ТЕПЛОПЕРЕДАЧА В СТРОИТЕЛЬСТВЕ

Бесчердачные покрытия

погоду, при. —2° на покрытии начинается подтаивание снега*

Если слой его незначителен и не способен впитать в себя всю талую

воду, то она медленно сползает по покрытию и, вступив в его область над наружными стенами и карнизами, замерзает в силу отсутствия

здесь подогрева снизу. Замерзающая масса задерживает дальнейший

поток, и намерзание быстро растет, покрывает всю над - карнизную часть, сползает вниз в виде сосулей и ледяных по­лос (рнс. 69), а затем, обру­шиваясь время от времени вниз, портит при этом кром­ки кровельного ковра (не го­воря уже о других неудоб­

ствах этого явления).

Чтобы предотвратить по­

явление наледий, следует, оче­видно, выбрать коэфициент к покрытия так, чтобы при указанной наружной темпера­туре не было на нем под­

таивания, т. е. температура его наружной поверхности должна быть ниже 0°. Из уравнения

стационарного режима:

a Ct — f) = k(T—T)

ы ы н/ '•В и'

(см. часть I, глава 1) имеем

“““ =•--.............................. -............................. 1 а,<*и—Т„)

Рис. 69. Тв — Тв •

Формула показывает, что с увеличением коэфициента к растет и температура t наружной поверхности; приняв ее в максимально допу-

30

стимой величине /„ = 0°, имеем при Тл — — 2° и *„= 15: &Ш(Д = - р _|_2 •

Это и есть предельный коэфициент km! iX „по наледям*[100] для голого покрытия, причем падающий на него снег находится на границе таяния. Такой случай наиболее подходил бы для горячих цехов с температурой под покрытием в 40—50°их покрытия обычно лишены снега. Однако они мало подвержены наледям, так как при падении на них снега

талая вода ог него настолько подогревается при движении по покрытию,

что не замерзает и на карнизах.

Более подвержены наледям теплые цеха с температурой вверху

около 30°'. Но лля них надо' уже учитывать наличие на покрытиях такого тонкого слоя снега, который не может впитывать в себя всю талую воду и этим задержать ее сползание вниз. Примем толщину такого слоя в 2 см при коэфицненте Х — 0,5; тогда в предыдущей формуле коэфициеит аи надо заменить выра­жением:

1

10,

0,5

и мы получим формулу:

20 Г,+2 ’

Какой порядок величин дают обе приведенные формулы? Для

теплых цехов, положив Гв=30°, получим %1ПХ —=0,63, а 'для нормаль­ных при Т = - j - 20° имеем k = 0,9. Делая обычные запасы около 10—20%, можем принять для теплых цехов к = 0,50—0,6, а для нор­мальных к = 0,7—0,8.

Между тем по обычному расчету с формулой (/гтм) по поверх­ностному конденсату мы получаем часто • гораздо большие величины (иногда раза в полтора), и проектировщик естественно стремится к тому же по мотивам удешевления постройки.

Таким образом только горячие цеха допускают очень большое облегчение покрытий над ними; все другие — по крайней мере при господствующем у нас наружном водоотводе — должны иметь покрытия типа теплых и полутеплых-. Отрицательное влияние холодных карнизов промзданий с наружным водоотводом могло бы быть устранено при­менением пустотелых обогреваемых карнизов (рис. 70), тем более, если в них прокладывать трубы отопительной сети. Но это, конечно, значительно усложняет конструкцию.

5. При внутреннем водоотводе соображения о наледях естественно не имеют места. Напротив в некоторых частях таких покрытий, а именно в межфонарных ендовах и лотках, представляется желательным возможно более обеспечить таяние снега, чтобы устранить или уменьшить завалы снега между фонарями (рис. 71) и затемнение последних, затем ручную очистку его, связанную с большими расходами, а главное с поврежде­ниями кровельного ковра и фонарей. Для таких частей покрытия следует принимать к = Атвх; последнее же — по формуле (Дпйх) часть 1, глава 1; иначе говоря, здесь приходится не делать запасов против слу­чайного появления конденсата в дни сильнейших морозов. Практически

для данных частей покрытия этот запас все же получается в виде слоя снега, а для узких лотков — еще в виде некоторого прогрева лотка соседними более теплыми участками покрытия. Но принимая такую величину для к, надо еще удостовериться, будет ли она обеспечи­вать таяние снега в лотке и в достаточном ли количестве. Приве­дем пример простейшего расчета этого рода.

Пусть имеем покрытие ен - '"~7! довы (рис. 72) с коэфициен - том k. Рассчитаем процесс тая­ния снега для средней январ­ской температуры Т и при

' і [101]

г среднем допускаемом слое сне-

! г. а в ендове ес (с коэфициен-

том ).с). По формуле (6) < части I, главы 1 найдем темпе­

ратуру л: на поверхности по­крытия (под снегом) при усло - ; J вии, что снег не тает и не

" j поглощает теплоту плавления,

‘' а является лишь затеплителем:

К (Гв-г„)

k,

где

1 , ег

T + IZ

k0--

По знаку полученной для. V величины увидим, будет ли вообще происходить таяние.

По вопросу о темпе растаивания (в калориях на 1 м - кровли в 1 час) имеем уравнение:

<7='М7в—°)—■кЛгь—х)=V» .

(разность реального расхода тепло­ты и воображаемого при наличии нетающего снежного покрова); что­бы перевести это на Q кг снега на

1 м - в месяц, имеем: / і

J£/

9-24-30 80 ’

где SO ккал— скрытая теплота плав­ления снега. Остается сопоставить

найденную величину с метеорологическими данными о среднем месячном

выпадении снега на 1 м'1 ендовы, и мы получим ориентировочное решение вопроса о соответствии действия лотка с потребностями.

По исследованиям ЦНИПС (инж. А. Ф. Николаев) метеорологи­ческие данные этого рода сводятся к следующему.

. • В нижеследующей таблице даны осадки в ряде пунктов Союза за январь на свободной поверхности почвы.

Количество осадков в кг/м-, выпадающее в среднем за январь

О са

с а

о

О С-

, К І4

<и о ^ с:

На покрытиях промпредпрнятий снеговые осадки составляют обычно не выше 77% от веса их на свободной почве (коэфициеит снегоза - носимости с= 0,77). Приняв это за среднюю нагрузку на покрытие, иМеем в процентах от нее следующие нагрузки на разные части про­филя промзданий, показанные на графиках за № 73, 74 и 75 для направления ветра слева.

Эти данные вполне достаточны для ориентировочного расчета снеготаяния в ендовах и лотках. |

14 Зак. Ї6(і. 13. Д. МачішскпД.

Соответственно высокому коэфициенту k лотковая часть покрытия делается обычно железобетонной с небольшой шлаковой и шлако­бетонной изоляцией под рубероидным ковром (обычно тройным). Так как эти части покрытия имеют обычно небольшой уклон к внутренним водостокам (около 1%), то для его образования приходится утолщать некоторые слон конструкции над железобетонной плитой. Лучше всего делать для этого особые наметы тощего бетона (1:3:5—1:4:6) не­посредственно по железобетонной плите, слон же шлака и шлакобетона делать всюду одинаковыми по толщине для большего однообразия теплопроводных свойств лотка.

Следует однако заметить, что в цехах с нормальной (невысокой) температурой в климатических условиях второго и тем более первого поясов Союза часто не удается обойтись без очистки крыш от снега,

по крайней мере в случаях больших метелей и снегопадов, так что вышеуказанные меры лишь доводят до возможного минимума потреб­ность в этих тягостных операциях. В суровых климатических условиях бывает целесообразно на покрытиях большой площади уменьшать ручной труд очистки и связанные с этим повреждения покрытий путем устройства' специальных снеготаялок; обычно это — цилиндрические железобетонные шахты диаметром 0,7—1,<) м, спускающиеся от уровня покрытия вниз (в цех) в пунктах при колоннах. В этих шахтах монти­руется спиральный паровой змеевик'с отводом талой воды и конден­сата в ливневую канализацию, сверху делается съемная решетка и затем глухая крышка двойная деревянная или изолированная металли­ческая. Самая шахта также слегка изолируется со стороны помещения [102]— например шлакобетоном в несколько сантиметров с жирной цементной оштукатуркой как по поверхности железобетона, так и по шлако­бетону; первые две служат в качестве гидроизоляции для шлакобетона, а последняя — в качестве пароизоляции для него же со стороны поме­щения. Снеготаялки располагаются по покрытию на взаимных рас­стояниях около 30—50 .и и на таком же расстоянии от периметра покрытия, где часть снега легко сбрасывается вниз вручную. По ендовам прокладываются дорожки из деревянных решеток для предо­хранения покрытия и особенно лотков, а через фонари—■ стремянки. Расчет снеготаялок — см. часть IV, главу 3.

Покрытия над фонарями должны иметь коэфициеит k несколько пониженным для того, чтобы не было излишнего охлаждения от них в выходящем снизу воздухе при аэрации цеха, что могло бы повести к опрокидыванию тяги и возврату части этого испорченного воздуха в цех.

Кроме того как в этих покрытиях, так и в рядовых при внутренних водостоках желательно снижение коэфициента к в интересах положи­тельного теплоизлучения этими покрытиями в рабочую зону, каковая даже в горячих цехах часто страдает от низких температур. По всем этим соображениям и эти покрытия обычно делаются с коэфициентами, не отличающимися существенно от тех, которые выяснены выше для покрытий с наружным водоотводом. Но само собою разумеется, что при отсутствии указанных мотивов (сохранение аэрационной тяги, ценность излучения вниз) коэфициенты к рядовых покрытий с внутрен­ними водостоками должны устанавливаться на основе лишь обычного расчета по формуле (&пшх) и соображений о желательности сохранения теплоты в цехе.

6. Теплоустойчивость покрытий имеет большое значение лишь в отношении инсоляции, главным образом в условиях, третьего і и четвертого климатических поясов. По формулам части Г,' главы 5 j можно рассчитать температуры и теплопотокн через ограждение вниз, ■ если известны колебания температур наружной поверхности. Это важно как для расчетов охлаждающей вентиляции, так и для теплотехниче-^ ского нормирования самых покрытий. Необходимые для этих расчетов данные о колебаниях температур на наружных поверхностях у нас почти отсутствуют. Для Германии Каммерер („Die konstruktiven Grund* lagen“...) дает следующие данные наблюдений:

Превышение температуры над воздуш­ной в иС Род поверхности

Плоские покрытия........................................... 35,6..................... Рулонная

Наклонные крыши на восток-запад. . 39,8 Гонт + карболинеум

„ , „юг............................. 35,3................... Черепица

Миться к меньшему отношению, чеМ имеет южнай стена в 1’/2 кйфпйчй, А

т. е. ~ — 0,05. При расчете по формуле (О) на стр. 189 это даст

Н

нам для железобетонных покрытий обычного типа коэфицненты k значительно ниже 1,0 (обычно 0,6—0,7), и таким образом тяжелые летние условия возмещают здесь то,- что выигрывается от мягкой зимы. Только при наличии правильно устроенной аэрации можно не итти далеко в понижении коэфициента k покрытия [103].

9. Воздухопроницаемость бесчердачных покрытий крайне ничтожна и потому не имеет практического значення.

Паропроницаемость и опасность внутреннего конденсата имеют напротив для этого ограждения большее значение, чем для какого-либо другого, в силу вынужденной пароизоляцни по наружной поверхности и отчасти еще потому, что верхний воздух в цехах пром - зданий имеет повышенную температуру, а иногда и повышенную влаж­ность сравнительно с нижней зоной. Наконец температурный напор под покрытием также усиливает в какой-то мере поступление в него водяных паров и опасность внутреннего конденсата.

В части I, главе 3 уже даны основные установки в борьбе с этой опасностью; добавим лишь ряд замечаний практического характера.

Железобетонное плоское покрытие обычного типа (т. е. со шлако­вой изоляцией, коркой и кровельным ковром) может не иметь ни паро - изоляции, ни продухов только в сухих цехах с влажностью воздуха не свыше 6—7 г/лг8. Но так как при этом все же неизбежно скопле­ние в них конденсата, то представляет опасность, если не количество этого скопления за одни зимний. сезон, то возможность при заданных условиях полного испарения зимних скоплений в летний сезон, чтобы избежать постепенного нарастания скоплений из года в год. Это испа­рение происходит главным образом под влиянием инсоляции. Приведен­ные выше данные о колебании при этом температур поверхности покрытия, если они умножатся у пас соответственно разнообразию климатических условий, могут быть использованы для определения температур и упругости водяных паров в засыпке и корке покрытия[104]. Таким образом определится перепад упругостей водяных паров от этих слоев к воздуху помещения, и станет возможным расчет испарения за суммарный период инсоляции (определяемый по климатологическим таблицам).

Рассчитанное количество должно быть сопоставлено с тем, что получится о г расчета конденсата за зимний период (отопительный сезон) с его средней наружной температурой. Ясно, что первый итог

не должен быть значительно менее второго. В качестве запасов этого расчета (к сожалению очень грубого по ранее выясненным причинам, см. часть I, главу 3) может служить наличие периодов перерыва произ­водства (например пустая смена ежедневно, праздничные перерывы, летний простой для ремонта и т. п.), когда покрытие явнр отдыхает: зимой — в силу пониженного влагосодержания внутреннего воздуха, летом — в силу пониженной его температуры и следовательно упругости водяных паров.

10. При цехах со значительной влажностью (более 6—7 г/л/8) такой расчет для условий второй и первой климатических полос часто приво­дит к несведению годичного баланса влаги в покрытии, и указанные конструкции без пароизоляцни и без продухов становятся рискован­ными х. Возникает следовательно вопрос о введении в конструкцию пароизоляцни ее снизу (не ниже верха железобетонной плиты) и про­духов наружу из ее рыхлого термоизоляционного слоя.

Вполне понятно, что эти две меры взаимно связаны между собой. При наличии одной лишь пароизоляцни мы получили бы конструкцию третьего типа части I, главы 3 со всеми теми дефектами, о которых там было сказано; они умеряются здесь лишь отсутствием опасности ■ загнивания. При наличии же одних лишь продухов мы имели бы большой поток водяных паров через конструкцию (усиленный продухами), при­чем часть паров все же оседала бы в виде конденсата на холодных верхних элементах конструкции.

Но применение обеих этих мер очень неудобно, особенно устройство продухов, которое сильно осложняет железобетонную конструкцию. Поэтому часто ограничиваются одной лишь пароизоляцией в виде слоя толя или пергамина на клебемассе над железобетонной плитой. Это явно нарушает указанные выше принципы проектирования и обходится относительно благополучно лишь при сведении указанного баланса влаги за счет запасов в виде „отдыхов" покрытия — и все же с ущер­бом в виде усиленной теплопотерн покрытия,—обычно не замечае­мой, пока она не приводит к поверхностному конденсату на нем. Следовательно это не выход из положения, а суррогат его, всегда связанный с риском неудачи. При еще больших влажностях воздуха в' иехе эта неудача неизбежна [105].

Здесь наиболее уместны, как выяснено выше, конструкции со сплошь паронепроницаемой термоизоляцией, в которых лишь ввиду слабости обычных у нас органических гудронированных термоизоляцион­ных плит приходится давать сверху защитный слой шлака, затем корку

под кровельный ковер >. При пенобетоне можно обойтись одной лишь выравнивающей бетонной смазкой.

11. Для плоских крыш, рассчитанных на ходьбу по ним сплош­ной толпы людей, будет целесообразна та же конструкция с гудрони­рованными плитами торфолеума или пенобетона, причем, как сказано, при первом материале нужна нетолстая шлаковая распределительная подсыпка (5—7 см), по которой будет положена обычная бетон­ная котка (3—4 см) и рубероидный ковер, а далее по дренажному слою гравия — настил из плит или асфальта с его обычной подготовкой. Расчетная нагрузка даже в 1 ООО кг па 1 м'2 крыши дает нагрузку на 1 см2 торфолеума всего около 0,1 кг, тогда как он прессуется при производстве с нагрузкой до 4 кг на 1 см'2, и лишь обычная торфо­плита имеет гораздо меньшее временное сопротивление.

Деревянные плоские покрытия плотных конструкций, как деревоплига или балочные конструкции с термоизоляцией по подшпг. ке илн накату без сплошного воздушного прослойка над ними под верх­ними настилами и кровельным ковром, могут не иметь ни пароизоля - ций, ни продухов только в сухих цехах с влагосодержанием воздуха не выше С—7 г/м9, как это показали обследования ЦНИПС в отноше­нии деревоплиты. Но уже при наличии в балочных системах замкну­того воздушного прослойка над термоизоляцией создает - опасность отсырения верхних настилов: воздушные прослойки в отличие от всех других слоев имеют ту особенность, что выделяют конденсат всецело на одну поверхность (ближайшего верхнего настила) — вместо более дисперсного распределения его во всяком ином слое — и тем создают местное переувлажнение древесины, что, как известно, очень опасно в отношении грибка'3. Поэтому такие конструкции допустимы лишь в особенно сухих помещениях с влагосодержанием ниже 6 г/м9. Эго не относится к тем конструкциям, в которых воздушная полость рас­положена в нижней Части (например между тонкой подшивкой и на­катом), поскольку здесь температура выше точки росы внутреннего воздуха, если влажность последнего не высока.

При повышении заданной влажности воздуха —а именно выше 7 г/ж3 для плотных конструкций и начиная с 6 г/м9 для пустотелых с верхними пустотами — эти конструкции должны иметь пароизоляцию и одновременно вентиляцию своих холодных внутренних полостей посредством продухов.

Эту связь (между введением пароизоляции снизу и продухов из верхней части конструкции) надо понимать не только в указанном выше смысле, но и в соотношении величин: чем сильнее пароизоляция, тем меньше может быть вентиляция продухами и наоборот. Причини этого вполне понятны; только если думать о пределе этих соотноше - ний. когда пароизоляцни абсолютно совершенна, то для решения во­проса о продухах не следует забывать о первоначальной построечной влаге, которая была бы этим совершенно герметизирована и дала бы нам отмеченную в части I, главе 3 «блуждающую» влагу с опасно­стями периодических местных переувлажнений и загнивания; так что вентиляция все же нужна, хотя и очень небольшая. Если же предста­вить себе полное или почти полное отсутствие построечной влаги, как это имеет место при заполнении конструкции гудронированными слоями на горячем гудроне, то и указанный предел будет приемлемым.

12. Продухи для вентиляции деревянных покрытий бывают, как известно, двух типов: открытые (с открытыми устьями) и так назы­ваемые (не совсем правильно) диффузионные, т. е. такие, у которых устья засыпаны крупнозернистым материалом шлака, гравия и т. п. для па­рализования опасной в пожарном отношении тяги в пустотах покрытия.

По наблюдениям ЦНИПС продухи этого последнего типа оказы­ваются иногда недостаточно эффективными, их осушающее действие распространяется лишь на участки покрытия, близкие к устьям про­духов, вдали же от них наблюдается отсырение в стенках воздушного прослойка. Согласно вышеуказанному, продухи с приглушенными усть­ями уместны лишь при наличии сильной пароизоляцни снизу (мно - горядный ковер).

Но и всякое устройство продухов сопряжено с большими неудоб­ствами и даже опасностями; усложняется вся конструкция покрытия, причем не всегда тщательно укрываются продухи от осадков, особенно от косых бурных дождей, еще хуже — от сухой метели и наконец от высоких сугробов, так что создается опасность проникания в продухи наружной влаги.

Система сплошь паронепроницаемой термоизоляции позволяет, как выяснено выше, обходиться в деревянных конструкциях без продухов. При балочной конструкции по нетолстой подшивке, дающей перепад температур меньший, чем Тв — G [см. формулу (Ашах)], наносятся на горячем гудроне по слою пергамина слои предварительно гудрониро­ванных плит пароизоляцни вплотную под настилы (рабочий и защит­ный), лежащие по верхнему канту балок. Если высота балок велика сравнительно с необходимой по расчету толщиной термоизоляции, то остаток высоты в верхней части балок заполняется мелким шла­ком или каким-либо иным легким балластом.

13. Бесчердачное покрытие без пароизоляцни снизу и без вентилируемых прослойков будет прекрасно служить для холодильных сооружений, работающих только в теплый период года (ледники, льдохранилища и т. п.). Но для холодильников, работающих и летом и зимой, оно будет неприемлемо из-за зимнего периода — кроме разве лишь морозилок (с—15,—25е), в которых н зимою почти нет обратного температурного перепада. Поэтому для холодильников постоянного действия мы вновь приходим к конструк­циям плоских покрытий с паронепроницаемой термоизоляцией. Это же относится к ледникам-подвалам, отчасти к овощехранилищам (поскольку последние работают часть лета).

Наиболее тяжелые условия в отношении борьбы с внутренним конденсатом получаются в плоских крышах помещений под дворами и проездами ’. Здесь при больших сосредоточенных нагрузках, притом часто ударных (грузовики), указанный выше тип конструкции должен иметь над термоизоляционным, сплошь гудронированным слоем двой­ной рубероид и довольно толстый защитный шлакобетонный слой по строительно-механическому расчету на разгрузку давления до вели­чины, допустимой для изоляционной массы, затем также довольно толстую бетонную корку, преимущественно армированную, и наконец слои асфальта. Само собой разумеется, что для термоизоляции здесь подойдут лишь более прочные ее виды — пенобетон или сильно прес­сованный торфолеум, но не простая торфоплита.