Столь необычным образом сформулированный заголовок объясняется просто: дело в том, что система, о которой пойдет речь, не имеет устоявшегося названия. Российским специалистам она известна как гравитационно-вакуумная, сифонно- вакуумная или гидродинамическая.
В наши дни при строительстве зданий любого профиля обойтись без такого сооружения, как водосточная система, невозможно, поскольку неправильная организация слива дождевых и талых вод в худшем случае может привести к обрушению кровли.
Благо, современные системы кровельных водостоков предлагают огромный выбор водоотводов, различающихся как по типу – наружные или внутренние водостоки здания, так и по цене, качеству, по принципу изготовления материалов и установки. Как зарубежные, так и отечественные производители предоставляют водостоки на продажу, имеющие различные диаметры сечений, каждый из которых становится оптимальным в зависимости от особенностей кровли, погодных условий и непосредственной зависимости от того, на каком находится водосток этаже и, вообще, каковы геометрические размеры системы водостоков и отливов.
Водоотвод с кровель большой площади требует высокой пропускной способности водосточных систем. При использовании традиционных самотечных водостоков увеличение гидравлической нагрузки компенсируется установкой большего числа приемных воронок, устройством дополнительных стояков и увеличением протяженности трубопроводов, в том числе в основании здания, а также увеличением диаметра приемных труб. Все это неизбежно ведет к усложнению монтажа, возрастает расход материалов, возникает необходимость в более сложных архитектурных решениях.
Проблемы терминологии
Каждый проектировщик при работе над кровлей большой площади сталкивается с проблемой организации системы отвода дождевой воды. Традиционная система водоотвода требует наличия большого внутреннего пространства и большого количества вертикальных стояков, которые ограничивают свободу проектирования особенно в тех случаях, когда внутреннее пространство здания должно быть максимально свободным.
В настоящее время на российском рынке систем водоотвода с плоских кровель имеется удачная альтернатива традиционным водостокам, успешно зарекомендовавшая себя в российских климатических условиях. Речь идет о системе, работа которой основана на принципе создания вакуумного разряжения в трубах. В публикациях и рекламных буклетах, посвященных этой теме, можно встретить три термина для ее обозначения — гравитационно-вакуумная, сифонно-вакуумная или гидродинамическая.
С чем же связаны такие серьезные разночтения? Здесь мнения специалистов расходятся. Так, по мнению Павла Максимова, представителя компании Akatherm, терминологические разночтения были заложены еще на стадии патентования: разные производители по-разному обозначили свои разработки в документации, хотя физический процесс заложен в них один и тот же у всех производителей.
По словам технического консультанта компании Geberit Михаила Соболева, «в Российской Федерации нет утвержденного на государственном уровне названия для данной системы. Но понятие «гидродинамическая» является некорректным. Все системы водоотведения, включая «традиционные», можно назвать гидродинамическими. Гидродинамика – это наука, изучающая движение жидкостей. С этой точки зрения любая система, по которой течет вода, является гидродинамической».
Немного истории
Системы водоотведения, о которых идет речь в данной статье, были разработаны в середине 1970-х гг. в скандинавских странах благодаря развитию строительства малоэтажных зданий с большими безопорными крышными пролетами (как правило, по такой конструкции возводятся большие торговые центры — «Ашан», «Икея» и др.).
В России системы начали применять в начале 1990-х гг., когда на отечественный рынок пришли иностранные строительные компании. Первыми из российских фирм новинку стала продвигать фирма «Чарус».
В настоящее время все марки, представленные на рынке, – импортные. В нашей стране нет ни соответствующих производств, ни технологий. Производство и и инженерный расчет вакуумных систем требуют высокой квалификации специалистов в области проектирования и монтажа. Каждый объект просчитывается с помощью специальных программ, причем даже при незначительном изменении геометрии системы (например, при смещении кровельной воронки на 0,5 м) ее необходимо просчитывать заново!
Основные принципы работы системы
Различают две системы дренирования (водоотвода). Классическое, прямое, дренирование характеризуется наличием большого количества вертикальных стояков, связанных с канализационными трубами. Такая система наполняется водой примерно на 70 % и выше. Вода в этом случае попадает сразу в стояки.
Основой данной системы является конструкция водоприемной воронки. Во время дождя вода начинает заполнять трубы, вытесняя из них воздух, а воронки предотвращают его попадание в стояки. Сечение и длина труб рассчитываются таким образом, что вода, стекающая на вертикальном участке, создает разряжение и засасывает воду из воронки. При небольшом количестве осадков система работает как обычный внутренний водосток, но при ливнях скорость движения воды по горизонтальным участкам водостока может достигать 12 м/с.
Если в традиционных самотечных системах для увеличения пропускной способности водостока приходится увеличивать диаметр труб, то в данном случае используются трубы меньшего сечения — диаметром 50 мм (в традиционных системах – 100-150 мм). По мере приближения к наружному выпуску диаметр труб увеличивается, падающий столб жидкости создает разряжение в системе до 800 миллибар (может создать и больше, но расчетом необходимо, чтобы было не больше) и увлекает за собой все новые порции воды с поверхности кровли. В результате даже в самый сильный ливень удается быстро удалить с поверхности крыши всю воду.
Существуют различные конструкции сифонных воронок, предназначенных для разных типов кровли. Наибольшее применение находят воронки из полипропилена, поскольку имеют ряд преимуществ – малый вес, долговечность. Благодаря им сифонная система славится тем, что она очень легкая. Так, в системах Geberit и Akatherm используются преимущественно полипропиленовые воронки (в ассортименте Geberit есть также медные и алюминиевые воронки, но они рекомендуются производителем только для установки в лотках). Но есть и другие варианты. Например, компания Sita предлагает также воронки из полиуретана, специальные чугунные (пожаробезопасные, для зданий спецназначения) и алюминиевые (пожаробезопасные, для эксплуатируемых кровель с большими нагрузками) воронки, а компания Kessel – в числе прочих — комбинированную воронку из чугуна и пластмассы.
Почему это выгодно
Рассматриваемая система дренирования позволяет организовать водоотвод с крыши здания при меньших затратах, поскольку требует меньшего количества стояков. «Цена вопроса» при организации водоотвода с кровель больших площадей может достигать 15-20 %.
Классическая система водоотвода, основанная на принципе самотечного стока воды в обширную канализационную систему, имеет ряд недостатков:
• Большие диаметры труб.
• Большое количество стояков.
• В результате того, что трубы заполняются водой частично, требуется организация уклона горизонтальных участков водостока.
• Каждый стояк подводится к отводному коллектору.
• Разветвленный коллектор в основании здания, что требует при строительстве проведения обширных земляных работ и установки ревизионных шахт.
На этом фоне становятся очевидны преимущества рассматриваемой системы водоотвода:
• Система собирает дождевые воды прямо под конструкцией кровли и быстро отводит с помощью небольшого количества стояков в центральный коллектор.
• Благодаря полному заполнению труб водой не требуется уклон горизонтальных участков.
• Небольшие диаметры труб и малое количество стояков (возможно устройство одного стояка для кровель площадью до 5 000 м2).
• Минимальные затраты на устройство центрального коллектора и земляные работы. Отсутствие жесткой привязки к размещению выпусков в наружные коллекторы позволяет оптимизировать устройство наружных сетей.
• Разрежение, создаваемое в трубах, гарантирует высокую скорость потока, необходимую для самоочищения. Более того, полиэтилен не позволяет твердым частицам осаждаться на стенках трубопроводов, что делает риск засорения минимальным.
В европейских странах рассматриваемая система рекомендована к применению при площади кровли более 3000 м2 (крупные торговые центры, промышленные здания, аэропорты и т.д.), но применяется и на менее крупных объектах.
Нормативная база: проблемы и решения
Несмотря на то, что в России рассматриваемые системы появились лет 20 назад, их применение до сих пор ограничено отсутствием соответствующих нормативных документов.
В России нет норм, регламентирующих проектирование, монтаж и эксплуатацию таких систем. СНиП 2.04.01-85* «Внутренний водопровод и канализация зданий» содержит регламенты только для традиционных систем внутреннего водостока. Поэтому многие компании в своей работе опираются на европейские нормативные документы. Например, в апреле 2000 г. Союз немецких инженеров (VDI-Gesellschaft Technische Gebaudeausrustung) разработал рекомендации VDI 3806 «Ливневая канализация крыш с сифонной системой», которые обобщают накопленный специалистами стран ЕС опыт (в Скандинавии такие системы применяются уже около 40 лет, в Германии – около 30 лет). При разработке рекомендаций VDI 3806 были использованы положения и регламенты более 40 европейских стандартов и рекомендаций по проектированию, расчету, монтажу и эксплуатации подобных систем.
По словам директора по сбыту в России и СНГ компании Sita Bauelemente GmbH Вячеслава Зайцева, в России нет метеокарт с указанием максимально возможных осадков в регионах. Те, что есть, были разработаны еще в советское время и с тех пор устарели. Но состояние климата на Земле меняется, увеличивается количество осадков (для большинства регионов России прогноз дает рост осадков на 10-30 %*). Поэтому иногда заказчикам приходится запрашивать региональные метеоцентры.
Сергей Якушин, официальный представитель компании Hutterer & Lechner GmbH в России
К сожалению, часто заказчик получает неполную информацию о применении гравитационно-вакуумной системы водоотведения. В VDI 3806 сформулированы 13 основных (базисных) принципов проектирования таких систем, и 4 из них посвящены расчету и организации так называемых аварийных водосливов. В Европе расчет количества дождевых вод, выпадающих на кровлю здания, ведется по q5, а также учитывается норма осадков для дождя, который бывает раз в столетие. Например, для Австрии q5 = 300 л/с, q0,01 (для столетнего дождя) = 600 л/с. На разницу этих величин и рассчитываются аварийные водосливы! Наш СНиП разрешает сбрасывать воду с кровли открыто на фасад только для зданий не выше двух этажей. Следовательно, для зданий выше двух этажей необходимо проектировать дополнительную (аварийную) систему внутреннего водостока. То есть вместо одной системы надо проектировать две, а это экономически не оправдано! При обсуждении гравитационно-вакуумных систем А.Я. Добромыслов высказывал мнение, что предусматривать аварийные водостоки надо обязательно*.
Допустим, что по какой-либо причине (ошибка проектирования, монтажа или засор воронки) водосточная система не работает в вакуумном режиме. Следовательно, она не может отвести всю попадающую на кровлю воду. Поэтому необходимо делать расчет: какое количество воды может принять вакуумная система в гравитационном режиме, а аварийный водосброс рассчитывать на разницу между количеством воды, выпадающей на кровлю, и количеством воды, которую может отвести вакуумная система в гравитационном режиме. К величайшему прискорбию, А.Я. Добромыслова нет с нами уже два года, но в подтверждение его рассуждений можно привести такой трагический пример: осенью 2008 г. в Болгарии обрушилась кровля здания, на которой была спроектирована вакуумная система. Причина трагедии – ошибка монтажа (отказ от выполнения аварийного водослива), неправильная эксплуатация (часть воронок засорилась падающей листвой).
Всегда приводит к печальным последствиям желание заказчика сэкономить на:
• материалах (например, использовать более дешевые, но некачественные трубы или заменить воронки с электроподогревом для вакуумной системы на обычные и другого производителя, что в корне меняет гидравлику всей системы);
• монтаже (вместо специалистов по монтажу вакуумных систем использовать гастарбайтеров);
• обслуживании вакуумной системы специализированной фирмой.* Имеется в виду статья канд. техн. наук, руководителя Учебно-методического центра по подготовке специалистов в области пластмассовых трубопроводных систем МИПК МГТУ им. Н.Э. Баумана А.Я. Добромыслова «Еще раз о гравитационно-вакуумных системах внутренних водостоков зданий», опубликованная в журнале «Сантехника» (№1 / 2004).
«Нераскрученный» рынок?
По мнению Павла Максимова, система уже широко известна крупным проектным организациям, и все новые крупные объекты оснащаются по этой технологии (особенно, если строительство ведут европейские застройщики), так как заказчики видят здесь для себя экономическую выгоду. Только проектировщики «старой закалки», в связи с тем, что в России нет нормативной базы, боятся ее применять.
На взгляд Вячеслава Зайцева, представителя компании Sita «в России система достаточно известна специалистам в этой области, но некоторые эксплуатирующие организации и собственники относятся к ней с опаской». Кроме того, не всегда кровельные компании готовы отдавать подряд на организацию водоотвода сторонней организации. Ситуация неплохая в крупных городах, но в регионах очень трудно пробить косность проектировщиков и заказчиков.
В настоящее время на рынке доминируют «раскрученные» производители – Geberit и Akatherm, которые вышли на него первыми. Однако хорошие перспективы есть у всех — все зависит от стратегии продвижения системы.
Павел Максимов, представитель компании Akatherm
С крупными ошибками, которые могли бы привести к обрушению кровли, я не встречался — расчеты и монтаж производят люди грамотные. Конечно, я встречал на различных объектах, где установлены подобные системы, небольшие недочеты, но они не сказываются на общей эффективности и безопасности работы системы.
Часто приходится сталкиваться с мнением, что сифонно- вакуумная система создает дополнительную нагрузку на несущие конструкции. Однако легко подсчитать, чтобы убедиться в ошибочности такого мнения: распределенная нагрузка на кровлю при работе системы в сифонном режиме (полное заполнение трубопроводов) с учетом веса подвесных конструкций составляет 0,8–1,2 кг на 1 м2 (это среднее значение, так как данная величина сильно варьируется в зависимости от типа и конфигурации кровли). Сравнивая со снеговой нагрузкой, которая в некоторых регионах может достигать 500 кг на 1 м2, мы видим, что эта величина не оказывает сильного влияния на проектные решения.
На этапе проектирования здания нет необходимости учитывать нагрузку от системы сифонно-вакуумного дренажа при условии ее использования.
Статья подготовлена по материалам компаний: представительства Akatherm International BV, Sita Bauelemente GmbH, Hutterer & Lechner GmbH, Kessel GmbH