Молниезащита металлической кровли

Вокруг металлических крыш сложились два противоположных мнения. Согласно первому, такая кровля уже является молниезащитой. Согласно второму, металл сильнее притягивает молнию, поэтому громоотвод обязателен. Оба суждения исходят из кровельного материала как главного критерия.

Первое мнение подтверждается не всегда. Лист может служить молниеприёмником лишь при достаточной толщине, надёжных соединениях между элементами, допустимости локального нагрева. Даже тогда системе нужны токоотводы, заземляющее устройство, соединения с внутренними конструкциями из металла: без отвода тока в грунт разряд пойдёт по элементам здания или электропроводке. Второе мнение некорректно по другой причине. Вероятность поражения определяется высотой сооружения, площадью, рельефом, окружающей застройкой, грозовой активностью региона, а проводимость крыши на неё не влияет.

Необходимость молниезащиты устанавливается характеристиками объекта по результатам оценки риска: расчёта ожидаемого числа поражений молнией, назначения здания, последствий повреждения. Два одинаковых по форме дома, один с металлочерепицей, другой с мягкой кровлей, при равных условиях получат одинаковый вывод о необходимости СМЗ. Различаться будет способ её выполнения.

ГОСТ Р 59789-2021 (п. 5.2.5) относит металлические листы, покрывающие сооружение, к естественным молниеприёмникам. Для этого между отдельными частями покрытия должна быть обеспечена надёжная электрическая непрерывность: пайка твёрдым припоем, сварка, обжатие, фальцовка, соединение винтами или болтами. Лист должен иметь не менее нормируемой толщины, а поверх металла не должно быть изолирующего материала. Значения толщины одинаковы для всех классов системы молниезащиты.

Какое значение применять, зависит от последствий прожога. Если прожог листа недопустим или нагрев его внутренней поверхности в месте удара может представлять опасность (например, под покрытием лежат горючие материалы), берут значение t. Если прожог допустим, достаточно t'.

Выбор между t и t' определяют по конструкции под крышей, подтверждают обследованием, поэтому одно название кровельного материала решения не даёт.

Кровельную поверхность исключают из состава молниеприёмной части, если толщина листа меньше нормы. Стальной лист тоньше 0,5 мм не подходит даже при допустимом прожоге. Для кровель с деревянной стропильной системой, утеплителем, гидроизоляцией под металлом действует значение t, то есть 4 мм для стали. Кровельные материалы такой толщины на скатных крышах не применяются, поэтому металлочерепицу и профнастил на жилых домах чаще всего не принимают за молниеприёмник.

Покрытие не используют также при отсутствии подтверждённой электрической непрерывности между листами или при наличии изолирующего слоя. Отсюда возникает путаница в запросах вида «молниеприёмники нельзя ставить на металлическую кровлю»: ограничение относится к использованию самого покрытия в качестве молниеприёмника. Отдельные молниеприёмники на крыше из металла устанавливать допускается, их крепление к покрытию рассмотрено в разделе о монтаже.

Тип покрытия определяет толщину листа, способ соединения элементов, варианты крепления деталей СМЗ.

При молниезащите металлочерепицы учитывают толщину листа, которая составляет около 0,4-0,5 мм. Использовать такое покрытие как молниеприёмник можно при допустимом прожоге, а над деревянной обрешёткой с утеплителем этот вариант исключён. Листы металлочерепицы крепят к обрешётке саморезами с резиновыми уплотнителями, друг с другом соединяют внахлёст. Такие соединения рассчитаны на герметичность, стабильный электрический контакт между листами они не гарантируют, поэтому покрытие из отдельных модулей нельзя считать непрерывным проводником. Полимерный слой дополнительно затрудняет контакт с держателем, а при сверлении или зачистке повреждается, и на кромке начинается коррозия стали. По этой причине на металлочерепице чаще монтируют отдельные молниеприёмники по коньку, крепление выполняют так, чтобы сохранить покрытие.

Профилированный лист имеет те же особенности: тонкая оцинкованная сталь, нахлёст листов, крепление саморезами по гребню волны. Держатели для него подбирают под профиль, чтобы не деформировать лист.

Фальцевая кровля удобнее в этом отношении. Фальцовка названа в ГОСТ Р 59789-2021 допустимым способом обеспечения электрической непрерывности, а держатели молниеотводов закрепляют зажимами на стоячий фальц без отверстий в листе. Гидроизоляционные свойства материала сохраняются.

На крышах из меди, алюминия, цинк-титана металл деталей СМЗ выбирают с учётом электрохимической совместимости. При контакте разнородных металлов во влажной среде развивается гальваническая коррозия. Вода, стекающая с медной поверхности, разрушает расположенные ниже алюминий, цинк, оцинкованную сталь. Чаще применяют проводники, соединители, держатели из того же металла, что покрытие.

Чаще всего металлическую крышу выбирают для частных домов, складов, производственных корпусов, административных зданий. Покрытие ценят за небольшой вес, который не нагружает стропильную систему, срок службы в несколько десятилетий, негорючесть, быстрый монтаж, возможность перекрывать большие площади. Молниезащита зданий с кровлей из металла требуется на объектах разного назначения: само покрытие определяет конструктивное исполнение системы, а необходимость защиты устанавливается характеристиками сооружения.

Для складов, цехов, мастерских характерны большие площади крыши, а на ней вентиляция, технологическое оборудование, коммуникации. При молниезащите складских зданий с металлической кровлей проектировщик решает, можно ли использовать кровельную поверхность как естественный молниеприёмник, либо предусматривает отдельную систему, выступающее оборудование проверяет на попадание в зону защиты. Те же вопросы возникают для бытовок, технических помещений.

В частных домах чаще встречаются двускатные, четырёхскатные крыши из металлочерепицы, профлиста, фальца. Молниезащита двухскатной металлической кровли предполагает прокладку проводника по коньку, на четырёхскатной кровле из металлочерепицы он идёт по коньку, ребрам. Для коттеджей, дач, домов с железной крышей дополнительно учитывают дымоходы, антенны, мансардные окна.

На школах, детских садах, административных зданиях, где применяются системы молниезащиты, добавляются требования к размещению токоотводов с учётом входов, мест пребывания людей.

Сооружения со сложной геометрией крыши (башни, памятники с металлической крышей, наблюдательные вышки) требуют индивидуального решения, поскольку типовые схемы для простых скатных крыш к ним неприменимы.

Расчет начинают с характеристик самого объекта, после чего выбирают способ устройства молниеприемной части. Для крыши из металла отдельно проверяют, можно ли использовать покрытие как естественный молниеприемник или требуется самостоятельная система.

При проектировании учитывают:

• класс СМЗ;
• форму, размеры, уклон крыши;
• коньки, края, перепады высот, другие выступающие участки;
• материал покрытия, его толщину и конструкцию соединений;
• возможность использования кровли как естественного молниеприемника;
• места установки стержней, мачт или других молниеотводов;
• расположение токоотводов;
• разделительное расстояние до конструкций из металла и инженерных систем;
• точки подключения к заземляющему устройству;
• совместимость материалов крыши и компонентов СМЗ.

Токоотводы размещают по периметру здания с учётом фасада, водосточной системы, входов, окон. Их число определяется классом СМЗ, схемой молниеприёмников. Рассчитывают разделительное расстояние между элементами системы, конструкциями из металла, электрооборудованием, при необходимости предусматривают уравнивание потенциалов. Токоотводы подключают к заземляющему устройству, которое проектируют совместно с молниезащитой, как правило, общим с заземлением электроустановки. Материал крыши определяет выбор проводников, держателей, соединителей, поскольку от него зависит совместимость металлов, способ крепления.

Вентиляционные установки, трубы, антенны, технологическое оборудование, ограждения не защищены автоматически на том основании, что крыша из металла. Каждый выступающий элемент проверяют на попадание в зону защиты. Если элемент находится за её пределами, для него устанавливают отдельный молниеприёмник, как правило, на небольшой мачте или стержне рядом с оборудованием.

Конструкции из металла, пригодные по материалу, размерам, подключаемые к системе, соединяют с ней проводником. Оборудование, которое присоединять нельзя (электроприборы, антенные устройства, кабельные трассы), располагают на разделительном расстоянии от элементов СМЗ. Иначе при ударе возможно искрение между молниеприёмником и оборудованием, а вместе с ним повреждение электроприборов, опасный нагрев конструкций. Разделительное расстояние определяют расчётом по ГОСТ Р 59789-2021 для конкретной схемы.

Предпочтительный способ крепления – без нарушения кровельного покрытия. На фальцевой кровле держатели устанавливают зажимами на стоячий фальц, на профилированном листе используют держатели, рассчитанные на гребень волны. Для металлочерепицы применяют кронштейны, которые фиксируются к несущим элементам крыши под коньковой планкой или в местах, где крепёж уже предусмотрен конструкцией. Существующие элементы крыши, например, коньковые планки, допускается включать в систему при подтверждённой электрической непрерывности, подходящих материале и сечении.

Если без перфорации кровли не обойтись, например, при установке стержневого молниеприёмника на мачте, отверстия выполняют только под специальные держатели с уплотнительными прокладками. Крепёж подбирают совместимым по металлу с покрытием, заклёпки используют, когда нужна фиксация без деформации тонкого листа. Места установки герметизируют, повреждённое при сверлении защитное покрытие восстанавливают ремонтным составом. Резка абразивным инструментом оставляет на листе раскалённые частицы, которые прожигают оцинковку, полимерный слой, поэтому детали подгоняют до установки.

Совместимость металлов проверяют для каждого узла: ГОСТ Р 59789-2021 требует учитывать коррозионную стойкость, электрохимическую совместимость компонентов СМЗ. Держатель, соединитель, проводник, крепёж должны образовывать с металлом крыши пару, не склонную к гальванической коррозии. Там, где контакт разнородных металлов неизбежен, используют биметаллические соединители либо разделяют контактные поверхности, сохраняя при этом надёжное электрическое соединение элементов системы.

Ошибки проектирования
Металлическую кровлю принимают за готовый молниеприёмник без проверки её характеристик: толщины листа, конструкции под покрытием, наличия изолирующего слоя. Электрическую непрерывность между листами считают обеспеченной по умолчанию, хотя соединения на саморезах с полимерными уплотнителями её не гарантируют. Возможность прожога тонкого листа часто не оценивают, поэтому над горючими материалами кровельный металл работает как молниеприёмник без должного основания.
Оборудование, выступающее над крышей, выпадает из расчёта зоны защиты: вентиляция, антенны, трубы остаются вне неё, поскольку металл покрытия их не защищает. Молниеприемную часть рассматривают отдельно от токоотводов, заземления, хотя без отвода тока в грунт система не выполняет свою функцию.

Ошибки монтажа
Крепления повреждают материал крыши: отверстия остаются без герметизации, полимерный слой на кромках сверления не восстанавливают, в этих местах начинаются протечки, коррозия. Детали системы подбирают без учёта электрохимической совместимости, например, медный проводник крепят к оцинкованной или алюминиевой кровле, что запускает гальваническую коррозию в местах контакта.

Нужен ли громоотвод на металлической крыше?
Необходимость молниезащиты определяется назначением, размерами, высотой, расположением здания по результатам оценки риска. Материал кровли на этот вывод не влияет, он определяет способ выполнения системы.

Притягивает ли металлическая кровля молнию?
Нет. Вероятность удара зависит от высоты сооружения, площади, рельефа, окружающей застройки, грозовой активности региона. Проводимость металла точку удара не определяет.

Можно ли использовать металлочерепицу как молниеприёмник?
Как правило, нет. Лист металлочерепицы имеет толщину около 0,4-0,5 мм, под ним обычно расположены горючие материалы, а соединения на саморезах с полимерными уплотнителями не гарантируют электрическую непрерывность. Поэтому молниезащиту кровли из металлочерепицы выполняют отдельной молниеприёмной системой.

Нужно ли заземлять металлическую кровлю?
Если покрытие используется как молниеприёмник (и это допустимо нормативными документами), его соединяют с токоотводами, заземляющим устройством. 

Можно ли установить молниеприёмник непосредственно на металлической крыше?
Да, такая установка допускается. Держатели крепят к фальцу зажимами либо через отверстия с герметизацией, материал элементов подбирают по электрохимической совместимости с металлом покрытия.