Эффективный отвод талой воды за счет изменения конструкции крыши

VIII Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся
Старт в науке

Эффективный отвод талой воды за счет изменения конструкции крыши

Павлик П.О. 1
1ГБОУСОШ №10
Курышева С.Н. 1
1ГБОУСОШ №10 г. Сызрани
Автор работы награжден дипломом победителя I степени
Текст работы размещён без изображений и формул.
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF

Введение

Актуальность. С каждым снегопадом и морозами увеличивается количество снега на крышах, что создает излишнее давление на основные конструкции кровли. Это, в свою очередь, может привести к их поломке и стать угрозой для проходящих мимо прохожих в случае непредвиденного схода снега. Образование сосулек на кровле и их падение является опасностью для жизни. Установлен печальный факт, что каждый год во всем мире становятся жертвами падения свисающих с кровель сосулек около 500…2000 человек. Необходима регулярная очистка крыш от снега и наледи. Затрачивая силу и время на очистку крыш, мы не задумываемся над тем, что можно использовать выпавшие осадки в виде снега и дождя в пользу человека. Вода в виде осадков — доступный ресурс, для ее получения не нужно прилагать практически никаких усилий: ни собственных сил — воду не нужно поднимать из колодца или нести из водоема, — ни электричества для добычи ее из скважины или передачи по трубам. Все, что нужно — обеспечить условия для сбора и хранения.

 Проблема.Резервы воды совсем не безграничны, и они уже исчерпываются. Как показывают исследования, ближайшие 10 лет большая часть мировых государств будет ощущать недостаток воды, а еще через 20 лет уже 75% всего населения останется без пресной воды. Дефицит, без сомнения, будет возрастать, если не принимать меры уже сейчас.[4] Снег, дождевые осадки могут быть использованы для восполнения запасов воды.

Цель: конструирование воронкообразной крыши для эффективного отвода воды.

Задачи:

Узнать какие бывают крыши;

Выяснить какие материалы используются для кровли;

Провести эксперимент по выявлению эффективного материала;

Смоделировать конструкцию крыши.

Объект: крыша.

Предмет: воронкообразная конструкция.

Гипотеза: смоделировав новую конструкцию крыши, мы сможем предложить эффективный способ сбора воды.

Методы: сбор информации, эксперимент, моделирование, опрос, обобщение.

Практическая значимость работы. Продуктом будет модель дома с воронкообразной крышей.

На сегодняшний день нами не выявлено ни одного дома, имеющего предложенную нами конструкцию. Мы решили рассмотреть проанализировать возможность и эффективность её применения. В этом заключается новизна нашего исследования.

Теоретическая часть.

Конструкция крыш.

Дом без крыши – это и не дом вовсе. А для её покрытия используются различные виды кровли: мягкие и жёсткие, рулонные и штучные, плоские и профильные. Чтобы сделать конкретный выбор, надо иметь представление о свойствах каждого из кровельных материалов. [1]

Сначала рассмотрим, какие бывают крыши домов в зависимости от конфигурации. Формы скатных крыш очень разнообразны.

Крыши плоского типа при строительстве жилых домов практически не используются (с них плохо «скатываются» осадки. (угол уклона 2-7 градусов). Скатные крыши – самые распространённые, практичные, но дорогие и имеются сложности при её постройке, ремонте и эксплуатации.

Скатные крыши могут быть чердачными и бесчердачными (в том числе мансардными).

Скатные крыши в зависимости от геометрической формы делятся на:

- односкатные

- двускатные

- вальмовые

- полувальмовые

- шатровые

- многощипцовые

- ломаные

- купольные

- конические

- комбинированные (самые сложные в постройке, могут содержать элементы всех вышеперечисленных видов крыш).

Скатной крыша считается, если угол уклона больше 10 градусов.

Угол уклона скатных крыш зависит от материала кровли, от климата местности, где будет происходить строительство (большое значение имеет ветер, снеговая нагрузка).

Примерами скатных крыш служат постройки во дворе моих бабушки и дедушки (баня, гараж, дом). Кроме того, в доме есть мансарда (пример скатной мансардной крыши).

Для того, чтобы осадки не задерживались на крышах частных домов, для их постройки как раз и выбирают скатный тип. [5]

Виды кровельных материалов.

Современные кровельные материалы должны отвечать таким характеристикам: прочность покрытия, стойкость к погодным условиям, простота и удобство в установке, долговечность эксплуатации, легкость готового материала и, соответственно, крыши, доступная стоимость и эстетическая привлекательность кровли.

- металлочерепица

- ондулин

- профнастил

- фальцевая кровля

- керамическая черепица

- цементно-песчаная черепица

- сланцевая черепица

- композитная черепица

- мягкая битумная черепица

О том, какой вид кровельных материалов наиболее прочен и популярен, на рассказал консультант магазина «Стройбастер».

Металлочерепица отлично подойдет для любых кровельных конструкций: плоских, двускатных, ломанных. Шифер – кровельный материал, который недорог и практичен, но недолговечен. В эстетическом отношении он уступает металлочерепице, металлопрофилю, мягкой черепице, ондулину. Звук дождя под кровлей из шифера слышен не будет, но покрытие может разрушить продолжительный град. Если в регионе проживания такие погодные условия нередки, лучше остановить свой выбор на ондулине. Этот материал недорог и эстетичен, но горюч. Одним из новейших кровельных покрытий является еврорубероид с фигурными выступами «хвост бобра».

Выпадение осадков.

Первое, на что нужно обратить внимание, это большое количество осадков, выпадающих на территории нашей страны. Рассмотрим выпадение осадков на примере нашего города. На сайте https://www.gismeteo.ru/ мы взяли информацию по зимним месяцам и увидели, что много дней, в которые выпадает снег.В Сызрани за год выпадает около 450 мм осадков. В зимний период толщина снежного покрова варьируется от 40 до 45 см. [7] Приложение 1.

А 11 марта 2019 года, в Сызрани был побит абсолютный суточный максимум выпавших осадков. Об этом сообщает Приволжское управление по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды. По данным ведомства, в понедельник в нашем городе выпало 14 мм осадков. [6]

Вывод по 1 главе. Создание качественного кровельного покрытия невозможно без учета всех тонкостей сбора и отведения воды. Изменение климата привело к росту числа случаев выпадения обильных осадков, поэтому крыши домов должны быть готовы к отведению большого количества воды во время сильного дождя или снега. В таких условиях водосток должен работать без сбоев, поэтому поиск надежной системы отведения воды становится одной из главных задач, которую необходимо решить при строительстве дома. Крышу, которую предлагаем ввести в обиход мы, можно назвать, например, коническая вогнутая или вальмовая вогнутая.

Практическая часть.

1.Исследование кровельных покрытий.

Для того, чтобы выявить актуальность проблемы, мы решили провести опрос среди жителей нашего города. Отзывы опрошенных людей были положительными. Все сходились в мнении о том, что пора задуматься над эффективным использованием выпадающих осадков. Наше предложение по изменению конструкции крыши встречено положительно.

Для сравнения кровельных покрытий мы составили таблицу, из которой видно, что профнастил наиболее подходящий материал для кокрытия крыши. Из минусов можно выделить только то, что он не обладает шумоизоляцией. [3]

Материал

Проч

ность

Стоимость

Срок службы

Экологичность

Скорость нагрева

Плюсы

Минусы

Стекло

-

4 500 руб./кв.м

20 лет

Безопасен для здоровья

Очень быстро нагревается

Сложность монтажа

Будет жарко

Шифер

-

180 руб./кв.м

20-30 лет

Не безопасен для здоровья!!!

Очень медленно нагревается

Простота монтажа, пожаробезопасность, хорошая звукоизоляция.

Большой вес

Профнастил

+

200 руб./кв.м

Около 15 лет

Безопасен для здоровья

Очень быстро нагревается

Малый вес.

Отсутствие звукоизоляции

Металлочерепица

+

300 руб./кв.м

Около 15 лет

Безопасен для здоровья

Очень быстро нагревается

Простота монтажа, пожаробезопасность, широкая гамма цветов.

Отсутствие шумоизоляции

Керамическая черепица

+

1 000 руб./кв.м

До 150 лет

Безопасен для здоровья

Очень медленно нагревается

Устойчивость к перепадам температур, огнеупорна, обеспечивает прекрасную звукоизоляцию

Большой вес

Ондулин

-

250 руб./кв.м

До 6 лет

Безопасен для здоровья

Медленно нагревается

Небольшой вес, устойчивость к атмосферным воздействиям.

Внешний вид, со временем может выгорать.

Проведем опыт по выявлению наилучшего кровельного покрытия. Нам нужно выяснить, на каком покрытии быстрее происходит таяние снега.

Для проведения опыта были взяты следующие кровельные покрытия:

-шифер;

-стекло;

-профнастил.

Для чистоты эксперимента приготовленный снег мы взвесили. Равное количество снега положили на кровельные покрытия и засекли время.

На шифере таял быстрее, но вода начала впитываться, затеем скорость таяния замедлилась, на стекле таял медленнее всего. На профнастиле снег растаял быстрее- за 37 мин. при комнатной температуре.

Рис.1 Проведение опыта на выявление лучшего кровельного покрытия.

Вывод. При сравнении кровельных покрытий наиболее подходящим оказался профнастил. Проведение опыта доказало эффективность его применения.

Мы определились с конструкцией крыш. Попробуем на опыте доказать правильность нашего выбора. Возьмем воронку и плоское покрытие. И то и другое сделано из пластмассы. Положим равное количество снега. Засекаем время. Прошло 10 минут – снег в воронке начал таять, вода капала в стакан. На плоской крыше снег лежал без изменений. Следует то, что есть смысл обратить внимание на новую конструкцию крыши.

Рис.2 Проведение опыта на выявление правильной конструкции крыши.

2 Система сбора талой воды в резервуар.

Для чего можно использовать талую воду?

— для полива сада и огорода (вода не содержит хлора и богата кислородом);

— для стирки и уборки (мягкая вода уменьшает расход моющих средств);

— для мытья машины и смыва туалета.

При изготовлении макета нужно учесть наличие следующих элементов:

1. Кровля — место сбора дождевой воды.

2. Водосточный желоб.

3. Фильтр.

4. Резервуар.

5. Труба для отвода избытка воды.

6. Канализация.

9 . Садовый кран.

Рис.3. Чертёж макета.

Для того, чтобы не было ледяных пробок, на крыше можно обустроить систему кабельного обогрева. Для этого нагревательный контур пустить по периметру кровли или поместить его под стоком. Управлять таким обогревом можно вручную либо с помощью автоматики. [2]

Рис.4.Обогрев крыши.

Вывод по второй главе. Сравнение кровельных покрытий выявило наиболее подходящий материал. Им оказался профнастил. Проведение опыта на выявление покрытия, на котором быстрее тает снег показало, что на профнастил- более эффективен. На опыте доказали правильность выбора воронкообразной конструкции крыши. Предложили установить нагревательный контур для того, чтобы не было ледяных пробок. Изготовленный макет демонстрирует предложенный вариант новой конструкции крыши. Приложение 3

Заключение.

Перспективы дальнейшего исследования проблемы мы видим в более подробном изучении кровельных покрытий. Работа может быть использована для проведения дальнейших исследований при практическом применении. Данной работой мы хотим привлечь внимание проектировщиков, архитекторов к будущим изменениям конструкций крыш, т.к. резервы воды на нашей планете не безграничны и они уже исчерпываются. Изменение конструкции крыши благотворно повлияет на эффективный сбор и использование воды, а главное- сбережение водных ресурсов. Приложение 2

В процессе написания работы я узнал виды крыш и кровельных покрытий, научился сопоставлять данные, проводить опыты.

Выявил мнения жителей города на проблему сбережения воды данным способом. Считаем, что гипотеза: смоделировав новую конструкцию крыши, мы сможем предложить эффективный способ сбора воды, подтвердилась.

Список литературы.

Современные кровли. Устройство и монтаж. Савельев А. А. Издательство «Аделант» 2011.г.

Крыши и кровли своими руками.  Плотникова Т.А. Издательство Эксмо

2013 г.

Все о кровле. Секреты мастера. Беспяткин Э. Издательство «Питер» 2015г.

Источники

https://cyberpedia.su/12x11b46.html Истощение ресурсов пресной воды.

http://goodkrovlya.com/ustrojstvo/vidy/vidy-krysh-domov. Какие бывают виды и формы крыш домов – от простого к сложному

www.zagadochnaya-sila.ru/mesto/ Климат в Сызрани

https://www.gismeteo.ru/weather-syzran Погода в Сызрани

Приложение 1. Выпадение осадков в зимние месяцы.

Приложение 2.

Приложение 3. Модель новой конструкции крыши.

Просмотров работы: 14