ТЕХНОЛОГИИ МАТЕРИАЛЫ

МОЛНИЕЗАЩИТАМЕТАЛЛИЧЕСКОЙ КРОВЛИ

«Инструкция по устройству молниезащиты зданий, сооружений и промышленныхкоммуникаций СО-153-34.21.122-2003» допускает применять в качествемолниеприемника металлическое кровельное покрытие. Однако, если вникнуть всуть вопроса, становится ясно: и в этом случае не стоит пренебрегать установкойсистемы молниезащиты.

№3 20102

В названии статьи кроется парадокс.Действительно, большое сечениеметалла кровли должно было быобеспечить низкие плотности токамолнии, при которых не может бытьи речи о перегреве материала.Не случайно, последний отечественныйнормативный документ «Инструкцияпо устройству молниезащиты зданий,сооружений и промышленныхкоммуникаций СО-153-34.21.122-2003»допускает применять в качествемолниеприемника кровлю с толщинойметаллического покрытия от 0,5 мм.Жесткого металлического соединениямежду кровельными листамине требуется. Они могут монтироватьсяне только внахлест, но дажес использованием слоя краски,асфальтового покрытия толщинойдо 0,5 мм или пластика толщинойдо 1 мм (п. 3.2.1.2).

Сказанным не следует обольщаться,потому что в процитированном разделенорматива есть жесткая оговорка. Всеприведенное выше справедливодля кровель, которые «не обязательнозащищать от повреждений и нетопасности воспламенения находящихсяпод кровлей горючих материалов».Именно в этом ограничении кроетсясуть проблемы. Место контакта каналамолнии с металлом перегревается

обязательно. Выделившейся здесьэнергии не так уж много, но все-такидостаточно для плавленияприблизительно 3-3,5 г стали.В результате в кровельном листетолщиной 1 мм образуется отверстиерадиусом около 1 см. Сам канал молниив это отверстие не проникнет. Онпрекратит свое развитие, достигнувметаллической поверхности, а каплярасплавленного металла, скорее всего,упадет на чердак. Ее дальнейшаясудьба плохо предсказуема, ибо ни одинспециалист по молниезащите не можетзнать, какое количество горючего хламасобрано на чердаке. К тому жев российской практике и стропилакрыши, и обрешетка очень частоделаются из дерева. В специальнойлитературе нет четких сведенийоб эффективности противопожарнойпропитки деревянных строительныхдеталей.

Рассчитывать на использованиенепроплавляемой кровли тожене приходится. Для этогопо существующим нормам толщина

стального листа должна бытьне меньше 4 мм, медного – 5 мм,а алюминиевого – даже 7 мм (табл. 1).Неоправданно дорогои немотивированно тяжелодля конструкции крыши. Остаетсярассчитывать на молниеотводы.

Правила проектированиямолниеотводов определяютсякатегорией молниезащиты по все ещедействующему нормативу «Инструкцияпо устройству молниезащиты зданийи сооружений РД 34.21.122-87» илиуровнем молниезащиты в ужецитированном новом нормативеСО-153-34.21.122-2003. В первомдокументе введено три категориимолниезащиты. Жилые здания,как правило, относятся к III категории,а для их защиты наиболее частоиспользуется металлическая сеткас шагом 12х12 м. Ее укладка наметаллической кровле абсолютнобесполезна. Известно, что дляэффективной работы молниеприемниклюбого типа должен заметновозвышаться над защищаемым

Таблица 1. Толщина кровельного покрытия, выполняющего функцииестественного молниеприемника (согласно «Инструкции по устройству

молниезащиты зданий, сооружений и промышленных коммуникацийСО-153-34.21.122-2003»)

Уровень защиты Материал Толщина / не менее, ммI-IV Железо 4

Медь 5Алюминий 7

Таблица 2. Уровни защиты от ПУМ для обычных объектов (согласно«Инструкции по устройству молниезащиты зданий, сооружений и

промышленных коммуникаций СО-153-34.21.122-2003»)

Уровень защиты Степень надежности защиты от ПУМI 0,98II 0,95III 0,90IV 0,80

объектом. Превышение сетки на диаметр своей проволоки(меньше 1 см) над металлическим листом кровли для молниисовершенно неразличимо. Рассчитывать можно толькона стержневые или тросовые молниеотводы.

Норматив СО-153-34.21.122-2003 оперирует внешнеймолниезащитой четырех различных уровней (табл. 2). Жаль,что указаний по выбору оптимального уровня в документе нет.Предполагается, что все зависит от воли проектировщикаили заказчика проекта. В разделе 3.3 данного нормативногодокумента представлены правила выбора молниеотводовпо их зонам защиты. Расчетные формулы позволяютрассчитать зоны с надежностью защиты 0,9; 0,99 или 0,999.Надежность в три «девятки» в жилищном строительствепрактически не используется из-за излишне больших затрат,а две другие, примерно отвечающие III и I уровням внешнеймолниезащиты, вполне реальны.

Легко показать, почему проектировщики предпочитаютмолниеотводы с надежностью 0,9, особенно в гражданскомстроительстве. Индивидуальный особняк, даже оченьпросторный, редко превышает в плане 15х15 м2, а еговысота – h = 10 м. Линия, ограничивающая площадьстягивания молний SM, отстоит от внешнего периметра зданияна расстояние r = 3h = 30 м. В совокупности получаетсяне более SM = 5600 м2 ≈ 0,0056 км2. При средней плотностигрозовых разрядов в землю на территории России nM = 3(на квадратный километр в год) особняк соберетна себя ежегодно в среднем NM = nMSM ≈ 0,017 молний,т.е. приблизительно одну молнию за каждые 60 лет.При надежности молниезащиты 0,9 лишь 10% из них прорветсямимо молниеотводов к особняку. В среднем, такое произойдет1 раз за 600 лет – риск не столь уж велик. Во всяком случае,он меньше, чем от других природных катаклизмов.

Теперь о выборе типа молниеотводов. Самымисоблазнительными кажутся активные молниеотводы,например ESE-молниеотводы, реклама которых, нет-нет,да и проникает в отечественную печать, обещая необычайныечудеса. Как не соблазнительно увеличить радиус зоны защитыв 5–6 раз при помощи насадки на молниеприемник длинойвсего в 50–60 см! Рекламные проспекты выглядят оченьсолидно, часто со ссылками на испытания в известныхспециализированных лабораториях. Вам могут показать дажепротоколы испытаний, но чаще издали. К протоколам могутприложить письма чиновников крупного масштаба,не возражающих против применения активных молниеотводовв подведомственном им регионе или отрасли промышленности.

Рекламная компания такого рода мало чем отличаетсяот надоевших компаний по продаже «Герболайфа» и других

№3 2010 3

ТЕХНОЛОГИИ МАТЕРИАЛЫ

№3 20104

чудодейственных пищевых добавок.Много шума и никаких доказательствпользы. Можно с уверенностьюутверждать, что в лабораторияхне удалось получить хоть сколько-нибудьявных доказательств эффективностиактивных молниеотводов. Этоневозможно в принципе, поскольку дажедлинный лабораторный искровой разрядпо многим параметрам не подобенмногокилометровой молнии. К нулевомурезультату пришли и теоретическиеоценки, основанные на компьютерноммоделировании процесса притяжениямолнии к наземным сооружениям.Наконец, прямые натурные наблюденияза активными молниеотводами в СШАтоже не выявили никакой повышеннойактивности. Получается, что сравнениес пищевыми добавками вполнеобоснованно – деньги потрачены, пользы никакой.

Не случайно активные молниеотводы даже не упоминаютсяв российских нормативах по молниезащите. Так же поступаютв США и в европейских странах, регламентирующихмолниезащиту по стандарту № 62305 Международнойэлектротехнической комиссии. Открытая дискуссия в журналена этот счет была бы крайне полезна. Полагаю, что специалистыпо физике молнии и практической молниезащите охотновыскажут свои аргументы. Не ясно только, что будетпредъявлено их оппонентами. Сами чиновники научныхисследований не проводят, а многочисленные ООО, экспертизойкоторых они руководствуются, предпочитают держаться в тени.Хотелось бы, например, познакомиться с аргументами ФГУ«Центр лабораторного анализа и технических измерений УрФО»,подготовившего положительное заключение об активноммолниеотводе «ГРОМОСТАР» ООО ТД «Электроизделия».Случай такого рода далеко не единичный, а объединяет ихотсутствие профессионалов по молниезащите в рецензирующейорганизации. Лично мне не известно ни одной публикациив серьезном научном журнале, которая бы поддержала принципдействия сегодняшних активных молниеотводов.

Никто не запрещает истратить деньги на активную насадкуи пристроить ее на обычном молниеотводе. Особой беды онане принесет. Важно только помнить, что эффективность работымолниеотвода от этого не увеличится (вернее, увеличится,но в строгом соответствии с ростом высоты молниеприемниказа счет установленной насадки).

Что рекомендовать проектировщику? Если конфигурациякрыши простая, лучше начинать с тросового молниеотводавдоль ее конька. Трос нетрудно подвесить на высоте 1,5-2 мнад коньком. Для этой цели производятся специальныетросовые стойки, которые крепятся при помощи различныхкрепежных хомутов и уголков. Например, фирма DEHN+SÖHNEпредлагает трубостойки (арт. № 105 300) с резьбой М10для монтажа клеммы для крепления тросов (арт. № 105 079),а также широкий ассортимент крепежных изделийдля крепления трубостойки к различным профилях, напримерк стене (арт. № 105 340). Если необходимо, трос можно подвеситьи на более мощных удерживающих опорах (арт. № 105 301).Во многих случаях при помощи троса удается разместить в зонезащиты всю поверхность кровли, особенно, если крыша двускатная.Не надо забывать, что трос не обязан быть прямолинейным.Например, он может идти вдоль Т-образного,П-образного или Г-образного конька для здания соответствующейконфигурации. Зона защиты столь сложного по форме троса будет

не меньше, чем сумма зон защиты всех егопрямолинейных участков.

Когда трос мало удобен, его можнозаменить серией стержневыхмолниеотводов. Их защитное действиенепринципиально слабее, особенно, еслидля шага расстановки L стержнейвысотой h справедливо L ≤ 2,5h (отметим,что в отечественных нормативах зонызащиты строятся, исходя из высоты всехсооружений относительно уровня земли).Стержневые молниеотводырекомендуются также для защитылокальных конструктивных элементов,не вписавшихся в зону защиты троса.Выбирая их, полезно помнить, чтонадежность защиты при прочих равныхусловиях возрастает с увеличениемчисла стержней. К сожалению,в действующих нормативахпредставлены зоны защиты только

двойных стержневых молниеотводов. Поэтомуу проектировщика не остается иного пути, как рассматриватьих попарно. Совершенно необязательно, чтобы эти парысоставлялись из соседних молниеотводов, выстроенных в ряд.Каждый стержень может работать с любым другим, если,конечно, расстояние между молниеотводами не превышаетпредельно допустимого (Lmax в табл. 3.6 норматива СО-153-34.21.122-2003). Пространство, закрытое хотя бы одной из зонперебранных пар, заведомо может считаться защищенным.В каталоге фирмы DEHN+SÖHNE, например, можно найтиширокий выбор стержневых молниеотводов высотой от 1 до 5 м,в том числе из специального сплава алюминия, магнияи кремния высотой 1,5 м (арт. № 104 150) или 3 м (арт. № 103241).

Хотелось бы применить для расчета защитного действиямногократных стержневых молниеотводов компьютернуюпрограмму, упомянутую в отечественном нормативе. Она давноизвестна специалистам, но до сих пор не выпущена в качестветоварной продукции, доступной широкому пользователю.

Наконец, последнее. Для плоских кровель хорошийрезультат дают замкнутые тросовые молниеотводы,подвешенные по внешнему периметру знания. Расчет их зонызащиты приведен в нормативе СО-153-34.21.122-2003.

Э.М. Базелян, профессор, докт. техн. наук, заведующийлабораторией молниезащиты ЭНИН им. Г.М. Кржижановского