Сифонные (гравитационно-вакуумные) системы кровельного дренажа были созданы в Скандинавии в конце 60-х годов прошлого столетия и с тех пор с успехом применяются в различных европейских странах, включая Великобританию, Дальний Восток, Австралию, Южную Африку и Америку. Многие крупные промышленные, коммерческие и жилые комплексы оснащены этими передовыми технологиями дренажа кровли.

История применения данных систем начинается с 1968 г., когда знаменитым ученым Олави Эбилингом (Olavi Ebeling) был совершен необычайный прорыв в области трубных систем дренажа ливневых стоков, ознаменовавшийся изобретением системы поверхностного водоотведения, основанной на принципе полного заполнения трубопровода (full-bore flow) — UV-System™. Название системы — акроним, происходящий от финского слова «umpivirtaus», описывающий принцип «full-bore flow». Позднее к Эбилингу присоединился д-р Пэр Соммерейн, который занимался соразработкой системы и значительно содействовал распространению принципа сифонного дренажа кровли в Скандинавии.

С начала 70-х система начала завоевывать популярность, как на родине, так и за рубежом. Так, первый крупный заказ на установку UV-System™ поступил от компании ABB (турбинный завод) в 1972 г., и с тех пор система успешно стала применятся на ряде крупных объектов во всем мире. Это, например, международные аэропорты — Stansted International Airport (Великобритания), Oslo Gardermoen International Airport (Норвегия), и Guangzhou Baiyun International Airport (Китай); офисные небоскребы — Citibank Group (Шанхай); дворцы съездов — Boston Convention и Exhibition Center (США); спортивные стадионы Reebok Stadium и Nanjing Olympic Stadium. Мировые компании, такие как: IBM, Astra, Ericsson, Pilkington, Electrolux, IKEA, Pharmacia & Upjohn, SAAB, Avesta, Volvo и др. также воспользовались преимуществами передовой технологии на кровлях своих зданий. Постепенно UV-System™ и подобные ей системы, стали завоевывать популярность в Европе и в развивающихся странах, с наибольшей популярностью применения в США, так как вышеупомянутые компании главным образом базируются за пределами Скандинавии.

Без сомнения, данные системы являются наиболее передовыми и эффективными по сравнению с классической системой поверхностного водоотведения. К сожалению, в силу того, что большое количество информации еще в недавнем прошлом оставалось недоступной заказчику, а в некоторых случаях подаваемая информация не всегда отвечала действительности, в некоторых кругах профессионалов до сих пор существует предубеждение к использованию данных систем. Несмотря на это, тысячи систем успешно эксплуатируются по всему миру с небольшой долей нареканий на их работу. И в случае неисправностей причина заключается не в самом принципе сифонирования, а, по мнению специалистов, в следующем: поверхностное понимание принципа работы системы; использование некачественных материалов; дефекты при инсталляции; а также неграмотная эксплуатация системы. Так, например, в 90-х годах в Великобритании было осуществлено ряд неудачных проектов с использованием системы сифонного кровельного дренажа, что в некоторой степени подорвало доверие к этим системам. Были случаи, когда проектированием данных систем занимались компании с низким уровнем профессиональной подготовки, в результате чего построенные ими системы оказывались под угрозой чрезмерно высокого отрицательного давления, что в свою очередь заканчивалось разрушением системы и серьезным затоплением здания. Этого бы не случилось, если бы при проектировании системы было использовано профессиональное программное обеспечение, осуществляющее расчет оптимальных гидравлических характеристик.

С целью продвижения и ознакомления с принципами сифонного метода кровельного дренажа широкого круга профессионалов индустрии, а также заказчиков, в 2004 г. в Великобритании была основана Ассоциация сифонного кровельного дренажа (The Siphonic Roof Drainage Association, SRDA). Для получения ассоциированного членства организации, претенденты должны пройти тестирование на соответствие следующим требованиям: наличие приемных воронок, системы водостоков и дизайнерской компьютерной программы. Также одним из требований, предъявляемым к членам ассоциации, является недопустимость недобросовестной конкуренции, а также предоставления недостоверной информации касательно преимуществ своих систем, и недостатков систем конкурентов. Все эти требования должны быть подтверждены независимой третьей стороной. Раз в год Ассоциация проводит проверку всех членов на основе случайного метода выборки, тем самым, подтверждая высокий уровень проведения проектных и инсталляционных работ предприятием. Это в свою очередь помогает осуществлять контроль соблюдения стандартов ассоциации, а также подтверждает профессионализм компании на всех ее уровнях. Выбирая в качестве подрядной организации одного из членов ассоциации SRDA, заказчик может быть уверен в высоком уровне профессионализма и качества исполнения работ. Кроме того, членами SRDA являются ведущие европейские производители систем водоотведения: GEBERIT/Geberit Pluvia (Швейцария), AQUAPHONIX/чугунная система (Великобритания), DALLMER/SuperDrains (Германия), ROSS/HydroMaxтм (Англия), SAPOFLOW (Великобритания).

Кроме конструктивных и эксплуатационных выгод, которые получают заказчики при выборе сифонной системы, по сравнению с традиционным методом водоотведения, использование данных систем дополнительно мотивируется Советом экологического строительства США (Green Building Council) и Лидерами в области энергоэффективного и экологического проектирования (Leadership in Energy and Environmental Design building, LEED) — движения, которое поддерживают и развивают члены USGBC.

LEED — это сертификационная система оценки зданий по степени «экологической чистоты», подробнее о которой читайте в «С.О.К.» № 7/2005. Оценочная система LEED включает 5 разделов: рациональные площадки, эффективное использование водных ресурсов, энергоэффективность, материалы и ресурсы, комфорт и качество воздуха в помещении, за каждые, из которых присуждается определенное количество баллов. Также можно получить дополнительные баллы за инновационный подход в строительстве. Преимущества использования сифонных систем дренажа помогает в достижении целей LEED.

Так, например, в разделе 1, зачетной категории 5.1, присуждается 1 балл за «Минимальное вмешательство в нарушение ландшафта строительной площадки». Так как в данных системах реализован метод напорного течения, определяющий большую производительность водосточной системы, обеспечивается большая свобода прокладки водосточных труб. Так, разрешается горизонтальная прокладка труб под крышей, а не под землей, что в свою очередь устраняет необходимость туннелирования, закладки и засыпки труб в грунт.

Согласно разделу 1, зачетной категории 6.1., 1 балл присуждается за «Регулирование, уровень и количество дождевого стока». В сифонных системах несколько крышных приемных воронок могут быть присоединены к одному вертикальному стояку, что снижает количество разгрузочных точек. Меньшее количество разгрузочных пунктов облегчает возможности сбора воды для хранения и повторного использования. Это в свою очередь позволяет контролировать количество дождевой воды, поступающих в систему ливнестоков. Аккумулирование дождевой воды позволяет ее использовать на нужды ирригации,смывания серых и фекальных вод.

В разделе «Эффективное использование водных ресурсов», в зачетной категории 3.1/3,2, 1-2 бала присуждается за «Снижение расхода воды», что в свою очередь позволяет снизить нагрузку на городскую систему водоснабжения и канализации. Так, система сифонного кровельного дренажа позволяет подключение к системе сбора поверхностного стока, который может аккумулироваться и использоваться для применения в системе водоснабжения для нужд ирригации, смывания серых и фекальных вод, технического пользования.

В разделе «Материалы и ресурсы», зачетные категории 4.1 и 4.2, 1-2 бала присуждаются за «Повторно утилизируемые материалы». Например, в случае с чугунным сифонным дренажом, возможна 100 %-ная утилизация этого материала после окончания срока службы системы.

И наконец, в разделе «Инновации в проектировании», в зачетной категории 1.1, 1-2 бала присуждаются за «Сокращение использования строительного материала». Так сифонные системы позволяют использовать меньший диаметр водосточных труб и большую свободу монтажа системы. Это обеспечивает значительное сокращение капитальных и инсталляционных затрат, особенно когда речь идет о больших промышленных и коммерческих объектах.

Становясь все более и более обычным элементом городской инфраструктуры, сифонные системы кровельного дренажа с успехом стали применяться в течение последних 10 лет в России и около 5 лет в Украине. В Европе водосточные системы, работающие под давлением, регламентируются нормами DIN EN 12056 и DIN 1986-100. Требования, предъявляемые к этим специально сконструированным водостокам, описаны в нормах DIN EN 1253. В инструкциях VDI 3806 изложены требования Германского союза ZVDD для проектирования, расчетов, монтажа и эксплуатации.

Следует, однако, отметить, что проектирование, расчет и монтаж таких систем не предусмотрен ни российскими, ни украинскими нормативными документами, чем, на наш взгляд, и объясняется тот факт, что их применение не носит до сих пор массового характера. Так, в Украине рынок сифонных систем кровельного дренажа до сих пор не развит, и по нашим данным, представлен только одним производителем, выпускающим систему под торговой маркой Geberit Pluvia (Швейцария). В России таких производителей несколько.

При грамотном подходе к проектированию и монтажу строительный сектор в наиболее развитых странах постепенно убедился в преимуществах, которые эти системы предлагают, по сравнению с обычными технологиями дренажа крыши. По данным производителей, водосточные воронки таких систем с выпуском 56 мм (в традиционных системах — 100-150 мм) пропускают 15 л/с воды (системы HL) и 12 л/с (Geberit Pluvia) при скорости движения воды по трубам до 8 м/с. В результате одна воронка способна собрать воду с площади до 800 м2 при расходе воды до 12 л/с, что в несколько раз больше, чем при использовании самотечных систем. Благодаря этому уменьшается количество приемных воронок на кровле. Сокращение числа стояков и воронок, меньшая протяженность горизонтальных трубопроводов, их отсутствие в основании здания и уменьшенный диаметр труб по сравнению с традиционными самотечными системами приводят к экономии материалов, сокращению объема строительно-монтажных работ. В результате на больших кровлях достигается существенная экономия средств, даже несмотря на более высокую стоимость труб по сравнению с традиционными водосточными системами. Естественно, при таких параметрах сифонная система водостока намного экономичнее традиционной. Поэтому очень важно понять, за счет чего достигается такой эффект. На примере системы внутреннего водостока Geberit Pluvia рассмотрим принцип функционирования сифонных систем.

Опускное движение воды в водосточных системах характеризуется эжектирующей способностью, т.е. способностью увлекать за собой воздух. В классических системах дренажа вода в водостоках образует водоворот, и сток идет преимущественно по стенкам трубы. При этом возникают вибрации, способные в некоторых случаях, разрушить и стояк, и крепление водосточной воронки на кровле здания. Гравитационно-вакуумная система водостоков работает иначе. Сифонный подход к дренажу крыши стремится ограничивать вход воздуха в систему. Сифонирование происходит при заполнении системы водой от 60 %, когда стимулируются принудительные условия движения водного потока. При неполном заполнении труб водой, система работает периодически — частота изменяется по мере увеличения дождевой нагрузки. Когда вода целиком заполняет трубы, вытесняя из них воздух, в водосточном стояке под действием силы тяжести воды возникает значительное разрежение (максимальное значение которого достигается в верхней точке стояка (до 800 мбар). При этом возникает сифонный эффект и вода с крыши под воздействием падающего вертикального столба жидкости словно насосом засасывается в точку забора воды — воронку. Если в традиционных самотечных системах для увеличения пропускной способности водостока приходится увеличивать диаметр труб, то в данном случае все наоборот: чтобы ускорить заполнение системы водой у приемных воронок используют трубы меньшего сечения — Dу 56 мм (в традиционных системах — 100- 150 мм). В результате, даже в самый сильный ливень удается быстро собрать с крыши всю воду. Для точного расчета необходимого сечения труб в разных частях системы используется специальная компьютерная программа DLS Pluvia. При правильном проектировании создаются значительно более высокие скорости потока, чем возможны в обычных системах, что повышает производительность и позволяет не только использовать меньшие диаметры трубопроводов с небольшим количеством стояков, но и обеспечивает эффект самоочищаемости системы.

Поскольку поток движется быстро и давление на стенки невелико, имеется значительно большее количество гибкости в маршрутизации канала водостока, разрешено большое количество горизонтальной разводки трубопроводов, расположенных ниже уровня крыш, что ведет к сокращению количества дорогостоящих подземных дренажных сетей. В дополнение к этим эксплуатационным выгодам, трубопроводы маленького диаметра, используемые в сифонных системах дренажа крыши, могут иметь меньшее архитектурное воздействие, чем обычные системы, и могут даже быть включены в пределы архитектурного дизайна здания непосредственно (без каких-либо специальных коробов). Также очевидным преимуществом сифонных систем является отсутствие необходимости проектировать переплет желобов на крыше с уклоном, который в самотечной системе водостока должен составлять не менее 1-3 %. Это не только удешевляет монтаж, но и упрощает архитектурные решения. Особенно данное преимущество ощутимо на протяженных кровлях, где перепад коллектора может достигать несколько метров.

Стоит также отметить и преимущества используемых в системе Geberit Pluvia труб из высококачественного полиэтилена низкого давления ПНД (HDPE) с добавлением 2% сажи, в результате чего трубы и фитинги «не боятся» «врага пластиков» — ультрафиолета. Они обладают высокой механической прочностью, химической инертностью и, соответственно, устойчивостью к воздействию неблагоприятных атмосферных факторов. Срок их службы составляет не менее 50 лет, при этом в течение всего эксплуатационного периода сохраняется первоначальная пропускная способность. Благодаря эластичности материала ПНД-трубы обладают высокой ударной вязкостью, при замерзании воды их стенки растягиваются и после размораживания труба не лопается, а продолжает функционировать в прежнем режиме. Идеально гладкая внутренняя поверхность труб обеспечивает минимальную потерю энергии при прохождении дождевого потока, соответственно увеличивает скорость прохождения воды по трубопроводу. Малая масса ПНД-труб снижает нагрузку на конструкции здания. Для защиты от замерзания в переходные периоды воронки снабжены нагревательными элементами.

Система полностью герметична, возможность протечек сведена к минимуму. Трубы соединяются встык методом горячей сварки, в труднодоступных местах используются электроплавкие муфты. При монтаже применяется специальный крепеж с большим количеством неподвижных опор, каких-либо дополнительных компенсаторов не требуется. В проектах, предъявляющих повышенные требования к уровню шума, возможна необходимость звукоизоляции системы. В современных проектах уже на стадии строительства нередко возникают различные изменения в архитектуре кровли и трассировке труб. Здесь на помощь приходит компьютерная программа DLS Pluvia, которая позволяет оперативно пересчитать всю систему или отдельные ее части с распечаткой новой спецификации и трассировки, с указанием расходов по приемным воронкам, сечений труб и расстояний по всем участкам системы.

В таблице представлены конструктивные и эксплуатационные преимущества систем сифонного дренажа кровли.