зимним климатом.
При правильной установке такой тип кровли выносит воздействия ветра и предотвращает теплопотери, что делает её
энергоэффективной. Также отмечает её долговечность в эксплуатации. Отрицательные качества: Одним из недостатков кровельного покрытия из шиферной черепицы является высокая стоимость по сравнению с другими типами кровельного материала. Также система кровли с отделкой из шифера будет обладать большим весом, чем другие материалы, что создает дополнительные нагрузки на вечномерзлые грунты.
2. Металлическая кровля [3] Положительные качества:
Главное преимущество металлической кровли - ее небольшой вес, который не делает её менее прочной по сравнению с другими материалами. Помимо этого, так как поверхность гладкая, то на ней не задерживается снег и лед, а значит не образуется обледенение. Кроме того, на металлической кровле можно установить систему нагревания для дополнительной защиты от обледенения.
Отрицательные качества: Гладкая поверхность кроли позволяет снегу скользить и не задерживаться, однако это может привести к аварийным ситуациям, поэтому необходимо размещение снегоудерживающих ограждений, которые бы контролировали сход снега, предотвращали обвал снеговых мешков.
Еще один минус - это недолговечность отделочного материала, постоянные процессы замерзания и оттаивания, практически круглогодичный контакт с водой приводит к коррозии, поэтому такое покрытие требует частого ремонта. Более того, металлическая кровля бессильна против града, который деформирует её.
3. Керамическая черепица [2] Черепица - очень доступный выбор для
арктического климата. Эти крыши могут обеспечить долговечность в условиях холодной погоды в течение нескольких сезонов.
Положительные качества: Использование дровяных встрясок позволяет преодолевать низкий срок службы черепицы. Они могут обеспечить до тридцати лет выносливости против холодных сезонов без потери экономичного качества. Благодаря своим свойствам циркуля-
ции воздуха они также помогают экономить энергию.
Кроме того, существуют тяжеловесные виды черепицы, которые обеспечивают в четыре раза большую защиту, чем обычные, и, в свою очередь, имеют в четыре раза больше энергоэффективных преимуществ.
Отрицательные качества:
Черепица может треснуть при резких перепадах температуры, не выдерживает температуры ниже -50 0С.
4. Стекловолоконные асфальтовые черепицы [2]
Плюсы стекловолоконных асфальтовых черепиц
Асфальтовые черепицы - очень популярный кровельный материал для всех видов климата. Процесс установки прост, и они также являются хорошей основой для солнечных батарей.
Асфальтовая черепица дешевле других видов кровельных материалов и имеют хорошую ожидаемую продолжительность жизни. Это один из самых доступных вариантов по сравнению с другими. При правильной установке этот кровельный материал является водонепроницаемым.
Минусы стекловолоконных асфальтовых черепиц
Стеклопластиковые асфальтовые черепицы легко повреждаются градом и не выдерживают сильного ветра. В холодных погодных условиях они склонны к растрескиванию и приводят к более высоким затратам на ремонт. Данный кровельный материал может быть усилен дополнительной изоляцией. В целом, стеклопла-стиковые асфальтовые черепицы являются не лучшим выбором для Крайнего Севера.
5. Синтетическая кровельная плитка [3]
Положительные качества:
Синтетическая плитка предлагает вид
черепичного покрытия крыши, которую отличают от других видов черепицы наиболее низкая стоимость, как непосредственно сам материал, так и его монтаж. Синтетические плитки часто называют «супер черепицей».
Они легкие и высокопрочные. Эти плитки имеют рейтинг влияния класса 4, который является самым высоким из до-
ступных. Таким образом, они очень устойчивы к повреждениям градом и ветром. Они также устойчивы к замерзанию. Они являются хорошими изоляторами и снижают ваши затраты на энергию, а также обеспечивают лучшую циркуляцию воздуха
Отрицательные качества:
Синтетическая плитка не была на рынке очень долго; их общая продолжительность жизни неизвестна. Исследователи кровли оптимистичны, что эти синтетические плитки будут хорошо держаться, но это еще не было доказано в установках в полевых условиях.
6. Бетонная кровельная плитка
Положительные качества:
Плитка цементной крыши изготавливается из цемента, песка и пигмента и может быть выполнена различной формы. Цементная плитка является одним из самых прочных кровельных материалов, особенно для снежного климата. Бетонная черепичная крыша способна выдерживать экстремально холодные температуры и легко справляется с весом снега и льда. Их чаще всего устанавливают на приподнятую бетонную систему и тем самым снижают энергозатраты. Эти плитки очень устойчивы к повреждениям от снега, сильного ветра, льда и града.
Отрицательные качества:
Самым главным минусом является большой вес материала, который может выдержать не каждая конструктивная система здания. Поэтому стоимость монтажа бетонной кровельной плитки достаточно высокая. Также цветная кровельная литка подвержена выцветанию.
Помимо традиционных кровельных материалов, рассмотренных выше, существуют современные аналоги, которые только начинают внедряться в строительную отрасль.
7. Стеклянная черепица [4]
За последние годы все большее распространение приобретает такой инновационный вид кровельного покрытия, как стеклянная черепица. Данный кровельный материал представляет собой разновидность черепицы, которая изготавливается из прочного стекла (стекло может быть сили-
катным и органическим), вес его можно сопоставить с весом глиняной черепицы. Данную черепицу применяют для того, чтобы улучшить освещение чердачных помещений.
К основным техническим характеристикам стеклянной черепицы необходимо отнести следующие:
1. Большой срок эксплуатации, продолжительность которого превышает 40 лет.
2. Поскольку черепица выполняется из каленого стекла, нивелируются такие факторы, как воздействие ветра, града, кроме того, сильный дождь также не оказывает негативного влияния.
3. Вес сопоставим с обыкновенной керамической черепицей.
4. Достаточно хорошая стыковка с керамической черепицей, благодаря этому обеспечивается однородность кровельной поверхности.
8. Солнечная черепица.
Солнечная черепица работает идентично фотоэлектрическим панелям, которые уже широко используются в строительстве. Основное различие между ними заключается в их сборке: в то время как фотоэлектрические панели крепятся к существующей крыше, солнечная черепица с самого начала является частью конструкции крыши, заменяя обычную черепицу. Плитки образованы фотоэлектрическими элементами, которые, когда они получают солнечный свет, создают электрическое поле, способное обеспечивать электроэнергией здание, на котором расположены. Каждая плитка подключена кабелями к распределительному щиту питания [5].
По сравнению с традиционными солнечными панелями солнечная черепица гораздо более эстетична [6]. Они выполнены в форме традиционной черепицы, что позволяет домовладельцам обходиться без громоздкого внешнего вида стандартных фотоэлектрических панелей (PV). Также этот вариант более экономичный. Солнечная черепица позволяет снизить стоимость замены крыши и стоимость системы возобновляемых источников энергии с помощью одной комбинированной цены [7].
Солнечная черепица изготавливается из того же полупроводникового материала,
что и большинство тонкопленочных солнечных панелей, а именно из селенида индия-галлия меди. Эффективность этого материала обычно составляет 12-14%. Вместо этого большинство стандартных жилых солнечных панелей изготавливаются из монокристаллического кремния, КПД которого приближается к 20% [7].
Несмотря на то, что солнечная черепица по-прежнему является относительно новой технологией, производители солнечной черепицы предполагают, что срок службы черепицы составляет не менее 25 лет.
Преимущества [6]
- Солнечные плитки являются отличным источником возобновляемой энергии для регионов с высокой солнечной активностью.
- Они визуально более привлекательны и сдержанны, чем традиционные фотоэлектрические панели, поскольку являются частью конструкции крыши и не устанавливаются позже. Есть несколько вариантов солнечной плитки, которые даже имитируют внешний вид плитки из сланцевого камня или керамической плитки, оставаясь совершенно незамеченными.
- Они являются хорошим вариантом для восстановления зданий, находящихся в консервации и / или в исторических районах (когда изменения разрешены).
Недостатки [6]
- Они новы для рынка и, следовательно, стоят даже дороже, чем традиционные фотоэлектрические панели.
- По-прежнему существует мало производителей солнечной плитки и мало квалифицированных рабочих для ее установки. Одними из крупнейших производителей на рынке являются Tesla Solar, Hanergy и Eternit.
- В отличие от солнечных панелей, они не могут быть установлены под углами, отличными от первоначального дизайна крыши, поэтому в некоторых случаях оптимизировать эффективность использования энергии сложнее.
8. Кровля из полимерных материалов [8]
Положительные качества:
- Высокие физико-механические свойства, эластичность
- Морозостойкость. Полимерные материалы, например кровлелон, способны выдерживать понижение температур до -45°С.
- Материал устойчив к воздействию атмосферных осадков, водостойкий
- Технология монтажа позволяет проводить работы всесезонно, что особенно важно в условиях короткого лета.
- Долговечность. Срок службы составляет не менее 50 лет.
Отрицательные качества:
- Более дорогой и трудоемкий монтаж, по сравнению с битумными материалами.
Согласно проведенному сравнению, можно предположить, что больше всего, как кровельный материал, в климатических условиях Арктики подходит синтетическая кровельная плитка, поскольку она с легкость выдерживает воздействие снега и града, не подвергается воздействию многоразовых процессов обледенения и оттаивания, при этом, сохраняя низкий вес и относительно небольшую стоимость. Однако, такой тип кровли не обладает столь необходимым для Арктики высокими теплотехническими показателями, делая данную систему не энергоэффективной, что указывает на потребность создания специальных систем, адаптированных для приполярных районов, с дополнительными слоями утепления на основе синтетической кровельной плитка.
Также достойна внимания кровельная система с солнечной черепицей, поскольку для арктического климата характерно такое явление как, «арктический день», когда такая система может выработать большой объём энергии. Мы наблюдаем потенциал использования этого типа кровли, поскольку она может решить проблемы обеспечения электроэнергией небольших поселений и рабочих станций, которые порой не имеют постоянного источника электроэнергии.
Таким образом, при устройстве кровли в условиях арктического климата важно обращать внимание на устойчивость материалов к снеговым и ветровым нагрузкам, резким температурным перепадам. Также важно учитывать теплоизоляционные свойства кровельной системы для мини-
мизации тепловых потерь. Для Арктики важно выбрать долговечный и прочный материал, который не требует сложного и
однозначного ответа, какой тип кровли, оптимально подходящий для использования в арктическом и субарктическом кли-
дорогостоящего ремонта и прослужит дол- мате. гие годы. Однако на данный момент нет
Библиографический список
1. Красулина О.Ю. Арктическая зона Российской Федерации: особенности природно-экономических и демографических ресурсов // Региональная экономика и управление: электронный научный журнал. - 2016. - №4 (48). - С. 5.
2. Best roofing material and the best roof shingles for snowy climates // Сайт производителя CeDUR. - [Электронный ресурс]. - Режим доступа: https://www.cedur.com/best-roofing-material-for-snowy-
clima-
tes#:~:text=Slate%20roofing%20has%20been%20popular,%2C%20hail%2C%20and%20even% 20fire.
3. What are the best roofs for warm and cold climates? // Сайт производителя StormGroup. - [Электронный ресурс]. - Режим доступа: https://stormgrouproofing.com/2020/01/30/best-roofs-for-warm-and-cold-climates/.
4. Инновационные технологии при производстве кровельных материалов // Сайт компании Izmastiki.ru. - [Электронный ресурс]. - Режим доступа: https://izmastiki.ru/inovacionnie-tehnologii-pri-proizvodstve-krovelnih-materialov.
5. «Solar Shingles Cost is High Up Front But ROI is Higher» // Информационный сайт EcoWatch. - [Электронный ресурс]. - Режим доступа: https://www.ecowatch.com/solar/solar-shingles.
6. Солнечная крыша: технология, энергоэффективность и перспективы // Сайт Энергоэффективный Дом. - [Электронный ресурс]. - Режим доступа: https://ehome.ironws.com/energiya/solnechnaya-krysha-cherepica-krovlya/.
7. Audrey Migliani «How do Solar Tiles Work?» // Сайт архитектурных проектов ArchDai-ly. - [Электронный ресурс]. - Режим доступа: https://www.archdaily.com/930969/how-do-solar-tiles-work.
8. Кровельные материалы для условий Арктики // Сайт НПО «ГИДРОЛ-РУФИНГ». -[Электронный ресурс]. - Режим доступа: https://gidrol.ru/tezisi-k-dokladu-po-teme-krovelnie-materiali-dlja-uslovij-arktiki.html.
OPTIMAL ROOFING MATERIALS FOR THE CLIMATIC CONDITIONS OF THE
ARCTIC
D.A. Osetrina, Graduate Student Yu.K. Savelyeva, Graduate Student
St. Petersburg State University of Architecture and Civil Engineering (Russia, St. Petersburg)
Abstract. In this article, various roofing materials were analyzed and the feasibility of their use in the Arctic was revealed. In the most popular roofing materials, positive and negative qualities were determined, which are detected during operation in the harsh climate of the Arctic. Attention was paid to such characteristics as: wear resistance, material weight, cost, heat engineering and bearing abilities. Since the harsh climate of the Arctic requires carefully selected finishing materials, since the quality of life of residents directly depends on this, based on a comparative analysis, conclusions were drawn. On their basis, recommendations were created for the selection of finishing roofing material for buildings located in subarctic and arctic climates.
Keywords: roofing, roofing materials, Arctic, architecture, building materials.
