Антиобледенительные системы крыш

Антиобледенительные системы крыш // Ватерпас. 2001. №5. C.142-144


В последние годы антиобледенительные системы крыш (АСК) стали достаточно обычным элементом зданий и сооружений, начиная от навесов над магазинами и небольшими коттеджами и заканчивая крупнейшими зданиями. Обусловлено это прежде всего тем, что здания обрели конкретного собственника, и теперь наши обычные зимние проблемы, такие как протекающие крыши, испорченные фасады, оборванные лотки и водосточные трубы, сосульки и глыбы льда над головами у прохожих стали выражаться в определенной и достаточно большой сумме денег.

Это особенно актуально сейчас, когда происходят положительные изменения в строительном комплексе Украины, проектируются и строятся много уникальных зданий и сооружений. В то же время многие наши архитекторы забывают, что в Украине зимой выпадает снег, бывают заморозки и оттепели.

В климатических условиях Украины многие конструкции крыш просто обязаны иметь АСК, начиная от простейших систем при внутренних водостоках и заканчивая сложнейшими системами при нестандартной конфигурации кровли и множестве водосточных труб. Почему мы обращаем особое внимание на АСК, ведь кабельные системы отопления и подогрева достаточно хорошо известны и уже широко представлены на нашем рынке? Почему ЗАКАЗЧИКАМ необходимо быть особенно внимательными, выбирая оборудование и материалы, а также проектную и монтажную организации именно по системе антиобледенения крыш? Мы постараемся дать ответ на эти вопросы, чтобы ЗАКАЗЧИКИ не стали заложниками чьей-либо некомпетентности и неграмотности.

Чтобы правильно спроектировать и выполнить монтаж АСК, необходимо понимать и представлять себе следующее:

? механизм образования наледи;

? условия работы нагревательных кабелей;

? режимы работы нагревательных кабелей;

? конструкции и технические характеристики нагревательных кабелей.

1. Механизм образования наледи

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, то при наступлении отрицательной температуры она замерзает, превращаясь в лед. Поскольку необходимые условия для плавления (и скорость плавления) у льда и снега весьма различны, при следующем кратковременном и неповсеместном действии источника теплоты возможно не плавление, а, напротив, увеличение ледовой пробки. Такой механизм образования наледи может приводить к образованию ледяных заторов, пробок и сосулек длиной в десятки метров и весом в сотни килограмм.

Источниками теплоты являются:

Атмосферное тепло. Суточные температуры воздуха колеблются с амплитудой, достигающей 15?С, и при колебаниях в диапазоне от +3...+5?С днем до -6...-10?С 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, даже небольшой налет грязи резко увеличивает коэффициент поглощения. Кроме того, быстро нагреваются оголившиеся участки кровли и плавление идет с внутренней стороны слоя. Поэтому образование наледи весной идет более интенсивно, чем осенью.

Собственное тепловыделение кровли. Тепловыделение имеет место на любой кровле. В минимальной степени оно наблюдается на кровлях с проветриваемым чердаком (холодные кровли).

Однако распространившееся в последнее время использование чердачного пространства для проживания (мансарды) или для оборудования технического этажа (где устанавливается большое количество мощного оборудования для отопления, вентиляции и кондиционирования) резко меняет требования к традиционной конструкции кровли, что далеко не всегда учитывается проектантами и архитекторами. Недостаточно эффективная теплоизоляция и отсутствие продухов приводят к тому, что под поверхностью лежащего на кровле снега (представляющего собой неплохой тепло-изолятор) идет постоянное медленное плавление снега, причем этот процесс имеет место на всей поверхности кровли кроме самых ее краев. Такие кровли можно назвать теплыми. Для них характерно образование наледи в более широком диапазоне температур воздуха, что фактически может означать опасность сосулькообразования почти весь холодный сезон.

2. Условия работы нагревательных кабелей

Кабельные системы отопления и подогрева требуют очень точного расчета температурного режима нагревательных кабелей. Когда кабель находится в цементно-песчаной стяжке (как в системах подогрева пола или открытых площадей) или под слоем теплоизоляции (как в системах подогрева трубопроводов), т.е. в средах со стабильными характеристиками, эта задача достаточно легко выполнима, что обеспечивает надежность вышеуказанных систем даже при незначительных ошибках при проектировании и монтаже.

В АСК нагревательные кабели работают на открытом воздухе, т.е. подвергаются воздействию огромного количества случайных факторов: температуры наружного воздуха, солнечной радиации, направления и силы ветра, загрязнений на отдельных участках листвой или мусором. Эти факторы практически невозможно учесть при проектировании, и, когда к этим неизвестным добавляются свойства нагревательного кабеля, становится понятным, что для решения этой задачи требуются особые материалы и знания.

3. Режимы работы антиобледенительных систем

Главная задача АСК ? обеспечить освобождение лотков и водосточных труб во время снегопада, т.е. при температурах от +2 до -10...-15 ОС. Она должна включиться при начале снегопада и может быть отключена только после освобождения от снега и воды всего пути увода воды с крыши.

Работа антиобледенительных систем при температурах ниже -18..-20?С, 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 плавление снега и увод влаги по достаточно длинному пути нужны значительные электрические мощности. При разработке и монтаже АСК проектировщик должен обеспечить воде, появившейся в результате работы системы, свободный путь вплоть до полного увода с кровли и из водостоков. Существуют следующие границы установленных мощностей греющих частей АСК, определенные на основании практики:

? линейная мощность нагревательных кабелей, устанавливаемых на горизонтальных частях кровли, должна составлять ISO-250 Вт/м2 площади поверхности обогреваемой части (лоток, желоб и т.п.);

? удельная мощность нагревательного кабеля в водостоках должна составлять 20-30 Вт/м длины водостока и увеличиваться по мере увеличения длины водостока до 60-70 Вт/м.

Несоблюдение этих рекомендаций приводит к неработоспособности системы в указанном диапазоне температур, а значительное превышение приводит к перерасходу электрической мощности без какого-либо улучшения работы системы.



4. Конструкции и технические характеристики нагревательных кабелей

Основной элемент АСК ? нагревательные кабели. Именно они обеспечивают их эффективность и надежность.

Кроме того, очень важно учитывать технические характеристики и свойства нагревательных кабелей, чтобы правильно применять их.

Резистивные кабели

Тепловыделяющий элемент ? металлическая жила. Линейное тепловыделение ? от 5 до 30 Вт/м жестко фиксировано самой конструкцией и не зависит от внешних условий.

Особенности применения

Секции кабеля определенной конструкции имеют жестко фиксированную длину, в то время как у кровель размеры лотков и длины водостоков весьма разнятся. Это делает проектирование и монтаж АСК на резистивных кабелях достаточно трудоемкими и проект часто приходится корректировать при монтаже ?по месту?.

Следует принимать во внимание и особенности функционирования нагревательных кабелей с постоянным тепловыделением на реальной кровле. Потребность в теплоте существенно меняется от одного участка к другому: на горизонтальных участках лотков она имеет одно значение, в водостоках ? другое, на капельниках ? третье. В то же время теплоотдача резистивного кабеля по всей длине одинакова. Это приводит к тому, что на одних участках кабель перегревается, на других ? выделяемого им тепла может быть недостаточно для обеспечения удовлетворительного функционирования системы. На основании вышеизложенного, резистивные кабели, еще несколько лет назад достаточно широко используемые на кровлях, в том числе и благодаря их дешевизне, сегодня вытесняются другими типами кабелей.

Саморегулирующиеся кабели

Тепловыделяющий элемент ? специальная тепловыделяющая пластиковая матрица. Линейное тепловыделение ? от 6 до 90 Вт/м. Важная особенность саморегулирующихся кабелей состоит в том, что тепловыделение может изменяться по длине секции в зависимости от локальных теплопотерь. Фактически каждый участок кабеля ?приспосабливается? к окружающим именно его внешним условиям. Тепловыделение нормируется для стандартизованных условий и обычно входит в наименование кабеля.

Особенности применения

Кабель может быть использован произвольными длинами (oт 0,2 м до десятков метров), причем резка может производиться 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 кабель частично погружен в воду. В АСК на основе саморегулирующихся кабелей следует учитывать существенную разницу между пусковым и номинальным токами (2...4 раза), что должно быть учтено в типах пускорегулирующей аппаратуры и указано в сопроводительной документации на систему. Саморегулирующиеся кабели дороже резистивных, однако при разумном проактировании стоимость АСК на их основе превышает стоимость систем на резистивных кабелях лишь на 25-40%, поскольку необходимо меньше питающих кабелей и весьма экономно используется греющий кабель. Кроме того, эти системы более надежны и экономичны. АСК на саморегулирующихся кабелях в настоящее время завоевали абсолютное первенство в Норвегии, Финляндии, Швеции, Канаде.

Зональные кабели

Тепловыделяющий элемент ? спирально наложенная на две изолированные токопроводящие жилы проволока из сплава высокого сопротивления. Шаг соединения спирали с токоподводящими жилами ? примерно 1 м. Удельное тепловыделение ? от 15 до 70 Вт/м ? жестко фиксировано и не зависит от внешних условий.

Особенности применения

Зональные кабели во многом подобны резистивным, но имеют одно из преимуществ саморегулирующихся ? их можно резать непосредственно на объекте. Одно из немногих целесообразных применений зональных кабелей на кровлях ? использование их в длинных и сверхдлинных водостоках (40 м и более) большого диаметра (200 мм и более), а также в системах, где по условиям необходимо абсолютное отсутствие наледи. В этих случаях жесткая характеристика зонального кабеля становится его достоинством.

Основные общие требования к нагревательным кабелям: ? кабели греющей части размещены на кровле, что накладывает на них целый ряд специальных требований: стойкость к атмосферным осадкам, солнечной радиации, расширенный диапазон рабочих температур (от -40?С до +90?С), достаточно высокая механическая прочность оболочки и кабеля в целом;

? элементы АСК являются токопроводящими, причем, как правило, системы запитываются сетевым напряжением 220 или 380 В; поэтому весьма важно при проектировании всей системы удовлетворять требованиям электробезопасности;

? нагревательные кабели, применяемые на кровле, в обязательном порядке должны иметь двухслойную изоляцию, металлический экран любого исполнения (с сопротивлением не более чем у медной жилы сечением 1 мм2), оболочку, стойкую к солнечной радиации и атмосферным осадкам, обладающую достаточной механической прочностью. Те же требования предъявляются к оболочке кабелей распределительной сети.

Все вышесказанное позволяет сделать несколько общих выводов:

? антиобледенительные системы в основном работают в весенне-осенний периоды, а также во время оттепелей; работа системы в холодный период (-15...-20?С) не только не нужна, но может быть вредна;

? система должна быть оснащена датчиками температуры осадков и воды и соответствующим специализированным терморегулятором, который скорее можно назвать миниметеостанцией; она должна ó