Текст книги "Кровельная изоляция. Кровельное озеленение. Проблемы: Истоки, причины, опыт и решения"

1.3 Грозы

По данным из Баварии, «земли гроз», в Германии наибольшее количество гроз зафиксировано по краю Альпийских гор. Между Фюссеном на западе через Шонгау, Хоэнпайсенберг, Штарнберг, Мюнхен и Бад-Тёльц на восток отмечается до 35 грозовых дней. На альпийской вершине Цугшпице и в Гармише зафиксировано существенно больше 30 грозовых дней в различные промежутки времени. Еще одна область, где зафиксировано максимальное количество грозовых дней (30–33), – это район Берхтесгаден вокруг Вацманна.

Молния возникает в результате электрических разрядов (напряжением около 100 млн вольт) во время грозы между двух противоположно заряженных облаков («облачная молния») или между облаком и поверхностью земли (наземная молния). Наиболее часто возникает линейная молния (зигзагообразная с разветвлениями). Кроме того, охватывающая большую поверхность молния образуется, когда отдельные разряды частиц линейной молнии из-за быстрого движения воздушной массы смешиваются друг с другом.

1.3.1.1 ГРОЗЫ И МОЛНИИ В ГЕРМАНИИ

Последние данные о молниях подтвердили частоту гроз и молний по краю Альп, а также показали их скопления в Швабской Юре и Шварцвальде. Для всей Германии свойственно более частое появление гроз в горах средней высоты. В Зауэрланде, Хунсрюке, отдельных частях региона Эйфель, национальном парке «Баварский лес» или, например, на Вассеркупе грозы длятся до 25 дней. На равнинных поверхностях – в среднем 20 дней. В прибрежных областях отметка едва достигает 20 дней.

1.3.1.2 МОЛНИЯ В ШВЕЙЦАРИИ

Около 200 000 раз в год ударяет молния в Швейцарии, особенно в ее северо-западной части со средним количеством грозовых дней в году, равным 35.

1.3.1.3 МОЛНИЯ В АВСТРИИ

В Австрии число зафиксированных молний колеблется с 1992 г. между 104 000 и 222 000, при этом 70 % приходится на юго-восточную часть и только 10 % – на альпийский Тироль.

«Строительные сооружения, которые легко подвержены из-за их расположения, вида конструкции или способа эксплуатации возможным ударам молнии, способным привести к тяжелым последствиям, должны быть оборудованы долговечными молниеотводами» (Типовые строительные правила, издание 2002 г., Германия).

«Строительные сооружения должны быть оборудованы молниеотводами, соответствующими уровню технических наук, если из-за их высоты, площади, отметки уровня воды они подвержены угрозе попадания молнии, или же сооружение предназначено для проживания людей либо будет иметь другое важное назначение, и для предотвращения угрозы по отношению к соседствующим объектам ему необходим молниеотвод» (Австрия, отрывок из строительных правил, Вена).

Подобные нормы можно встретить в строительных правилах многих стран. Законодатели таким образом предписывают для каждого строительного объекта проведение отдельных испытаний. Необходимо проверить, может ли молния легко поразить здание (например, из-за его положения и протяженности) и может ли это привести к тяжелым последствиям (например, человеческим жертвам).

В Швейцарии о молниеотводах сказано в § 61, 63 Закона о страховании зданий (Gebdudeversicherungsgesetz, GVG), в § 53 и в последующих регламентах к GVG. Обязанность по установке молниеотвода распространяется на сооружения с помещениями, в которых должно находиться много людей, гостиницы, высокие сооружения, здания, где находятся особые ценности, промышленные и торговые здания с повышенным уровнем опасности, большие сельскохозяйственные производственные здания с относящимися к ним постройками, здания и сооружения с важными общественными системами коммуникаций, здания в определенных топографических местах. В спорных случаях страховая компания принимает решение, должны ли быть защищены конкретные здания и сооружения от молнии.

АНАЛИЗ РИСКОВ СПОСОБСТВУЕТ ЗАЩИТЕ ОТ МОЛНИИ

Законодатель, к сожалению, не предоставляет никаких технических правил, согласно которым следует проводить испытания. Поэтому застройщик/архитектор в принципе может руководствоваться любыми способами, лишь бы детально были рассмотрены все вышеназванные в тексте условия (положение, вид конструкции, цель и последствия ее использования). На практике это сделать совсем непросто, так как проведение необходимых оценок предполагает наличие соответствующего опыта.

ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ НАПРЯЖЕНИЯ В ВОЗДУХЕ

ОТВОД ВОДЫ С ПОВЕРХНОСТИ КРЫШИ

В. Эрнст и Ф. Миттермайер

1.4 Осадки

Увеличение неблагоприятных погодных явлений с сильными и очень сильными выпадениями осадков нужно принять как факт. Из-за сильных дождей, например в 2002 г., целые районы оказались на несколько дней затопленными. Изображения с радара DWD показали, что с 1 по 10 августа 2002 г., за исключением двух дней, на территории всей Германии лили дожди, при этом в некоторых местах осадки доходили до 100 л/м в день.

Суммарный объем осадков в год изменился, территориальные и временные изменения превысили температурные. За последние десятилетия эти тенденции проявились более четко. Особенно зимой отмечается увеличение количества осадков в средних и высоких широтах Северного полушария.

1.4.1.1 ТЕНДЕНЦИИ В ГЕРМАНИИ

Годовой объем осадков с 1891 до 1990 г. увеличился в среднем (прежде всего осенью и зимой) на 9 % (Рапп, Шенвизе, 1995). При этом осадки в разные времена года увеличились по-разному. В последние три десятилетия (1961–1990 гг.) общее количество осадков увеличилось только на 3 %, так как выпадение осадков весной и летом заметно сократилось.

1.4.1.2 ТЕНДЕНЦИИ В АВСТРИИ

В альпийской местности в западной части Швейцарии заметно увеличение осадков в зимнее время. На территории Южных Альп и на востоке Австрии, напротив, наблюдается уменьшение количества осадков (Ауэр, Бом, 1994).

1.4.1.3 ТЕНДЕНЦИИ В ШВЕЙЦАРИИ

Анализ количества выпадения осадков на основе ежедневных данных показал, что за последнее столетие оно увеличилось зимой в Швейцарии на 30 % (Видманн, Шар, 1997). Это увеличение связано не с возросшим количеством дней выпадения осадков, а обусловлено изменением области интенсивности осадков. Осенью и зимой особая интенсивность их выпадения наблюдается в северной части Альпийских гор (Курвозер, 1998).

ПРЕДУПРЕДИТЕЛЬНЫЕ МЕРЫ НА СЛУЧАЙ ЭКСТРЕМАЛЬНЫХ ДОЖДЕЙ

Во всем мире увеличивается количество сильных дождей по сравнению со средней нормой выпадения осадков и прежде всего в областях, где увеличивается выпадение осадков. Одновременно уменьшается период повторения для 20-летней ежедневной нормы выпадения осадков (Карин, Цвирс, 2000).

Сильные дожди выпадают в альпийском регионе в виде либо очень интенсивных кратковременных дождей в определенной области, либо дождей с грозой, то есть вследствие конвективных процессов, либо затяжных обильных дождей, вызванных областями низкого давления или фронтами, то есть циклонными процессами.

Конвективные дожди выпадают прежде всего летом, длятся несколько часов, и в центральной области Альп они по большей части менее интенсивны, чем в областях по краю Альп (Гребнер, 1996; Фрай, Шар, 1998). Еще возникает риск выпадения града, ударов молнии и порывов сильного ветра (Шиссер, 1997).

Выпадения осадков, вызванные циклоном, затрагивают большие по площади районы и длятся гораздо дольше (до трех дней). Интенсивность таких осадков (количество осадков в час) составляет около 20 % интенсивности конвективных дождей. Чаще всего такие дожди бывают в зимнее время.

Дождевая вода не относится к предметам

Во время сильного дождя с грозой в июне 1997 г. провалилась крыша складского помещения, на которой скопилась дождевая вода. Владельцы подали иск против страховой компании, застраховавшей имущество от бури. Высший земельный суд Ольденбурга иск не удовлетворил, так как страховка, согласно правилам страхования имущества от нанесения ущерба вследствие бури (Ast B 87), предусматривает только повреждения, нанесенные в результате попадания в застрахованное здание отдельных предметов. Скопившаяся дождевая вода в таком качестве рассматриваться не может (Высший земельный суд Ольденбурга, дело № 2 U108/00, решение от 05.07.2000).

ДОЖДИ ПО РЕЗУЛЬТАТАМ ДВУХЛЕТНИХ И СТОЛЕТНИХ НАБЛЮДЕНИЙ

ЕВРОПЕЙСКАЯ НОРМА ВОДООТВОДА

Чтобы минимизировать воздействие воды на кровельную поверхность, система водоотвода должна обеспечивать надежное отведение дождевой воды. Когда с помощью воронок определено расчетное отведение воды, производитель должен дать характеристику воронки в виде таблицы или диаграммы, чтобы проектировщик мог решить поставленную перед ним задачу по водоотведению. Общего указания на то, что воронки соответствуют минимальным требованиям стандартов DIN EN 1253, в большинстве случаев недостаточно (Рикманн, 2004).

1.4.3.1 ЕВРОПЕЙСКИЕ СТАНДАРТЫ

Европейские стандарты DIN EN 12056 «Устройства самотечного водоотвода в зданиях, часть 1–5» были опубликованы в январе 2001 г. Часть 3 «Водоотвод – проектирование и расчет» содержит следующие данные:

● о навесных водосточных желобах (заменяет стандарт DIN 18460);

● о внутренних водостоках (впервые включены в стандарты);

● о водосточных трубопроводах и ливневых стоках (идентично стандарту DIN 1986-2);

● об основных принципах планирования трубопроводов полного наполнения.

Информационное приложение В к стандартам указывает на дальнейшие национальные и региональные нормы и технические правила. Рекомендуется изучить соответствующие действующие издания этих документов.

1.4.3.2 НАЦИОНАЛЬНЫЕ НОРМЫ

В марте 2002 г. появились немецкие дополнительные стандарты DIN 1986-100 «Устройства водоотвода для зданий и земельных участков. Часть 100: дополнительные правила к стандартам DIN EN 752 и DIN EN 12 056».

Эти стандарты содержат данные для крыши: количество стоков, сведения о безнапорном водоотводе, обратном подпоре, экстренном переливе. Что касается напорного водоотвода с крыши, то имеется указание на инструкцию Союза немецких инженеров 3806 (VDI, 4/2000).

1.4.3.2.1 ИНСТРУКЦИЯ VDI 3806

Описывает проектирование, расчет и выполнение работ по напорному водоотводу.

«Уже более двух десятилетий системы водоотвода в Германии делаются по принципу полного наполнения. В инструкции VDI системные компоненты, метод расчета и системы экстренного перелива представлены в виде таблиц, диаграмм и примеров. Также говорится о вводе в эксплуатацию, техническом обслуживании и прочистке систем. В инструкцию включены соответствующие выдержки из предписаний, стандартов и положений» (VDI, 2000).

1.4.3.3 МЕТОДЫ РАСЧЕТА

По сравнению с прежними требованиями изменились не только объемы выпадающих осадков, но и принципы расчета. Старые стандарты расчета водоотвода по 300 л на 1 га больше не актуальны. Сейчас в расчете должны учитываться две величины:

1. Расчетный дождь r_(5,2) – пятиминутный дождь, чей объем, согласно статистике, каждые два года увеличивается на 200–500 л с 1 га.

2. «Столетний дождь» r_(5,100) – пятиминутный дождь, чей объем, согласно статистике, один раз в столетие может достигать 1200 л с 1 га.

Так как количественная норма выпадения дождя различается в зависимости от регионов, при расчете следует опираться на региональные значения, приведенные в приложении стандарта DIN 1986–100.

ОТРЫВОК ИЗ СТАНДАРТА DIN 1986–100

«Различия в расчетном модуле дождевых осадков для устройств водоотвода на участке застройки и мощности канализации населенного пункта должны компенсироваться на участке за счет удержания дождевой воды в течение не менее 15 мин, например при модуле дождевых осадков r_(15,30), служащем в основном для испытания на затопление».

БЛОК-СХЕМА ВОДООТВОДА. ВНУТРЕННИЕ ВОДОСТОКИ ПЛОСКОЙ КРЫШИ

Основная цель, которую ставят национальные дополнительные стандарты (DIN 1986–100) для проектирования, заключается в том, чтобы в любой момент времени расчетный дождь r_(5,2) мог быть отведен с кровельной поверхности. Устройства водоотвода должны быть расположены таким образом, чтобы при возникновении сильных дождей не был причинен ущерб материалам зданий (SIТА, 2003). Согласно комментарию к вышеназванным дополнительным стандартам, ни один дождь, вплоть до суммы осадков за последние сто лет r_(5,100), не должен превышать статического запаса прочности несущей кровельной конструкции. Поэтому необходим детальный и точный расчет отведения воды с кровельной поверхности.

1.4.4.1 СИСТЕМЫ ВОДООТВОДА

Согласно стандартам, системы отведения воды с кровельной поверхности делятся на безнапорные и напорные.

Наряду с обычными безнапорными системами водоотведения в последние годы особое место стали занимать напорные системы, специально предназначенные для отведения воды с больших плоских кровельных поверхностей. При их применении риск, связанный с подпором уровня воды, будет гораздо меньше, чем при использовании традиционных систем, что и приводит к существенно меньшему статическому воздействию.

1.4.4.1.1 НАПОРНЫЕ СИСТЕМЫ ВОДООТВЕДЕНИЯ

Специальные кровельные водозаборы напорной системы водоотведения препятствуют попаданию воздуха, когда достигается расчетное количество дождевой воды. Расчет параметров для трубы системы водоотведения выполняется на основе полного заполнения водоотводной линии. После принятия дополнительных стандартов коэффициент заполнения для трубопровода увеличили с f = 0,2 до f = 0,33. В результате при сконструированном соответствующим образом трубопроводе может отводиться в два раза больший объем воды (Рикманн, 2004).

Помимо равномерного заполнения канализации, напорная система водоотвода имеет еще ряд преимуществ: меньшие расходы на материалы и заработную плату, самоочистку благодаря высокой скорости течения, прокладывание без уклона и труб маленьких диаметров (см. на рис. 21 и 22 системы водоотведения в сравнении).

ОПТИМАЛЬНЫЙ ВОДОСТОК ДЛЯ КРЫШИ

1.4.4.1.2 СИСТЕМЫ АВАРИЙНОГО ВОДОСБРОСА

«На плоских кровлях при строительстве с применением легких конструкций всегда предусмотрено наличие систем аварийного водосброса». Такое требование оправданно, потому что запас прочности на таких крышах используется полностью.

Если необходимы дополнительные системы аварийного водосброса на кровельных поверхностях с внутренними водосточными желобами, а геометрия крыши или внешний вид не позволяют это сделать, «для гарантии выполнения функции водосброса должна устанавливаться дополнительная система со свободным отведением на участок, способная взять на себя данную функцию» (DIN 1986). Если же для определенных зданий требуется повышенная защита (см. табл. 2), то система аварийного водосброса должна быть в состоянии отвести даже суммарное количество осадков за последние 100 лет r_(5,100).

ПРИНЯТЫЕ ЗНАЧЕНИЯ НА ОДИН РАСЧЕТ (ПО ЛИЗЕКЕ)

СОХРАНЕНИЕ ДОЖДЕВОЙ ВОДЫ

1.5 Удержание дождевой воды

Вода с крыши в большинстве случаев уходит сразу в канализацию, где для ее частичной обработки требуются серьезные затраты. При этом часто появляются как экологические, так и экономические причины для того, чтобы дождевую воду отводить с помощью подходящих устройств сразу к нужному месту. С одной стороны, посредством дренажной воды обогащается грунтовая вода, с другой – сокращенное количество дождевой воды уменьшает нагрузку на канализацию. Появившаяся в январе 2002 г. расчетная рабочая таблица Немецкого объединения водного хозяйства, сточных вод и отходов А 138 определяет расчет дренажных устройств.

Многие опубликованные примеры показывают, что с помощью запланированных мер возможно разработать эффективные концепции. Наряду с дренажными устройствами кровельные озеленения относятся к наиболее подходящим инструментам последующего управления дождевыми водами.

Впитывание, сохранение и испарение дождевых вод при кровельном озеленении имеет существенное значение не только по техническим, но и по экологическим и экономическим соображениям. Эффект достаточно известен, хотя в прошлом иногда и преувеличивали предполагаемые значения и показатели.

1.5.1.1 ПРЕДПОЛАГАЕМЫЕ ЗНАЧЕНИЯ/ПОКАЗАТЕЛИ

Новейшие оценки Лизеке (2005б) показали, что предыдущая градация в зависимости от толщины конструкции, многообразия способов устройства экстенсивного озеленения является неправильной. «Особое значение имеют, прежде всего, способ строения, а также распределение частиц, используемых в качестве несущего растительного или дренажного слоя, внутренняя структура, сохраняющая воду, а также способ и интенсивность дренирования» (Лизеке, 2005б).

1.5.1.2 ОТДЕЛЬНЫЕ РАСЧЕТЫ

В таблице 4 на примерах показаны различные способы строительства. На основе опубликованных Лизеке показателей для матов и плит, а также для различных растительных субстратов, используемых в экстенсивном озеленении, можно провести соответствующие индивидуальные расчеты в зависимости от проекта.

1.6 Опыт

Приведенные выше варианты конструкции показывают, что при наружной обшивке здания, особенно на крыше, следует учитывать климатические условия, прежде всего их изменения. Выражение Хаусхофера «климат повсюду» применимо не только к нациям, но и к континентам и зависит от региональных условий, которые нужно принимать во внимание как никогда прежде.

Только тот, кто способен правильно оценить географические региональные и специфические местные требования, может правильно проектировать, выбирая и используя для этого подходящие материалы. Выбирать их в будущем, по всей вероятности, станет сложнее из-за «общих континентальных предписаний» в форме европейских стандартов.

Специалист может, однако, на основе представленных ниже воздействий на кровельные уплотнения лучше оценить специфические для определенного здания требования и в предписаниях европейских стандартов установить требования к качеству в зависимости от специфики проекта. Независимый от продукции и объективный перечень требований к кровельным уплотнениям в этом поможет.

ЛУЧШИЙ СПОСОБ УДЕРЖАНИЯ ВОДЫ

По Лизеке лучше всего на протяжении года вода удерживалась при использовании тонкослойного мата и двухслойной конструкции с растительным матом на основе однослойного субстрата в 50 % случаев.

«Однослойный способ с гидропосевом толщиной в 10 см достиг результата примерно в 40 % случаев, причем с добавлением, например, органической субстанции и увеличением доли песка достигается годовое удержание воды в 45 % случаев» (Лизеке, 2005).

ВЛИЯНИЯ ПОГОДЫ И ОКРУЖАЮЩЕЙ ПРИРОДНОЙ СРЕДЫ

Глава 2. Внешнее воздействие и процесс старения

Климат характеризуется состоянием атмосферы над определенной территорией и среднестатистическими погодными условиями. Определяющие факторы – солнечное излучение, температура, содержание водяных паров в воздухе, осадки, давление воздуха и ветер. В некоторых областях в качестве дополнительного фактора может выступать еще и изменение химического состава воздуха под воздействием загрязнения.

Вся система гидроизоляции на плоской крыше подвержена разрушающему воздействию со стороны естественного изменения погодных условий и температур. Плоская крыша подвержена на открытом воздухе дневным и сезонным колебаниям. Их средние значения и размер зависят от места расположения. На поверхности кровли образуется пограничная зона, где значения температуры и относительной влажности отклоняются от нормальных. Излучение, температура и влажность как климатические факторы оказывают значительное воздействие на процесс старения кровельных материалов, а также делают возможными повреждения, образующиеся вследствие термических и следующих за этим динамических воздействий. Известно, что на открытом пространстве фотохимическое и окислительное старение органических материалов, как это происходит с кровельными покрытиями, сильно зависит от площади поверхности облучения и ее температуры. С увеличением температуры поверхности скорость реакции старения увеличивается.

Кровельные покрытия в рамках стандартов проходят многочисленные испытания. Методы испытания и требования различаются в зависимости от материалов или структуры покрытий. Большая часть таких испытаний позволяет дать оценку поведению материалов при определенных окружающих условиях. Сюда также относится оценка поведения материала при высоких и низких температурах. Требуемая предельная низкая температура составляет почти всегда –20 ℃, что часто подходит для центральноевропейских температур воздуха. Однако при этом не учитывается, что температура поверхности кровельного покрытия может быть ниже температуры воздуха. Экстремальное значение ниже ∆Тmax до 10 ℃ значит, что температуру поверхности кровельных материалов следует рассчитывать до –30 ℃ и ниже.

Каждый застройщик по праву надеется, что используемое кровельное покрытие останется работоспособным при долго держащихся температурах окружающей среды и температурах поверхности изоляционного материала от –30 ℃ до +80 ℃ или при других обычных климатических условиях.