Как устроена крыша? Крыша - сложная архитектурная конструкция, поэтому любые конструктивные ошибки, нарушения технологии, неправильное сочетание кровельных материалов приводят к разнообразным последствиям. Какие-то последствия могут проявляться сразу, уже на этапе возведения, какие-то уже на стадии эксплуатации. Причем проявляться далеко не сразу. Механизм "запуска проблем" может быть кумулятивным - проблемы накапливаются, после чего переходят из количественного состояния в качественное (скажем из состояния крыши здания в груду обломков), может быть периодичным, например сезонным, может запускаться каким-либо одним фактором, например сезонным или эксплуатационным. Рассмотрим сочетание внутренних эксплуатационных и природных факторов, негативно влияющих на эксплуатацию крыши. Дано: традиционное кровельное покрытие (кровельный "пирог") следующей структуры:
- внутренняя черновая отделка помещения под кровлей
- утеплитель, препятствующий температурным колебаниям
- кровельный материал защищающий от неблагоприятных факторов внешней среды
Использованы качественные материалы, в рамках описанной структуры кровельного пирога качественно положенные. Кровля покрывает современное здание.
Имеем: в помещении влажность, которой некуда деться - стены слабо пропускают вляжность, окна заменены на современные стеклопакеты. Вентиляция помещения нарушена или недостаточна. Пар через слой отделки проникают в утеплитель, увлажняет его, утеплитель теряет свои теплоизоляционные качества. Водяной пар, попадая в зону перепада температур, конденсируется внутри утеплителя или на внутренней поверхности кровельного материала, выпадает дождем (росой) в утеплитель, а через него и отделку - в помещение. В процессе прохождения пара и конденсакта через конструкцию "туда и обратно" обильно увлажняется стропильная система и обрешетка. При этом она находится на температурном рубеже даже в сильные холода. Полная иллюзия - крыша протекает. Правдя, без дождя. Потом гниение и плесень разрушат несущие стропильные конструкции и крыша перестанет "плакать". Правда, предварительно разрушившись.
Особенности конструкции такого пирога в изобилии предусматривают наличие "мостиков холода" - деталей конструкции, которые соприкасаются одновременно с холодным и теплым воздухом. Смысл любой изоляции - несколько слоев материалов с разными параметрами. "Мостики холода" - детали конструкции, которые проходят "наксвозь" все слои. В жару и холод кровельное покрытие передает температуру не только изоляционному материалу, но и на несущую конструкцию, а через нее в стены и отделку. Процесс нагрева и охлаждения замедляется теплоизолятором, но все равно происходит через "мостики холода".
Имеем: в помещении влажность, которой некуда деться - стены слабо пропускают вляжность, окна заменены на современные стеклопакеты. Вентиляция помещения нарушена или недостаточна. Пар через слой отделки проникают в утеплитель, увлажняет его, утеплитель теряет свои теплоизоляционные качества. Водяной пар, попадая в зону перепада температур, конденсируется внутри утеплителя или на внутренней поверхности кровельного материала, выпадает дождем (росой) в утеплитель, а через него и отделку - в помещение. В процессе прохождения пара и конденсакта через конструкцию "туда и обратно" обильно увлажняется стропильная система и обрешетка. При этом она находится на температурном рубеже даже в сильные холода. Полная иллюзия - крыша протекает. Правдя, без дождя. Потом гниение и плесень разрушат несущие стропильные конструкции и крыша перестанет "плакать". Правда, предварительно разрушившись.
Особенности конструкции такого пирога в изобилии предусматривают наличие "мостиков холода" - деталей конструкции, которые соприкасаются одновременно с холодным и теплым воздухом. Смысл любой изоляции - несколько слоев материалов с разными параметрами. "Мостики холода" - детали конструкции, которые проходят "наксвозь" все слои. В жару и холод кровельное покрытие передает температуру не только изоляционному материалу, но и на несущую конструкцию, а через нее в стены и отделку. Процесс нагрева и охлаждения замедляется теплоизолятором, но все равно происходит через "мостики холода".
Современный кровельный "пирог" Современная кровля должна предотвращать потерю тепла зимой, поступление тепла летом, сопротивляться поступлению внутрь кровельной конструкции паров воды из помещения, выводить из помещения пары воды, все же проникшие в утеплитель. Иными словами многослойная оборона:
- внутреннаяя отделка
- пароизоляционный материал
- утеплитель
- влагоизоляционный материал
- вентилируемые зазоры (один или несколько)
- антиобледенительная система
- кровельный материал
Паробарьерная изоляция Как только не называют этот класс материалов - паробарьеры, пароизоляция, паробарьерные пленки. Их назначение - исключить попадание в толщу теплоизолятора паров воды из помещения. Запомните - если идти ИЗ помещения В окружающую среду, паробарьеры идут ДО теплоизоляции. Если чердак не эксплуатируется, пароизоляционный слой укладывают под утеплителем перекрытия верхнего этажа, если же в доме имеется мансарда, то пароизоляционный слой монтируют с внутренней стороны утеплителя кровли. Паробарьерный слой закрывается отделочным материалом, это самый близкий к помещению слой кровельного пирога. Паробарьерные материалы выпускаются такими производителями, как Фибротек, Факро, Тегола. Пленку укладывают внахлест и скрепляют соединительной лентой, обеспечивая герметичность пароизоляционного слоя.
Есть недорогой вариант полиэтеленовая пленка, в том числе и армированная - та самая, которую так долго наши дачники применяют для покрытия парников и теплиц. Полиэтелен - материал знакомый миллионам дачников, поэтому большинство россиян легко ответят на вопрос: что происходит с полиэтеленовой пленкой зимой? Правильно, она теряет эластичность, трескается, рвется, приходит в негодность даже без механических нагрузок. Поэтому такую пленку в качестве пароизоляции можно применять только в домах постоянного проживания. Если дом промерзнет до нулевой отметки - вы останетесь без пароизоляции - а она внутри конструкции.
Есть недорогой вариант полиэтеленовая пленка, в том числе и армированная - та самая, которую так долго наши дачники применяют для покрытия парников и теплиц. Полиэтелен - материал знакомый миллионам дачников, поэтому большинство россиян легко ответят на вопрос: что происходит с полиэтеленовой пленкой зимой? Правильно, она теряет эластичность, трескается, рвется, приходит в негодность даже без механических нагрузок. Поэтому такую пленку в качестве пароизоляции можно применять только в домах постоянного проживания. Если дом промерзнет до нулевой отметки - вы останетесь без пароизоляции - а она внутри конструкции.
Утеплители должны свободно пропускающие через себя пары влаги, которая все же проникла через пароизоляцию. То есть обладать высокой паропроницаемостью. В первую очередь это минераловатные материалы. Это могут быть плиты из минеральной ваты — Изовол, который отличается высокой паропроницаемостью, огнестойкостью, и что важно, не подвержены значительной деформации со временем. В случае применения плит из стекловолокна приходится применять фиксирующие устройства, так как они в большей степени подвержены деформации. В зависимости от конструкции, утепляться могут перекрытия верхнего этажа или ограждающие конструкции мансарды - то есть кровля.
На самом деле, утеплитель "не греет" сам. Утеплитель просто удерживает воздух между своими волокнами, а уже воздух работает в качестве теплоизолятора. При попадании в теплоизолятор влаги (в жидком или газообразном виде) теплоизолятор перестает работать теплоизолятором - он начинает удерживать воду, а коэффициент ее теплопроводности в 20 раз выше коэффициента теплопроводности воздуха. Гидрофобизирующие пропитки стекловолоконных и минеральных плит, водо- и пароизоляция, конечно, выполняют водоотталкивающую функцию, однако, в принципе, теплоизоляция по самому механизму действия приспособлена для поглощения воды. Следует помнить что утеплитель укладывают после того, как влажность деревянных элементов кровельной конструкции снизится до 18%. Иначе они будут "сохнуть" уже в утеплитель, а заботливо выстроенная гидроизоляция не позволит воде покинуть толщу кровельного пирога.
На самом деле, утеплитель "не греет" сам. Утеплитель просто удерживает воздух между своими волокнами, а уже воздух работает в качестве теплоизолятора. При попадании в теплоизолятор влаги (в жидком или газообразном виде) теплоизолятор перестает работать теплоизолятором - он начинает удерживать воду, а коэффициент ее теплопроводности в 20 раз выше коэффициента теплопроводности воздуха. Гидрофобизирующие пропитки стекловолоконных и минеральных плит, водо- и пароизоляция, конечно, выполняют водоотталкивающую функцию, однако, в принципе, теплоизоляция по самому механизму действия приспособлена для поглощения воды. Следует помнить что утеплитель укладывают после того, как влажность деревянных элементов кровельной конструкции снизится до 18%. Иначе они будут "сохнуть" уже в утеплитель, а заботливо выстроенная гидроизоляция не позволит воде покинуть толщу кровельного пирога.
Вентиляция кровельного пирога и антиобледенительные системы Преимущества вентилируемой кровли понятны - кровельный материал и утеплитель не соприкасаются. Когда в качестве кровельного материала используется волнистый лист, отверстия для поступления воздуха и коньковый вентилятор образуются, даже если накрыть волнистый лист "плоским" коньком. Помимо, так сказать пассивной вентиляции, вентиляции самотеком, предусмотрено оборудование, обеспечивающее принудительную циркуляцию воздуха от карниза к коньку. Для каждого кровельного материала производятся специальные вентиляционные устройства.
Вблизи конька устанавливают карнизные короба и вентиляционные выходы (VILPE, Финляндия). В комплект мягких кровельных материалов (CertainTeed, например) входит особый вентилируемый конек. В нижней части карниза оставляются специальные отверстия, которые защищаются от проникновения насекомых и птиц. Коньки тоже делаются специальной конструкции - вентилируемые. Если такой возможности по какой-либо причине нет, для связи верхнего и нижнего вентилируемых зазоров с атмосферой используются специальные кровельные вентиляторы.
Если здание имеет мансарду или если в чердачном помещении установлено нагревательное оборудование, кровельный пирог прогревается изнутри, ситуация усугубляется при наличии дымоходов на крыше. Теплоизолятор кровли не в состоянии абсолютно перекрыть потери тепла, он может только их значительно снизить. К чему это ведет? Температура кровли недостаточна, чтобы зимой снег таял на ней, однако достаточна, чтобы он подтаивал в каких-то определенных, наиболее сильно прогреваемых участках крыши. Снег, скапливающийся на крышах - в ендовах, на горизонтальных площадках, в карманах, подтаивает в более теплой части кровли. Талая вода стекает к холодным свесам крыши, снег скользит по ней, образуя наледи, ледяные валики в водостоках, а затем и сосульки. Парадокс: в домах с холодными и хорошо проветриваемыми чердаками обледенение не имеет такого массированного характера.
Для борьбы с наледью на крышах монтируют антиобледенительные системы. Это нагревательные кабели, распределительная сеть, температурные датчики, блок управления. Нагревательные кабели укладывают в места, где скапливается снег и образуется наледь, вокруг мансардных окон и водостоков. Обеспечивается питание элементов нагревательной части, передача сигналов от температурных датчиков к блоку управления. Блок управления работает как метеостанция, автоматически включая - выключая систему. Антиобледенительная система закладывается на этапе проектирования, а монтируется в процессе кровельных работ. Монтажные работы не проводятся при температуре ниже -5°С.
Гидроизоляционный материал под кровельное покрытие На выбор водоизоляционного материала влияет его сочетаемость с разными кровельными материалами. В чердачное пространство может попадать влага с улицы: во время дождей, снегопадов, тупанов и повышенной влажности. Если чердак дома не жилой, а вентиляция подкровельного пространства предусмотрена, влага выветривается. Однако в процессе могут значительно пострадать элементы деревянной конструкции.
С другой стороны (буквально с другой - со стороны помещения), даже при тщательной пароизоляции, небольшое количество пара проникает в утеплитель. Гидроизоляция мансардных крыш сохраняет свойства теплоизолятора. В зависимости от типа кровельного материала гидроизоляционные материалы либо пропускают, либо поглощают пар. Как правило, важно знать, какой стороной такие пленки обращены к утеплителю, а какой - к кровельному материалу.
Вблизи конька устанавливают карнизные короба и вентиляционные выходы (VILPE, Финляндия). В комплект мягких кровельных материалов (CertainTeed, например) входит особый вентилируемый конек. В нижней части карниза оставляются специальные отверстия, которые защищаются от проникновения насекомых и птиц. Коньки тоже делаются специальной конструкции - вентилируемые. Если такой возможности по какой-либо причине нет, для связи верхнего и нижнего вентилируемых зазоров с атмосферой используются специальные кровельные вентиляторы.
Если здание имеет мансарду или если в чердачном помещении установлено нагревательное оборудование, кровельный пирог прогревается изнутри, ситуация усугубляется при наличии дымоходов на крыше. Теплоизолятор кровли не в состоянии абсолютно перекрыть потери тепла, он может только их значительно снизить. К чему это ведет? Температура кровли недостаточна, чтобы зимой снег таял на ней, однако достаточна, чтобы он подтаивал в каких-то определенных, наиболее сильно прогреваемых участках крыши. Снег, скапливающийся на крышах - в ендовах, на горизонтальных площадках, в карманах, подтаивает в более теплой части кровли. Талая вода стекает к холодным свесам крыши, снег скользит по ней, образуя наледи, ледяные валики в водостоках, а затем и сосульки. Парадокс: в домах с холодными и хорошо проветриваемыми чердаками обледенение не имеет такого массированного характера.
Для борьбы с наледью на крышах монтируют антиобледенительные системы. Это нагревательные кабели, распределительная сеть, температурные датчики, блок управления. Нагревательные кабели укладывают в места, где скапливается снег и образуется наледь, вокруг мансардных окон и водостоков. Обеспечивается питание элементов нагревательной части, передача сигналов от температурных датчиков к блоку управления. Блок управления работает как метеостанция, автоматически включая - выключая систему. Антиобледенительная система закладывается на этапе проектирования, а монтируется в процессе кровельных работ. Монтажные работы не проводятся при температуре ниже -5°С.
Гидроизоляционный материал под кровельное покрытие На выбор водоизоляционного материала влияет его сочетаемость с разными кровельными материалами. В чердачное пространство может попадать влага с улицы: во время дождей, снегопадов, тупанов и повышенной влажности. Если чердак дома не жилой, а вентиляция подкровельного пространства предусмотрена, влага выветривается. Однако в процессе могут значительно пострадать элементы деревянной конструкции.
С другой стороны (буквально с другой - со стороны помещения), даже при тщательной пароизоляции, небольшое количество пара проникает в утеплитель. Гидроизоляция мансардных крыш сохраняет свойства теплоизолятора. В зависимости от типа кровельного материала гидроизоляционные материалы либо пропускают, либо поглощают пар. Как правило, важно знать, какой стороной такие пленки обращены к утеплителю, а какой - к кровельному материалу.
- Супердиффузионные мембраны - пары воды через них проходят, а сама вода нет. Паропроницаемость настолько высока, что они могут устанавливаться вплотную к утеплителю, без нижнего вентиляционного зазора. Это Tivek -продукция фирм DUPONT (Швейцария) и Utavek от JUTA (Чехия) Супердиффузионные мембраны не применяются с металлочерепицей и еврошифером, то есть кровельными материалами, обратная сторона которых не рассчитана на контакты с влагой. Супердиффузионная мембрана закрепляется на стропилах с помощью контрбруса, на котором затем монтируется обрешетка. Установка мембраны вплотную к утеплителю имеет смыл, в основном, при утеплении существующего дома;
- Диффузионные гидроизолирующие мембраны - пленки с микроотверстиями в виде воронок, обращенных широкой стороной внутрь помещения. Структура их такова, что работать они могут лишь при наличии двух вентилируемых зазоров - нижнего и верхнего. Их используют для крыш с кровельным покрытием из материалов на битумной основе и из натуральной черепицы. Благодаря такой структуре диффузионные мембраны пропускают пар, но задерживают влагу, поступающую извне. Диффузионные мембраны не должны соприкасаться с утеплителем, иначе микроотверстия закупорятся и перестанут пропускать пар. Конденсат удаляется через вентиляционный зазор между кровельным материалом (а если мягкая кровля, то между сплошной обрешеткой) и гидроизоляционным. Используются только в паре с кровельными материалами, обратная сторона которых не боится воздействия влаги.
- Антиконденсатные гидроизоляционные пленки паронепроницаемы и предназначены для работы с металлочерепицей и еврошифером. Обязательно наличие двух вентилируемых воздушных зазоров - нижнего и верхнего. Сторона пленок, обращенная к утеплителю имеет "ворсистую" поверхность, на которой и удерживается конденсированная влага. Потом влага уносится вентиляцией по нижнему воздушному зазору. Обратная сторона кровельного материала вентилируется по верхнему воздушному каналу и полностью защищена от влаги.
Стропильная конструкция Исторически для изготовления элементов стропильных крыш применяли бревна или полубревна диаметром до 20 см. В настоящее время наиболее популярный материал стропильной конструкции - брус и доски разного сечения, которые при необходимости сплачивают. Толщина стропил должна быть не только достаточной для выдерживания постоянных и эпизодических нагрузок на кровлю, но и позволяет уложить между стропилами слой утеплителя необходимой толщины, а также организации нижнего вентилируемого воздушного зазора. Его наличие позволяет использовать более дешевые влагоизоляционные материалы, а также ввести значительные ограничения в выбор кровельного материала.
При производстве стропил и других несущих элементов применяют древесину хвойных пород (сосну, лиственницу) без пороков; влажность материала не должна превышать 18 — 22%. Все деревянные конструкции крыши желательно предварительно обработать антипиренами и антисептиками. В стропильную систему часто включают металлические элементы, например, в целях повышения прочности конструкции. Однако следует учитывать разницу в теплопроводности дерева и металла - из-за суточного перепада температур на металлической поверхности может образовываться конденсат, разрушающий элементы кровли. Металлические части могут служить мостиками холода и повышают пожароопасность деревянной стропильной системы. Значит ли это, что всеми силами следует обходиться без механических конструкций? Конечно нет, просто такая стропильная система требует более пристального внимания при конструировании и монтаже, используют особые виды утеплителей и пленочных гидроизоляционных материалов. Впрочем, любая кровля и система крыши требует именно такого, пристального внимания.
На стропильную систему монтируется контробрешетка, фиксирующая подкровельный гидроизоляционный слой. Образовавшийся при этом зазор становится частью вентиляционной системы кровли. К контробрешетке крепится обрешетка; ее устройство обусловлено типом кровельного покрытия. Обрешетка может монтироваться из брусков, которые укладывают на определенном расстоянии друг от друга (в зависимости от массы покрытия) или же устраивается сплошной настил из досок, водостойкой фанеры. Все чаще в качестве сплошной обрешетки (вот выражение то - решетка - но сплошная! тогда уж сплошного настила, выполняющего роль обрешетки) используются современные композитные материалы из древесины - разнообразные древесные плиты - ЦСП (цементно-стружечная плита), OSB (ориентированная стружечная плита (ОСП)) и другие.
При производстве стропил и других несущих элементов применяют древесину хвойных пород (сосну, лиственницу) без пороков; влажность материала не должна превышать 18 — 22%. Все деревянные конструкции крыши желательно предварительно обработать антипиренами и антисептиками. В стропильную систему часто включают металлические элементы, например, в целях повышения прочности конструкции. Однако следует учитывать разницу в теплопроводности дерева и металла - из-за суточного перепада температур на металлической поверхности может образовываться конденсат, разрушающий элементы кровли. Металлические части могут служить мостиками холода и повышают пожароопасность деревянной стропильной системы. Значит ли это, что всеми силами следует обходиться без механических конструкций? Конечно нет, просто такая стропильная система требует более пристального внимания при конструировании и монтаже, используют особые виды утеплителей и пленочных гидроизоляционных материалов. Впрочем, любая кровля и система крыши требует именно такого, пристального внимания.
На стропильную систему монтируется контробрешетка, фиксирующая подкровельный гидроизоляционный слой. Образовавшийся при этом зазор становится частью вентиляционной системы кровли. К контробрешетке крепится обрешетка; ее устройство обусловлено типом кровельного покрытия. Обрешетка может монтироваться из брусков, которые укладывают на определенном расстоянии друг от друга (в зависимости от массы покрытия) или же устраивается сплошной настил из досок, водостойкой фанеры. Все чаще в качестве сплошной обрешетки (вот выражение то - решетка - но сплошная! тогда уж сплошного настила, выполняющего роль обрешетки) используются современные композитные материалы из древесины - разнообразные древесные плиты - ЦСП (цементно-стружечная плита), OSB (ориентированная стружечная плита (ОСП)) и другие.