На страницах журнала «Кровли» уже обсуждалась молниезащита кровли (в № 3 за 2010 г.). Среди прочего там была отмечена недостаточная четкость нормирования такой молниезащиты. Два до сих пор действующих национальных норматива «Инструкция по устройству молниезащиты зданий и сооружений РД 34.21.122-87» и «Инструкция по устройству молниезащиты зданий, сооружений и промышленных коммуникаций СО-153-34.21.122-2003» допускают достаточно серьезные разночтения, касающиеся как установки молниеотводов, так и использования металлической кровли в качестве молниеприемников.
Число проблем возрастет еще больше, если коснуться защиты от молнии оборудования, которое нередко монтируется на крышах общественных и офисных зданий. Чаще всего речь идет об антенных системах, агрегатах вентиляции и климат-контроля. Иногда встречаются и совсем одиозные проекты вроде устройства художественных деревянных студий высотой до 6 м на крыше 150-метрового высотного здания из монолитного железобетона. Попробуйте найти хоть какие-то предписания в отношении их защиты в действующих нормативах. В Инструкции СО-154-34.21.122-2003 на этот счет нет ни единого слова, а нормативный документ РД 34.21.122-87 ограничивается кратким предписанием об обязательном присоединении к молниеприемной сетке всех выступающих над крышей металлических элементов и об оснащении дополнительными молниеприемниками неметаллических элементов. Холодильный агрегат безусловно попадает в категорию металлических элементов, антенна мобильной связи тоже. Значит, их можно не защищать от прямых ударов молнии? Вряд ли стоит руководствоваться столь неосмотрительным советом норматива. Разумнее обратиться к заводу-изготовителю или к монтажной организации, чтобы выяснить возможность использования корпуса агрегата в качестве молниеприемника. При официальном положительном ответе действительно можно ограничиться надежным заземлением. Правда, надежда на столь благоприятную ситуацию не слишком велика. Чаще приходится думать об устройстве молниеотводов. Здесь перед проектировщиком неожиданно возникает совсем непростая задача – от какого уровня отсчитывать высоты молниеотвода и защищаемого оборудования, от крыши или от поверхности земли? Задача эта вовсе не схоластическая. Для надежной защиты молниеотвод обязательно должен возвышаться над защищаемым объектом. Величина этого превышения Δh исчисляется в отечественных нормативах, исходя из высоты молниеотвода hМ. Например, по Инструкции СО-153-34.21.122-2003 при надежности защиты 0,99 Δh = 0,2hМ. Теперь представьте себе молниеотвод и объект на крыше 100-метрового здания. Если отсчитывать высоту молниеотвода от уровня земли, его превышение для защиты любого, даже самого маленького элемента на крыше никак не может быть меньше 25 м, поскольку 125 – 100 = 0,2×125. Соблазнительно уподобить просторную крышу поверхности земли, а само здание рассматривать как выступающую геологическую структуру, например, холм или гору. Тогда высота молниеотвода окажется несопоставимо меньше. Вряд ли она превысит несколько метров. Остается решить, как правильно. В отечественных нормативах на этот счет нет четкого ответа, что заставляет проектировщиков всегда вести отсчет от уровня земли. В стандарте 62305 МЭК решение сугубо противоположное. Оно наглядно демонстрируется следующим рисунком. Для объектов на земле высота молниеотвода h2 складывается из высоты объекта h и высоты молниеприемника на крыше h1, и потому защитный угол α2, определяющий зону защиты (штриховая линия), получается относительно небольшим. Для объектов на крыше высота здания во внимание не принимается, что приводит к большому защитному углу α1 и, соответственно, к широкой зоне защиты.
Жаль только, что в стандарте МЭК нет никаких физических аргументов в пользу такого решения, а принимать его на веру не хочется. Напрашивается вопрос: «А что, если площадь крыши очень маленькая?» Дело можно легко довести до абсурда, положив, например, что она не больше площади агрегата, который там установлен, а то и не больше сечения самого молниеприемника. Тогда уж отсчет высоты обязательно придется вести от уровня земли. Значит, размеры крыши имеют значение. Очень большая по площади, особенно с молниеотводами, размещенными далеко от центра, скорее всего может рассматриваться как поверхность земли, а маленькая, с молниеотводами у края, вряд ли. Для сколько-нибудь разумной оценки, безусловно, требуется физический показатель, тесно связанный с электрическим полем атмосферы в грозовой обстановке. Надо сказать, специалисты уже проделали необходимую работу. Они обратили внимание на то, что молнию принимает на себя плазменный канал, который формируется ей навстречу от вершины молниеотвода. Его называют встречным лидером. Старту встречного лидера предшествует корона – достаточно слабая ионизация воздуха у самой вершины. Ток короны и все последующие события очень сильно зависят от геометрии заземленных сооружений, в том числе от их высоты и радиуса. Поэтому он вполне годится для классификации крыш. Взгляните, расположенный ниже рисунок показывает, как нарастает ток короны во время созревания грозового облака. Две красные кривые характеризуют стоящие на земле молниеотводы высотой 30 и 10 м, а черные кривые – тот же 10-метровый молниеотвод, смонтированный на крыше цилиндрического здания высотой 20 м. В итоге вершина молниеотвода снова располагается на высоте 30 м. Легко видеть, что в зависимости от радиуса здания R молниеотвод ведет себя либо как 30-метровый (при малых R), либокак 10-метровый (при больших R).
Получается, что в споре российских нормативов со стандартом МЭК нет абсолютно правых и виновных. Надо обязательно учитывать габаритные размеры крыши, а этого, к сожалению, нет нигде, хотя научная основа для такого учета подготовлена. Дело за директивными органами. Требовательный читатель вправе спросить, что же делать сегодня. Предпочтительнее все же опираться на российские нормативы, потому что они в данной ситуации гарантируют запас по надежности. А чтобы не проектировать молниеотводы неоправданно большой высоты, вместо одиночных стержней полезно использовать многократные молниеотводы или замкнутые тросовые, охватывающие защищаемый агрегат на крыше. Фотография воспроизводит защиту вентиляционного оборудования на крыше одного из зданий фирмы DEHN + SOHNE.
Из разнообразной номенклатуры стержневых молниеотводов собственного выпуска ее инженеры выбрали молниеприемники очень умеренной высоты, а высокую надежность защиты обеспечили коллективным действием сразу нескольких молниеотводов.
Эдуард БАЗЕЛЯН, д.т.н., зав. лабораторией молниезащиты ЭНИН им. Г. М. Кржижановского