CC BY
75------ЖИЛИЩНОЕ ---
строительство
Научно-технический и производственный журнал
УДК 692.23:692.41:697.13: 697.14
Л.М. КОЛЧЕДАНЦЕВ, д-р техн. наук, Санкт-Петербургский государственный архитектурно-строительный университет; А.П. ВАСИН, канд. техн. наук, начальник НИС ЗАО «БЭСКИТ» (Санкт-Петербург)
Причины образования наледей на крышах зданий
и их последствия
Приведены результаты тепловизионных и визуальных исследований, доказывающие, что основной причиной образования наледей на ограждающих конструкциях отапливаемых зданий, в том числе на карнизах крыш, являются теплотехнические дефекты. Показано, что основным условием ликвидации наледей на ограждающих конструкциях, в том числе на крышах, является выполнение нормативных требований по тепловой защите жилых, общественных и промышленных зданий.
Ключевые слова: тепловидение, строительные конструкции зданий, лед на строительных конструкциях.
К изучению причин образования наледей на поверхности ограждающих конструкций зданий исследователи привлекаются крайне редко. В основном ведутся работы по поиску механических способов удаления наледей различными физическими, порой дорогостоящими методами, без выявления и устранения причин их образования.
Одним из перспективных методов изучения причин образования наледей на поверхности ограждающих конструкций является тепловизионное обследование.
Метод тепловизионного обследования позволяет оперативно произвести качественную оценку теплотехнических свойств ограждающих конструкций, между внутренними и наружными поверхностями которых существует перепад температур, а также выявить термически неоднородные участки ограждающих конструкций. Этот метод нашел широкое применение в практике как элемент энергетического обследования зданий, который позволяет оперативно обнаружить дефекты тепло- и пароизоляции ограждающих конструкций, выявить участки утечек тепла на стенах и крышах зданий, места конденсации влаги, с высокой точностью выявить места разрывов пароизоляции или отсутствия теплоизоляции.
Основная цель настоящей статьи - показать возможность использования тепловизионной съемки для оперативного выявления причин образования наледей на ограж-
дающих конструкциях, в том числе на крышах гражданских, общественных и промышленных зданий, и их влияние на надежность и долговечность строительных конструкций.
На интенсивность образования наледей на поверхности конструкций, в том числе на карнизах крыш зданий, влияют внешние и внутренние факторы.
Традиционной причиной образования наледей принято считать внешние факторы: температура и влажность наружного воздуха, осадки и др. Температура наружного воздуха влияет на тепловой баланс и, следовательно, на температуру поверхности конструкций зданий и сооружений.
Наглядной иллюстрацией незначительного влияния внешних факторов на образование наледей является отсутствие массивных сосулек на карнизах крыш открытых павильонов на остановках общественного транспорта (рис. 1).
К основным внутренним факторам, влияющим на тепловой баланс здания, относятся влажность и температура внутреннего воздуха, планировочные решения, влияющие на состояние температуры воздуха в помещениях, теплопроводность и газопроницаемость материалов строительных конструкций.
При отсутствии внутренних факторов на карнизах крыш неотапливаемых дачных домов наледей в виде сосулек не образуется (рис. 2).
Рис. 1. Пример отсутствия наледей на крыше открытого павиль- Рис. 2. Пример отсутствия наледей на крыше неотапливаемого она остановки общественного транспорта дачного дома
Рис. 3. Термограмма и общий вид участка образования конденсата на внутренней поверхности стен кирпичного здания после ремонта
Внутренние факторы в значительной мере определяют температуру и влажность материалов ограждающих конструкций (температурное поле конструкций) отапливаемых зданий: температуру и влажность чердачных перекрытий и конструктивных элементов крыш. Внутренние факторы определяют условия конденсации влаги и возможного образования наледей на внутренней поверхности ограждающих конструкций от внутреннего воздуха, а на наружной поверхности - от таяния снега.
При неоднородности тепловых полей с разницей температур на внутренних поверхностях конструкций в рабочих помещениях здания до 4-5оС может наблюдаться выпадение сконденсированной влаги (рис. 3, 4) с возможным образованием на них наледей при промерзании стен.
Увлажнение ограждающих конструкций приводит к ухудшению теплозащитных качеств, скоплению свободной воды в порах и пустотах материала, созданию благоприятных условий для развития биологических процессов, а также к снижению долговечности окрасочного слоя и камня штукатурки в целом.
Сконденсированная влага приводит к постепенному разрушению строительных конструкций зданий, ухудшению их внешнего вида.
Помимо увеличения энергетических затрат на отопление жилых домов увлажнение и обледенение строительных конструкций увеличивают физический износ, ухудшая надежность и долговечность зданий в целом.
Наличие неоднородных тепловых полей - областей утечек тепла через конструкции покрытия приводит к таянию снега на поверхности кровли и образованию наледей на карнизах (рис. 5).
Водяной пар становится большой проблемой в каркасной конструкции. Если влажный воздух охлаждается ниже точки росы, то избыточная влага конденсируется внутри конструкций зданий.
Влажность атмосферы в обогреваемом помещении больше, чем снаружи, и разница концентраций уравновешивается за счет диффузии пара. При диффузии водяного пара на его пути должен размещаться материал с высокой паронепроницаемостью. При неисправности пароизоляции образование сконденсированной влаги и наледей может быть и во внутренних конструктивных слоях ограждающих конструкций с выходом на внешнюю поверхность ограждающих конструкций (рис. 6, 7).
С теплотехнической точки зрения воздухопроницаемость ограждения является отрицательным явлением, так как в зимнее время инфильтрация холодного воздуха вызывает дополнительные потери тепла ограждениями и охлаждение помещений, а эксфильтрация неблагоприятно отражается на влажностном режиме конструкций ограждений, способствуя конденсации влаги.
Влажный внутренний воздух помещения, диффундируя через конструкцию стены, попадает в холодную зону вблизи наружной поверхности и выпадает в виде конденсата,
5'2011
19
ц м .1
Научно-технический и производственный журнал
-2,5оС
-4,9оС
-7,2оС
-9,6оС |-12оС
Рис. 5. Тепловизионная съемка в месте образования наледи на карнизе крыши "1,6°С
-4оС
-6,4оС
-8,9оС
|-11,3оС
Рис. 6. Образование наледи на наружной поверхности вентилируемого фасада здания бассейна из-за неудовлетворительного технического состояния пароизоляции стены
~1,8оС
-5,1оС
-8,4оС
-11,7оС
|-15оС
Рис. 7. Тепловизионная съемка парапета стены с вентилируемым фасадом бассейна
___
наличие которого снижает теплоизоляционные свойства ограждения здания. В зимнее время это приводит к обледенению утеплителя, значительному увеличению его веса (увеличиваются нагрузки на крепежи), а соответственно и к увеличению веса всего здания (увеличиваются нагрузки на фундаменты).
Обледенелый утеплитель теряет функциональное назначение, и здание становится «холодным». Возникает опасность промерзания стен и разрушения их внутренней отделки. Постоянно мокрый и обледенелый утеплитель
разрушает несущие элементы каркаса здания и узлы крепления.
Процесс теплопередачи через многослойные строительные ограждающие конструкции жилых домов сопровождается процессом диффузии водяного пара. Движущей силой диффузии водяных паров через конструктивные слои строительных конструкций являются:
- разность парциального давления водяных паров;
- разность температуры воздуха (направление движения водяных паров от теплого к холодному).
Научно-технический и производственный журнал
Рис. 8. Примеры образования конденсата на конструкциях технического холодного этажа, но с остекленными продухами, и выпадения «осадков» в квартире, расположенной ниже
При разности давлений воздуха с обеих сторон ограждения через него может проникать воздух в направлении от большего давления к меньшему.
В зимних условиях в отапливаемых помещениях температура внутреннего воздуха существенно выше наружного воздуха, что обусловливает разность их объемных масс, в результате чего и создается разность давлений воздуха с обеих сторон ограждения.
Разность давлений воздуха может возникнуть также под влиянием ветрового напора.
Наличие неоднородных тепловых полей приводит к снижению средней температуры внутри зданий и, как следствие, к увеличению расхода энергоносителей, необходимых для поддержания комфортной внутренней температуры.
При подготовке зданий к зимним условиям эксплуатации необходимо учитывать принципиальные отличия в конструкциях крыш. Чердачные крыши подразделяются:
- по тепловому режиму чердака - с холодным чердаком, в том числе открытым, и теплым чердаком;
[Пг;;;1 п.: п|® Безопасная эксплуатация строительных конструкций и техники
18 лет экспертной деятельности
Обследование технического состояния зданий и сооружений:
• строительных конструкций;
• инженерных сетей;
• фундаментов и грунтов основания.
Экспертиза промышленной безопасности в соответствии с требованиями Ростехнадзора:
• зданий и сооружений, в том числе дымовых труб, резервуаров;
• проектной документации.
Геотехнический мониторинг состояния зданий и сооружений при строительстве (реконструкции):
• геодезические измерения вертикальных осадок;
• измерение крена зданий (отклонений от вертикальности);
• измерение горизонтальных смещений (сдвигов).
Экспертиза проектно-сметной документации и выполненных строительно-монтажных работ
Технический надзор за качеством строительно-монтажных работ
Разработка проектно-сметной документации, в том числе раздел ИТМ ГО ЧС
Испытания строительных материалов неразрушающими методами
Тепловизионное обследование ограждающих конструкций зданий и сооружений
Вибродинамические исследования
Выполнение строительно-монтажных работ:
• усиление фундаментов и грунтов основания;
• гидроизоляция;
• усиление строительных конструкций щадящим методом углеволокном SIKA.
191123, г. Санкт-Петербург, ул. Кирочная, д. 19, лит. А, оф. 25 Тел.: (812) 272-44-15, 272-54-42, 579-83-77. Факс: 275-36-18 Е-mail: [email protected]
Реклама
ц м .1
Научно-технический и производственный журнал
- по способу удаления воздуха из вытяжной вентиляции здания - на крыши с выбросом воздуха из вентиляции наружу (холодный чердак) и с выбросом воздуха из вентиляции в чердачное пространство (теплый и открытый чердак);
- по конструкции покрытия - из железобетонных плит (без теплоизоляции или утепленных плит) покрытия;
- по виду кровли - рулонный и безрулонный с защитной мастичной или окрасочной гидроизоляцией или без нее -при атмосферостойком бетоне.
Вне зависимости от конструктивного решения крыш и типа кровельного покрытия одним из важных условий правильного технического состояния, сохранности конструкций здания и экономии топливно-энергетических ресурсов является правильное содержание чердачного помещения, т. е. обеспечение нормального температурно-влажностного режима.
При разнице температур наружного воздуха и воздуха в помещении холодного чердака больше 2о необходимо устранить источники поступления тепла в чердак, которыми могут быть: недостаточная теплоизоляция чердачного перекрытия; отсыревшая или недостаточная теплоизоляция трубопроводов разводки отопления и горячего водоснабжения; недостаточная теплоизоляция воздухосборников, расширительных баков, вентиляционных каналов шахт, канализационных стояков и т. п., расположенных в чердачном помещении. Кроме того, возможна недостаточная вентиляция чердачного помещения.
Теплоизоляция чердачных перекрытий холодного чердака устраивается по слою пароизоляции из рыхлых засыпок или из теплоизоляционных материалов в виде плит. Конструктивно, на расстоянии от наружной стены 0,5-1 м по чердачному перекрытию обязательно укладывается дополнительный слой утеплителя, устраивается защитная корка из пористого глиняного или сложного раствора. Категорически запрещается применение корки из цементного раствора.
При подготовке зданий к зимним условиям эксплуатации необходимо утеплить двери и люки чердачных помещений.
Вентиляция крыш в зимний период осуществляется через слуховые окна и вентиляционные прикарнизные продухи, устраиваемые в шахматном порядке.
Площадь сечения приточно-вытяжных отверстий должна составлять не менее 1/500 площади чердачного перекрытия, т. е. на каждые 1000 м2 площади холодного чердака необходимо не менее 2 м2 отверстий.
Чердачное пространство крыши с теплым чердаком используется в качестве сборной вентиляционной камеры, обогреваемой вентиляционным воздухом, поэтому к ее ограждающим конструкциям предъявляются требования теплозащиты и герметизации в соответствии с требованиями к ограждающим конструкциям дома. Конструктивные элементы должны быть герметичны, основным вентиляционным отверстием является шахта. Температура воздуха чердачного помещения определяется из условия теплового баланса и недопустимости появления конденсационной влаги на внутренней стороне кровельного покрытия.
Нередко эксплуатирующие организации (ТСЖ, ДЭУ и другие) в целях сокращения энергетических затрат на отопление жилых домов неоправданно выполняют остекление слуховых окон в конструктивно-холодных чердаках, необоснованно утепляются чердачные помещения, а не чердачные перекрытия, что приводит к «парниковому» эффекту
внутри чердака, к увлажнению и обледенению элементов стропильной системы и обрешетки.
Пример образования конденсата на конструкциях технического холодного этажа в жилом доме с неправильно утепленным чердаком, где необоснованно остеклены продухи, создавшие условия выпадения «осадков» через чердачное перекрытие в квартире, расположенной этажом ниже, показан на рис. 8.
При осмотре кровли этого жилого дома выявлено, что рулонный водоизоляционный ковер на битумной мастике конструктивно выполнен по цементно-песчаной стяжке на плитах покрытия без слоя теплоизоляции. То есть по тепловому режиму конструктивно чердак (технический этаж) холодный. При обследовании чердака выявлены многочисленные следы увлажнений и участки эрозии цементного камня на поверхности железобетонных конструкций. На нижней поверхности ребристых сборных железобетонных плит покрытия образуются крупные капли влаги, стекающие на чердачное перекрытие. Далее, проникая под действием силы тяжести через слой керамзита (утеплителя) и через неплотности между плитами чердачного перекрытия и в местах сопряжения плит с внутренней стеной, конденсат замачивает участки нижней поверхности перекрытия и верхнюю часть стен в квартирах верхнего этажа.
Следы увлажнения конструкций чердачного перекрытия и стен от протечек конденсата выявлены практически во всех квартирах верхнего этажа. При исследовании причин намокания конструкций в квартирах верхнего этажа жилого дома установлено, что при выполнении текущего ремонта кровли были допущены грубые строительные ошибки: не восстановлен слой теплоизоляции на поверхности плит покрытия; не проклеены стыки полотен пароизоляции на чердачном перекрытии. До ремонта кровли жилого дома увлажнения конструкций чердачного перекрытия и стен не отмечалось.
До начала ремонта чердак конструктивно был теплым. После ремонта чердак конструктивно стал холодным. В то же время конструкция окон - продухов помещения чердака осталась без изменений с остекленными створками. В свою очередь, отсутствие воздухообмена с наружным воздухом приводит к увеличению концентрации пара в пространстве чердака.
Диффундирующий через чердачное перекрытие водяной пар из жилых помещений понижает свою упругость. Далее, при прохождении водяного пара через холодные слои воздуха чердака, а затем к более холодной поверхности ограждающей конструкции образуется пересыщенный пар, на поверхности конструкций образуется конденсат. При отрицательных температурах на конструкциях образуются наледи.
Таким образом, из анализа результатов тепловизион-ных и визуальных исследований ограждающих конструкций жилых и промышленных зданий в Санкт-Петербурге и Ленинградской области следует, что основными причинами образования наледей на карнизах крыш и поверхности стен отапливаемых зданий являются внутренние факторы и энергетические потери из-за многообразных теплотехнических дефектов эксплуатируемых ограждающих конструкций зданий:
- неудовлетворительное содержание крыш зданий - нарушение температурно-влажностного режима, воздухообмена в чердачных помещениях и т. п.;
Научно-технический и производственный журнал
- неудовлетворительное техническое состояние тепло-и пароизоляции ограждающих конструкций, в том числе покрытий;
- неудовлетворительное техническое состояние параметров микроклимата воздушной среды в помещениях эксплуатируемых зданий;
- одной из причин образования наледей на карнизах крыш являются теплопотери через технологические каналы в стенах, открытые окна, форточки или балконные двери верхних этажей.
Для устранения причин образования наледей на карнизах чердачных крыш необходимо утеплять чердачные перекрытия, а не конструкции кровли, оставляя в достаточном количестве открытые продухи. Конструкции кровли необходимо охлаждать. Очень важным условием устранения причин образования наледей на карнизах чердачных крыш является организация воздухообмена в чердачном помещении для отвода излишнего тепла наружу, в исключительных случаях может быть использована система принудительного вентилирования.
Для предотвращения нежелательного процесса таяния снега на бесчердачных крышах отапливаемых зданий необходимо увеличить теплозащитные свойства конструкций покрытия с организацией внутреннего водоотвода.
В любой конструкции крыш зданий с влажным микроклиматом в помещениях важным условием является наличие технически работоспособного слоя пароизоляции.
Общие требования к пароизоляции ограждающих конструкций:
- при монтаже пароизоляции недостаточно устройства кромок полотен нахлестом, места стыков необходимо склеивать специальной лентой или пайкой;
- стены помещений с переувлажненным воздухом внутри не должны «дышать», так как сконденсированная в них влага при замерзании может привести к повреждениям элементов конструкции, водяной пар может проникнуть в кровельный пирог;
- при повышенном давлении воздуха внутри помещения влага попадает через неплотности пароизоляции, технические отверстия и прорывы в утеплитель;
- следует помнить пример: при пропускной способности пароизоляции 1 г вод. пара на 1 м2 поверхности стены в сутки за 100 дней через 100 м2 пароизоляции, находящейся под воздействием давления пара, во внутреннее пространство стены в виде конденсата проникнет 8-10 л воды;
- при отсутствии вентиляции внутреннего пространства помещения, при разности температур даже склеивание полотен пароизоляции специальной лентой полностью не предотвращает попадание влаги в утеплитель при высоком давлении пара.
Основным условием ликвидации наледей на ограждающих конструкциях, в том числе на крышах, является выполнение нормативных требований по тепловой защите жилых, общественных и промышленных зданий по СНиП 23-02-2003 «Тепловая защита зданий».
В современных зимних условиях остро назрела необходимость разработки типовых технических решений по повышению тепловой защиты, утеплению узлов при эксплуатации зданий, при выполнении текущего ремонта крыш и фасадов и при выполнении капитального ремонта зданий.
СПЕЦИАЛИЗИРОВАННАЯ ВЫСТАВКА
ЕвроСтройЭкспо - 2011
8-11
ноября 2011 г.
МЕЖДУНАРОДНЫЙ ВЫСТАВОЧНЫЙ ЦЕНТР
Украину нцев, ьропарсиом пр т, 1Ь
• Промышленное и жилищное С
• Архитектура и ремонт
• Строительные технологии, материалы и конструкции
* Техника,оборудование, инструмент ял" строительным и ремонтных работ
* Климатическое оборудование! источники отоплении и горячего водоснабжении, сантехника
* Интеллектуальные технологии автоматизации
Элементы
М| I N ишП прСт Но
ел^ыямлыты 4г яьлцц УжрЛЦнь!
иатЗучгреФнтй 1и:ли13чп|.'|,
■■айшМкинтитч
инторъера !
