Ochrona odgromowa dachów płaskich
Ochrona odgromowa dachów płaskich jest bardzo popularna, ponieważ wiele budynków, szczególnie o charakterze komercyjnym, ma konstrukcję właśnie z takim rodzajem dachu. Wynika to głównie z przeznaczenia budynków i w sumie naturalnego podejścia architekta do nadania końcowej bryły budynku. Dachy takie to niezwykle pożyteczne miejsce na lokowanie na nich urządzeń technologicznych, ponieważ urządzenia takie nie zabierają powierzchni w budynku, która może być wynajęta lub sprzedana. Ostatecznie dachy te rzadko pozostają zupełnie niezagospodarowane.
Zobacz także
dr. inż. Jarosław Wiater Ochrona domowych instalacji fotowoltaicznych przed skutkami wyładowań piorunowych i przepięć cz. 1
W Polsce tylko w roku 2019 zainstalowano ponad 104 tysiące mikroinstalacji fotowoltaicznych (PV) o łącznej mocy przekraczającej 680 MWp [1]. Chęć pozyskania „darmowej” energii elektrycznej oraz liczne...
W Polsce tylko w roku 2019 zainstalowano ponad 104 tysiące mikroinstalacji fotowoltaicznych (PV) o łącznej mocy przekraczającej 680 MWp [1]. Chęć pozyskania „darmowej” energii elektrycznej oraz liczne programy wsparcia tego rodzaju inwestycji przekładają się na tzw. boom, który przekracza założone prognozy [1]. Należy przypuszczać, iż w kolejnych latach instalacje PV staną się nieodzownym składnikiem instalacji elektrycznych. Należy jednak pamiętać, iż poza oczywistymi zaletami są również zagrożenia,...
dr. inż. Jarosław Wiater Ochrona domowych instalacji fotowoltaicznych przed skutkami wyładowań piorunowych i przepięć cz. 2
Decydując się na montaż systemu fotowoltaicznego, należy doposażyć obiekt w system ochrony odgromowej i przeciwprzepięciowej. Zgodnie z polskim prawem można tego nie robić, akceptując jednocześnie straty...
Decydując się na montaż systemu fotowoltaicznego, należy doposażyć obiekt w system ochrony odgromowej i przeciwprzepięciowej. Zgodnie z polskim prawem można tego nie robić, akceptując jednocześnie straty powstałe w skutek wyładowania piorunowego, przepięcia czy pożaru. Na wstępie, tak jak już wcześniej wspomniano, należy przeprowadzić analizę ryzyka, której wynik dostarcza informacji o wymaganym poziomie ochrony odgromowej (LPL), a co za tym idzie, jakie konkretnie rozwiązania techniczne należy zastosować,...
DEHN POLSKA sp. z o.o. Skuteczność zintegrowanych systemów ochrony przed przepięciami o częstotliwości sieciowej (POP) w instalacjach niskiego napięcia
Powszechna obecność wrażliwych urządzeń elektronicznych we współczesnych instalacjach niskiego napięcia modyfikuje wymagania w zakresie ich ochrony. Podczas gdy zagrożenia wywołane przejściowymi wyładowaniami...
Powszechna obecność wrażliwych urządzeń elektronicznych we współczesnych instalacjach niskiego napięcia modyfikuje wymagania w zakresie ich ochrony. Podczas gdy zagrożenia wywołane przejściowymi wyładowaniami atmosferycznymi są powszechnie uwzględniane w procesach projektowych, poważny problem eksploatacyjny stanowią długotrwałe wzrosty napięcia o częstotliwości sieciowej. Tradycyjne ograniczniki chroniące przed przepięciami atmosferycznymi i łączeniowymi (SPD) okazują się wobec nich nieskuteczne....
W artykule poruszono kwestie ochrony odgromowej dachów płaskich, jak również instalowanych na ich powierzchni urządzeń.
W artykule
|
StreszczenieW artykule przedstawiono zagadnienia związane z ochroną odgromową dachów płaskich. Zwrócono uwagę na aspekty związane z teoretycznym i obliczeniowym podejściem mającym za zadanie wskazać projektantowi drogę i metody rozwiązań dla ochrony odgromowej dachów, szczególnie dachów płaskich. Autor starał się przedstawić problematykę poruszanego zadania w możliwie szeroki sposób, koncentrując się na istocie sprawy. Ze względu na zakres poruszanej problematyki, zagadnienie zapewne nie jest wyczerpane, ale główne jej wątki zostały poruszone, co niewątpliwie pozwoli czytelnikowi na znalezienie drogi w poszukiwaniu rozwiązań w zakresie rozważanego tematu, szczególnie w omawianych przez artykuł normach. |
AbstractLightning protection of flat roofsThe article presents issues related to the lightning protection of flat roofs. Attention was paid to aspects related to the theoretical and computational approach aimed at showing the designer the way and methods of solutions for the lightning protection of roofs, especially flat roofs. The author tried to present the problem of the discussed task as broadly as possible, focusing on the essence of the matter. Due to the scope of the issues discussed, the issue is probably not give out, but its main threads have been raised, which will undoubtedly allow the reader to find a way to find solutions to the topic under consideration, especially by standards discussed in the article. |
Podejście projektowe do ochrony dachów płaskich
Rozwiązanie polegające na zastosowaniu ochrony odgromowej dachów płaskich można rozpocząć od obliczeń związanych z ryzykiem, które mogą pojawić się w postaci „strat w obiekcie i urządzeniu usługowym wskutek wyładowań piorunowych, zależnie od rocznej liczby wyładowań piorunowych oddziałujących na obiekt i urządzenia usługowe, prawdopodobieństwa wywołania szkody przez jedno z oddziałujących wyładowań piorunowych, średniej wartości pośrednich strat” [1]. Zdaniem autora obliczenia te powinny być przeprowadzone w pierwszej kolejności w oparciu o wytyczne określone w normie PN-EN 62305-2. Wyznaczona wartość ryzyka pozwala w pierwszym podejściu na ocenę konieczności instalacji urządzenia piorunochronnego. Wyniki obliczeń będą pomocne przy podejmowaniu decyzji w zakresie poziomu ochrony LPL (ang. lightning protection level), a dalej klasy urządzeń piorunochronnych LPS (ang. lightning protection system). Zgodnie z wieloarkuszową normą PN-EN 62305 występują cztery poziomy ochrony zgodnie z tabelą 1.
Tab. 1. Powiązanie poziomów ochrony odgromowej LPL z klasami urządzeń piorunochronnych LPS [1]
Na podstawie obliczeń ryzyka, projektant może symulować wiele rozwiązań możliwych do zastosowania w budynku, które pozwolą mu ustalić różny poziom LPL i LPS. Kwestia obliczeń ryzyka jest ujęta szeroko we wspomnianej powyżej normie, stąd te aspekty nie będą obecnie poruszane w tym artykule, ze względu na wielkość samego zagadnienia. Warto jednak wspomnieć, że projektant może symulować w takich obliczeniach np. zastosowane środki ochrony pożarowej, wielkości i lokalizacje układów zasilania, charakterystykę wbudowanej instalacji elektrycznej, prawdopodobieństwo porażenia istot żywych wskutek napięć krokowych czy dotykowych i szereg innych kwestii.
Gdy zostanie przeprowadzony proces określania poziomu ochrony odgromowej LPL oraz klasy urządzeń piorunochronnych LPS, wówczas można przystąpić do projektowania ochrony odgromowej obiektu. W naszym przypadku będą to obiekty z dachami płaskimi.
Do możliwie jak najlepszego zaprojektowania ochrony odgromowej dachu płaskiego, można posłużyć się dwoma metodami: metoda toczącej się kuli oraz metoda oczkowa. Pierwsza metoda jest uniwersalna dla każdego rodzaju dachu, zaś metoda oczkowa właściwie przeznaczona jest tylko do dachów płaskich (czyli dachów o nachyleniu nie większym niż 1/10).
Norma [2] podaje tabelę dość istotną z punktu widzenia ochrony odgromowej (tab. 2.).
Tab. 2. Maksymalne wartości promieni toczącej kuli, wymiarów siatki i kąta ochronnego odpowiadających klasom LPS
Tabela ta określa wielkość kuli lub wymiar siatki w zależności od przyjętej klasy LPS dla danego obiektu (klasę ochrony obiektu przyjmuje projektant w zależności od typu i przeznaczenia obiektu). Jest to punkt wyjścia do dalszych prac projektowych. Jeżeli do ochrony dachu płaskiego zostanie wybrana metoda toczącej się kuli, to w oparciu o klasę LPS wiemy, o jakim promieniu r kulę należy przetoczyć po dachu budynku – oczywiście w sposób wirtualny. Wszelkie powierzchnie dotykane taką kulą należy objąć ochroną, można to zobrazować jak na rysunku 1.
Na dachu płaskim będą rozmieszczane zwody poziome, mające za zadanie ochronić płaską powierzchnię dachu. Zwody te najlepiej rozmieszczać tak, aby zachować odpowiednią wielkość oka siatki, odpowiednią do klasy LPS. Odstęp od powierzchni dachu do zwodu poziomego układanej siatki zwodów, powinien być na tyle duży, aby kula wnikając przez taką siatkę, nie dotknęła powierzchni dachu, stąd istotne jest przy danym promieniu toczącej kuli zachować adekwatną siatkę zwodów poziomych zgodną z tabelą 2.
Rys. 1. Sprawdzenie powierzchni przeznaczonych do ochrony odgromowej i wyznaczenie stref bezpiecznych, gdzie r – promień toczącej się kuli [2]
Rys. 2. Wnikanie toczącej się kuli o promieniu r, przy ochronie zwodem poziomym i wyznaczanie wysokości h1 montażu zwodu nad chronionym dachem [2]
Rysunek 2. pokazuje wnikanie kuli przez siatkę zwodów poziomych – w tym celu należy zachować odpowiednią wysokość h1 zwodów poziomych od powierzchni dachu, tak by kula nie dotknęła powierzchni dachu.
Głębokość wnikania kuli przy danym wymiarze siatki zwodów poziomych można wyznaczyć graficznie. Można to także wyznaczyć obliczeniowo, w oparciu o wzór (1), czyli:
(1)
gdzie:
r – promień toczącej się kuli,
d – odległość między zwodami,
p – głębokość wnikania kuli.
W wspomnianej wcześniej metodzie oczkowej, w przypadku ochrony dachów płaskich z wykorzystaniem zwodów poziomych należy zwrócić uwagę na wymagania co do układania przewodów zwodów, czyli konieczność ich układania na krawędziach dachu, na częściach wystających dachu, na kalenicy dachu, jeżeli nachylenie przekracza 1/10 [3]. Sieć zwodów powinna umożliwić przepływ udaru prądowego pochodzącego od pioruna przez minimum dwie różne drogi przewodzące.
Możemy wyobrazić sobie dach płaski, który będzie chroniony zwodami. W celu skomplikowania zagadnienia ustalmy, że powierzchnia dachu nie może pełnić funkcji zwodu naturalnego, czyli nie jest wykonana z blachy o grubości min. 0,5 mm lub inwestor nie dopuszcza, aby taka blacha pełniła rolę zwodów ze względu na możliwe perforacje blachy przez wyładowania bezpośrednie. W tej sytuacji zostaną rozmieszczone zwody poziome w myśl omówionych powyżej zasad. Dachy takie rzadko stanowią pustą przestrzeń. Rozmieszczane są na nich elementy konstrukcyjne związane głównie z wentylacją i klimatyzacją budynku oraz wyposażeniem technicznym związanym z antenami, rozprowadzeniem koryt kablowych oraz coraz częściej panelami fotowoltaicznymi. W związku z tym, same zwody poziome nie wystarczą, będą one bowiem chronić powierzchnię dachu i rozpraszać (rozdzielać) prąd udarowy w momencie wyładowania atmosferycznego w kubaturę budynku. Z kolei urządzenia techniczne należy na dachu płaskim objąć dodatkowo ochroną zwodów pionowych, starając się tym samym ograniczyć możliwość bezpośredniego oddziaływania udarów prądowych pochodzących od piorunów. Zwody pionowe mają za zadanie utworzyć strefę wokół chronionego obiektu, dzięki czemu umieszczone w tej strefie obiekty nie będą narażone na bezpośrednie oddziaływanie prądów udarowych. Mogą być też zastosowane zwody poziome wysokie dla takich elementów. Rysunek 3. obrazuje w sposób schematyczny wymienione rodzaje zwodów.
Rys. 3. Przykład zwodów poziomych oraz pionowych w ochronie dachu płaskiego budynku, gdzie: 1 – zwody pionowe, 2 – zwody poziome wysokie, 3 – zwód poziomy niski, 4 – uchwyty dachowe do zwodów poziomych, 5 – zwody poziome prowadzone wzdłuż attyki budynku, 6 – przewód odprowadzający, 7 – połączenie kontrolne, 8 – uziom, 9 – elementy łączeniowe zwody poziome [3]
Rys. 4. Pojedynczy zwód pionowy, gdzie: A – wierzchołek zwodu, B – płaszczyzna odniesienia, OC promień przestrzeni ochronnej, h1, H – wysokość zwodu od płaszczyzny odniesienia przestrzeni poddawanej ochronie, α – kąt ochrony; oraz wykres zależności klasy LPS od wysokości zwodu H w odniesieniu do kąta ochrony α [2]
Pojedynczy zwód pionowy będzie obejmował ochroną obiekt na dachu poprzez przestrzeń o kształcie stożka, określoną przez kąt ochrony α, który jest równy „połowie kąta wierzchołkowego stożka i zależy od klasy LPS oraz wysokości zwodu” [2]. Kąt α określa wykres zależności klasy LPS i wysokości przyjętego zwodu pionowego (rys. 4.).
W przypadku zwodów poziomych wysokich (zwanych też podwyższonymi), przestrzeń chroniona powstaje poprzez minimum dwa zwody pionowe i rozciągnięty między nimi zwód poziomy. Przykład takiego rodzaju zwodu obrazuje rysunek 5.
Rys. 5. Zwód poziomy wysoki, gdzie: A – wierzchołek zwodu, B – płaszczyzna odniesienia, OC promień przestrzeni ochronnej, h1 – wysokość zwodu od płaszczyzny odniesienia przestrzeni poddawanej ochronie, α – kąt ochrony (według rysunku 4.) [2]
Rys. 6. Przykład zastosowania zwodu sworzniowego z główką (1), połączony do pręta zbrojeniowego lub pręta wewnętrznej sieci połączeń instalacji odgromowej (3) poprzez systemowy łącznik (2) [2]
Warto też zauważyć, że norma [2] dopuszcza nieobejmowanie ochroną odgromową za pomocą zwodów pionowych metalowych urządzeń dachowych, jeżeli ich wymiary nie przekraczają takich wartości jak: wysokość od poziomu dachu 0,3 m, całkowita powierzchnia nadbudówki 1,0 m2 oraz długość nadbudówki 2,0 m. Z kolei nieprzewodzące urządzenia dachowe wystające ponad powierzchnię utworzoną przez układ zwodów dachu nie więcej niż 0,5 m nie potrzebują ochrony poprzez dodatkowe zwody pionowe. Dzięki takiemu podejściu, możliwe jest nieobejmowanie ochroną wszelkich urządzeń dachowych, czyli norma pozwala na zachowanie umiaru w stosowaniu ochrony odgromowej.
Dachy płaskie to nie tylko dachy, na których przebywają urządzenia do obsługi technicznej budynku. Zdarzają się także dachy, które zostały przeznaczone na parkingi samochodowe. W tym przypadku zastosowanie tradycyjnych zwodów poziomych nie zda egzaminu. Stąd norma [3] proponuje zastosowanie zwodów w postaci bolców z główkami. „Bolce te mogą być połączone ze stalą zbrojeniową betonowego dachu” [3] albo z wyprowadzonymi w betonie drutami stalowo-ocynkowanymi w ramach wewnętrznej sieci połączeń instalacji odgromowej. Dachy płaskie przeznaczone na parkingi będą chronione przed bezpośrednim oddziaływaniem wyładowań atmosferycznych poprzez punktowe wystające z betonu bolce z główkami, rozmieszczone w odstępach, tworząc siatkę o okach według tabeli 2. Warto zauważyć, że w tym rozwiązaniu pojazdy na dachu nie są objęte ochroną odgromową – w tym celu projektant może podjąć inne kroki, np. zastosować zwody pionowe oraz poziome wysokie – w tym przypadku takie rozwiązanie może szpecić budynek, stąd ta metoda ochrony może być bojkotowana przez architekta czy nawet inwestora. W takim przypadku pozostaje np. zastosować napisy ostrzegawcze informujące o zakazie przebywania ludzi na parkingu w czasie burzy lub zastosowanie systemów elektronicznych z wczesną detekcją burzy i głosowym/świetlnym sygnalizowaniem o konieczności opuszczenia dachu, ze względu na zbliżającą się burzę i możliwe wyładowania atmosferyczne. Wykorzystuje się także elementy wyposażenia dachu jak słupy masztów oświetleniowych, jako naturalne zwody pionowe.
Materiały użyte do ochrony odgromowej
Norma [2] wskazuje na możliwość zastosowania wielu materiałów jako zwody. Będą to miedź, miedź ocynkowana, aluminium, stop aluminium, stal ocynkowana ogniowo oraz stal nierdzewna. Spośród wymienionych materiałów najbardziej popularna jest stal ocynkowana – decyduje o tym głównie cena, dlatego warto zatrzymać się przy tym materiale dłużej. Na dachu do utworzenia sieci zwodów poziomych wykorzystuje się stal ocynkowaną ogniowo w postaci drutów o średnicy 8 mm i minimalnym przekroju 50 mm2.
Na dachach, gdzie zachodzi konieczność łączenia elementów oddzielonych dylatacją lub elementów różnie zachowujących się podczas swojego istnienia pod wpływem otaczających warunków atmosferycznych, stosuje się taśmy ocynkowane o grubości min. 2,5 mm i przekroju 50 mm2, pod warunkiem, że względy mechaniczne i cieplne nie są istotne, w przeciwnym razie przekrój może zostać zwiększony do 60 mm2. Zamiast taśm można zastosować także linki stalowe o średnicy każdego drutu 1,7 mm i przekroju o tych samych zasadach jak w przypadku taśm. W przypadku linek wykonawcy stosują również inne materiały niż stal ocynkowaną, np. miedź lub aluminium. Warto także zaznaczyć, że utworzona siatka zwodów poziomych, w miejscach przecinania się prętów stanowi sztywną sieć, która nie zachowuje dostatecznej elastyczności – np. dochodzi do oderwania wsporników pod pręty zwodów poziomych niskich od powierzchni pokrycia dachowego, które zamiast podtrzymywać zwody, są na nich zawieszone. Elastyczność taka potrzebna jest ze względu na zmiany długości drutów tworzących siatkę zwodów na skutek zmian temperatury. Dlatego niektórzy producenci wskazują na potrzebę stosowania elastycznych połączeń w miejscu przecinania się prętów zwodów poziomych. O ile rozwiązanie to jest pomysłowe, to ze względu na koszt jego wykonania (dodatkowe elementy plus robocizna) tego typu propozycje potrafią być często bojkotowane przez wykonawców, a także przez samych inwestorów.
Przykłady takich połączeń elastycznych zobrazowano na rysunkach 7–9.
Rys. 7. Połączenia elastyczne między obróbką metalową attyki za pomocą taśm stalowych lub aluminiowych [4]
Rys. 8. Połączenia elastyczne za pomocą taśm stalowych lub aluminiowych między prętami zwodów poziomych w miejscu ich krzyżowania [4]
Rys. 9. Połączenia zwodów poziomych i pionowego oraz metalowego pokrycia dachowego za pomocą połączeń elastycznych: taśm stalowych lub aluminiowych i drutów stalowych izolowanych [5]
W ramach używanych materiałów do ochrony dachów należy stosować materiały jednorodne w ramach jednego systemu. Oznacza to, że należy unikać łączenia ze sobą różnych materiałów, jak np. elementów miedzianych z elementami stalowymi ocynkowanymi (chyba że część stalowa jest zabezpieczona przed korozją). Spowodowane jest to głównie rozpraszaniem się cząstek miedzi, które doprowadzają do korozji elementy stalowe – dotyczy to także miejsc, gdzie miedź nie dotyka bezpośrednio części stalowych [2]. Ponieważ ochrona dachów, w tym dachów płaskich, sprowadza się głównie do zastosowania zwodów pionowych i poziomych w powietrzu, stąd warto mieć na względzie wymogi normy [2] odnośnie stosowania materiałów w tym środowisku. Zwraca się uwagę, że minimalna średnica lub grubość drutu powinna być nie mniejsza niż 1,5 mm. Warstwa ocynku na elementach metalowych powinna być przeprowadzona metodą ogniową przy zapewnieniu powłoki o grubości do 50 µm (wyróżnia się ocynkowanie ogniowe metodą zanurzeniową oraz metodą Sendzimira, gdzie pierwsza metoda przewidziana do trudnych warunków atmosferycznych, wg obowiązujących klas korozyjności C3, C4, C5 – utrata roczna warstwy ochronnej od 0,7 do 8,4 µm/rok, zaś druga metoda dotyczy klas korozyjności C1, C2 z utratą roczną warstwy ochronnej od 0 do 0,7 µm/rok, wg normy PN-EN ISO 12944-2:2018-02). Należy unikać również połączeń w powietrzu miedzi lub stopów miedzi ze stalą, jeśli nie są spawane – w przeciwnym wypadku połączenia takie powinny być całkowicie pokryte cyną lub warstwą odporną wilgoć.
Podsumowanie
Tematyka ochrony dachów płaskich sama w sobie jest ciekawa i bywa często trudna, ponieważ jest wielowątkowa. Z pozoru proste zagadnienie komplikuje się w miarę rozpatrywania kolejnych okoliczności. Stąd istotne jest przeprowadzanie przez projektanta analizy ryzyka dla danego obiektu i zastosowanie na tej podstawie rozwiązań głównie opierających się na zwodach poziomych i pionowych. Rzetelne zaprojektowanie ochrony odgromowej wymaga także doświadczenia ze strony projektanta, im więcej wykonanych projektów, tym więcej pojawiających się niespodzianek do rozwiązania, które często prowadzą do zastosowania niecodziennych rozwiązań lub rozwiązań hybrydowych w oparciu o utarte metody. Dlatego pojawiały się głosy, że tematyka ochrony odgromowej powinna być przeprowadzana przez projektantów specjalizujących się w tych instalacjach i koncentrujących się wyłącznie na ich projektowaniu. O ile można zgodzić się z tym, że projekt instalacji odgromowej (w tym także uziemiającej) bywa trudny i czasochłonny, to jednak realizowanie przez projektanta wyłącznie tej instalacji nie zdaje w praktyce egzaminu, ze względu na fakt, że projektant instalacji elektrycznych ma w swoich obowiązkach projektowanie także innych składowych tej instalacji, nie tylko instalację odgromową. Artykuł przedstawia w zarysie aspekty ochrony odgromowej dachów płaskich, które w sumie można rozszerzyć także na inne rodzaje dachów. W artykule przedstawiono najważniejsze elementy ochrony odgromowej budynków z dachami płaskimi. Szczegółowe wymagania w tym względzie znajdują się w wieloarkuszowej normie PN-EN 62305 Ochrona odgromowa.
Literatura:
[1] PN-EN 62305-2 – Ochrona odgromowa. Część 2: Zarządzenia ryzykiem
[2] PN-EN 62305-3 – Ochrona odgromowa. Część 3: Uszkodzenia fizyczne obiektów i zagrożenia życia
[3] Instalacje odgromowe: https://www.an-kom.pl/baza-wiedzy/dla-wykonawcy-projektanta/instalacje-odgromowe/
[4] Odgromowy poradnik dekarza, firma Dehn: https://docplayer.pl/52498737-Odgromowy-poradnik-dekarza.html
[5] Zwody instalacji odgromowej na dachach budynków, Sowa A.: http://www.dachyplaskie.info.pl/technika-i-technologie/zwody-instalacji-odgromowej-na-dachach-obiektow-budowlanych-/
