Системы антиобледенения (snow melting, de-icing systems), появившись в арсенале проектировщиков сравнительно недавно, быстро завоевали признание. Использование таких систем позволяет исключить сколько-нибудь заметное образование наледи на краю кровли и в других местах ее наиболее вероятного появления.
Появление наледи опасно по нескольким причинам:
отрыв достаточно массивных ледовых масс создает реальную опасность для жизни людей и может стать причиной весьма значительного материального ущерба (повреждени автотранспорта и т.п.);
повышенная механическая нагрузка на элементы кровли приводит к сокращению ее срока службы;
возможна задержка воды на поверхности кровли в осенне-весенний период из-за закрытости водостоков и желобов. Застой воды на кровле быстро приводит к протечкам и значительному материальному ущербу. Наиболее вероятные места повреждений - жилые этажи непосредственно под кровлей, части фасада здания вблизи ендов и водостоков;
необходимость механической очистки кровли, из-за которой резко снижаетс ее срок службы, а на отдельных участках появляются механические повреждения.
Осадки в виде снега, находясь на кровле, не представляют собой какой-либо опасности. Однако если создаются условия для таяния снега под действием какого-либо источника тепла, он превращается в воду. Если у образовавшейся талой воды отсутствуют пути для быстрого ухода с кровли, при наступлении соответствующей отрицательной температуры она замерзает, превращаясь в лед. Поскольку услови для таяния (и скорость плавления) у льда и снега различны, при следующем кратковременном действии источника теплоты возможно не таяние, а, напротив, увеличение ледовой пробки. Такой механизм образования наледи может приводить к образованию сосулек длиной в десятки метров и весом в сотни килограмм.
Источниками тепла являются:
Атмосферное тепло. Если суточные температуры воздуха колеблются с амплитудой, достигающей 15 oС, то при колебаниях в диапазоне +3o - 5oС днем и - 6o - 10 oС ночью создаются наиболее благоприятные условия для образования наледи. Весной к ним можно добавить излучение Солнца. Хотя поверхности снега и льда отражают большую часть падающего на них излучения, но даже небольшой налет грязи резко увеличивает коэффициент поглощения. Кроме того, быстро нагреваются оголившиес участки кровли, и таяние идет с внутренней стороны слоя. Поэтому образование наледи весной всегда более интенсивно, чем осенью.
Собственное тепловыделение кровли. Тепловыделение имеет место на любой кровле. В минимальной степени это происходит на кровлях с проветриваемым чердаком. Однако распространившееся в последнее время использование чердачного пространства для проживания (мансарды), или в качестве технического этажа (где устанавливается большое количество мощного оборудования для отопления, вентиляции и кондиционирования) резко меняет требования к конструкции кровли. Недостаточно эффективная теплоизоляция приводит к тому, что под поверхностью лежащего на кровле снега (представляющего собой неплохой теплоизолятор) идет постоянное капельное таяние снега, причем, этот процесс происходит на всей поверхности крыши. Такие кровли можно назвать теплыми (рис. 1). Для них характерно образование наледи в более широком диапазоне температур воздуха, что фактически может означать опасность образования сосулек в течение почти всего холодного сезона.
На сегодняшний день наиболее распространенный способ борьбы с образованием наледей - применение систем антиобледенения на основе греющих кабелей.
Внедрение систем антиобледенения на основе греющих кабелей при условии правильного проектирования, учитывающего особенности конструкции кровли, позволяет полностью исключить образование наледи при сравнительно невысоких ценах и незначительном энергопотреблении и также обеспечить работоспособность системы организованного водостока в весенний и осенний периоды.
"Работа" систем антиобледенения при температурах ниже -18 0:-20 0С, как правило, не нужна. Во-первых, при таких температурах не идет образование наледи по первому механизму и резко уменьшается количество влаги по второму. Во-вторых, при этих условиях количество выпадающих осадков в виде снега также уменьшается.
В-третьих, на таяние снега и отвод влаги по достаточно длинному пути нужны большие электрические мощности.
При установке системы надо иметь в виду, что проектировщик должен обеспечить появившейся в результате "работы" системы воде свободный путь полного стока с кровли.
Существуют также границы мощностей греющей части систем, установленные на основании практики, несоблюдение которых приводит к неэффективному действию оборудования в указанном диапазоне температур, а значительное превышение последних приводит лишь к перерасходу электрической мощности без какого-либо улучшени работы системы.
К ним относятся:
удельные мощности греющих кабелей, устанавливаемых на горизонтальных частях кровли. Суммарная удельная мощность на единицу площади поверхности обогреваемой части (лоток, желоб и т.п.) должна составлять не менее 180-250 Вт/м2;
удельная мощность греющего кабеля в водостоках - соответствовать не менее 25-30 Вт/ на метр длины водостока и увеличивается по мере удлинения водостока до 60-70 Вт/м.
Все вышесказанное позволяет сделать несколько общих выводов:
Системы антиобледенения в основном "работают" лишь в весенний и осенний периоды, а также во время оттепелей. "Работа" системы в холодный период (-15o - 20oС) не только не нужна, но может быть вредна.
Систему необходимо оснастить датчиком температуры и соответствующим специализированным терморегулятором, который скорее можно назвать мини метеостанцией. Он должен управлять работой системы и допускать возможность подстройки параметров температуры с учетом конкретных особенностей климатической зоны, расположения и этажности здания.
Греющие кабели должны быть установлены на всем пути талой воды, начина с горизонтальных желобов и лотков, и заканчивая выходами из водостоков, а при наличии входов в ливневую канализацию - вплоть до коллекторов ниже глубины промерзания.
Необходимо соблюдать нормативы установленной мощности греющих кабелей дл различных частей системы - горизонтальных лотков и желобов, вертикальных водостоков.
Типовые, конструктивные решения
Основные задачи при конструировании кровельных систем антиобледенени - сделать ее эффективной, сравнительно недорогой, и применить такие способы крепления, которые не повреждали бы весьма ответственные узлы кровли и не портили бы внешний вид здания. При этом узлы крепления должны быть надежными, долговечными, и не повреждающими оболочку греющих кабелей.
Одним из основных принципов конструирования узлов креплени является применение тех же материалов, что и для кровли, либо совместимых с ними.
На рис. 3,4,5 показаны примеры укладки греющих и распределительных кабелей на различных (наиболее распространенных) узлах скатных кровель. Прежде всего, они относятся к кровлям, крытым оцинкованным железом, медными листами и металлочерепицей.
Следует заметить, что для мягких кровель применяются специальные методы не повреждающего крепления греющих кабелей. На получивших широкое распространение лотках снегозадержания и снегоудаления весьма целесообразна укладка греющих кабелей в бетонную (или цементно-песчаную стяжку). Это, кроме предохранени кабеля от повреждений, значительно повышает эффективность нагрева за счет использовани теплоаккумулирующих свойств бетона.
Требования безопасности
Основные требования предъявляются с точки зрения пожаро- и электробезопасности. Для их удовлетворения необходимо выполнить несколько условий:
в состав системы должны входить только греющие кабели, имеющие соответствующие сертификаты, в т.ч. обязателен сертификат пожаробезопасности. Как правило, это негорючие кабели или кабели, не поддерживающие горение. Для использовани в системах антиобледенения необходимы рекомендации производителя;
греющая часть системы должна быть оснащена УЗО или дифференциальным автоматом с током утечки не более 30мА (для требований электробезопасности - 10мА);
сложные системы антиобледенения необходимо разбивать на отдельные участки с токами утечки в каждой части, не превышающими указанные выше значения.
Греющие кабели основных производителей имеют все необходимые сертификаты и прошли многократную апробацию в составе систем антиобледенения.
Испытания и оценка эффективности
Испытания систем антиобледенения можно разделить на две группы: приемо-сдаточные и периодические.
Приемо-сдаточные испытания, как правило, начинаютс с испытаний сопротивления изоляции греющих и распределительных кабелей. Проводится тестирование УЗО (или дифавтоматов). Составляются соответствующие протоколы с указанием конкретных значений. Наиболее информативными являютс испытания на функционирование, в ходе которых проверяется эффективность работы системы.
Следует отметить, что системы антиобледенения не являются системами мгновенного действия. Они предназначены для работы в ждущем режиме, и включаютс сразу при появлении осадков. Если система была включена не вначале сезона, и на кровле накопился слой снега, ей понадобится время от 6 часов до суток дл его удаления.
Затруднения имеются при сдаче системы в теплое время года. При этом проверяется надлежащее функционирование управляющей аппаратуры, имитируютс сигналы с датчиков, проверяется переход системы в режим включения нагрузки, отключения лотков, а затем и отключения водостоков.
Периодические испытания проводятся, как правило, в начале осени для проверки технического состояния системы и подготовки ее к работе. Прежде всего, проверяется сопротивление изоляции для определения поврежденных участков. Затем проверяется состояние аппаратуры, проводится ее пробное включение. После проверки настроек терморегуляторов производится рабочее включение системы, и она остается работать в ждущем режиме.
Греющие кабели - классификации и особенности.
Греющие кабели - основной элемент системы антиобледенения, обеспечивающий их эффективность и надежность. Заметим, что в дальнейшем речь пойдет только о греющих кабелях, рекомендуемых к применению на кровлях, тогда как разнообразие типов и конструкций греющих кабелей и их применение в строительстве делает этот предмет достойным отдельной публикации. Указаны фирмы-производители, представленные в России.
Конструкции греющих кабелей
Резистивные кабели.
Тепловыделяющий элемент - металлическая жила - удельное тепловыделение жестко фиксировано самой конструкцией. Основные производители DE-VI (Дания), SST (Россия), CEILHEAT (Испания), ENSTO (Финляндия), ALCATEL (Норвегия).
Особенности применения.
Секции кабеля одной конструкции имеют жестко определенную длину, в то время как у кровель размеры лотков и длины водостоков весьма разная. Указанное свойство делает проектирование кровельных систем антиобледенения на резистивных кабелях трудоемким и неэффективным, поскольку, при их установке даже незначительное отклонение размеров от чертежей приводит к необходимости корректировки, а иногда даже полного изменения проекта.
Следует принимать во внимание и особенности функционирования греющего кабеля на реальной кровле.
Потребность в тепле существенно меняется от одного участка к другому: на горизонтальных лотках она имеет одно значение, в водостоках - другое, на капельниках - третье. Теплоотдача же резистивного кабеля совершенно одинакова. Это приводит к тому, что на одних участках кабель перегревается, на других - выделяемого им тепла может быть недостаточно для обеспечения удовлетворительного функционирования системы. В результате чего резистивные кабели, еще несколько лет назад достаточно широко использовавшиеся на кровли (в том числе и благодаря их дешевизне), сегодня почти не применяются.
Саморегулирующиеся кабели.
Тепловыделяющий элемент - специальная пластиковая матрица. Удельное тепловыделение - от 6 до 100 Вт/м - может изменяться по длине секции в зависимости от фактических потерь тепла. Каждый участок кабеля "приспосабливается" к окружающим его внешним условиям. Тепловыделение нормируется в жестко определенных условиях и обычно входит в наименование кабеля.
Основные производители: RAYCHEM (США), HEATTRACE (Великобритания), THERMON (США), ISOPAD (Германия). Кабели HEATTRACE поставляются на российский рынок под торговыми марками ССТ (Специальные Системы и Технология) и ALCATEL.
Разновидности.
Саморегулирующиеся кабели существенно различаются по типу материала матрицы и оболочки. Можно выделить группы кабелей на основе полиолефинов (полиэтиленов с различными добавками) и на основе фторопластов. Кабели второй группы отличаются весьма высокими характеристиками мощности, стойкостью к внешним воздействиям, но весьма дорогие. Для крыш применимы и кабели первой группы, но с обязательным указанием производителя, наличия UV-добавок, и рекомендациями по применению.
Особенности применения.
Кабель может быть использован произвольными длинами (от 0,2 до десятков метров), причем его резка может производится на объекте. Ограничение накладывается на предельную длину, которая для разных типов кабелей составляет от 60 до 150 м, что для всех типов кровель достаточно. Тепловыделение кабеля в условиях кровли больше номинального в 1,5 - 2 раза, поскольку во время "работы" он частично погружен в воду.
В системах на основе саморегулирующихся кабелей следует обращать внимание на существенную разницу в показателях пускового и номинального токов (от2 до 4 раз), что должно быть учтено в типах пускорегулирующей аппаратуры и указано в сопроводительной документации на систему. Саморегулирующиеся кабеля дороже резистивных, однако, при разумном проектировании, стоимость систем на их основе превышает стоимость системы на резистивных кабелях лишь на 15-25%, поскольку требуется меньше распределительных кабелей и весьма экономно используется греющий кабель. Кроме того, эти системы более надежны и экономичны.
Системы антиобледенения на саморегулирующихся кабелях в настоящее время завоевали абсолютное первенство в Норвегии, Финляндии, Швеции, Канаде.
Мы работаем с любыми типами нагревательных кабелей и предоставляем полный комплекс услуг от консультации и проектирования до монтажа и последующего сервисного обслуживания.
