Расчет и особенности систем антиобледенения наружных площадок

 

Проблемы зимней эксплуатации наружных площадок, входных групп зданий, дорожек, лестниц

Выбор установленной мощности обогрева наружной площадки

Инженерные решения по обогреву наружных площадок различного назначения

— 1-я группа площадок: входные группы зданий, лестничные площадки, ступени, мостики, террасы.

— 2-я группа площадок: пандусы, автостоянки.

— 3-я группа площадок: тротуары, пешеходные дорожки, автомобильные проезды.

Управление системами антиобледенения площадок

— Терморегулятор DEVIreg™ 850 IV с источником питания

 

Проблемы зимней эксплуатации наружных площадок, входных групп зданий, дорожек, лестниц

 

С наступлением зимы владельцы индивидуальных жилых домов, круглогодично эксплуатируемых дач и работники жилищно-коммунальных служб сталкиваются с хорошо знакомой проблемой, к примеру: вечером все радовались хорошей солнечной погоде, а утром обнаружили, что все вокруг засыпано плотным смерзшимся снегом или, что хуже, ступени лестниц, площадки и пешеходные дорожки покрылись хорошо примерзшим льдом!

Ручная очистка требует определенной аккуратности, так как, например, скребки для скалывания льда и фирна зачастую оставляют на поверхности асфальта или наземных облицовочных плиток неустранимые отметины. В последнее время зимняя погода характеризуется часто сменяющими друг друга оттепелями и заморозками, что доставляет определенные трудности эксплуатационным службам. Противогололедные реагенты в сочетании с обычным песком, конечно, помогают, но существует более современное решение в борьбе с обледенением: это — удобная, бесшумная, безопасная и экологически чистая автоматическая очистка наружных площадок от снега и льда — антиобледенительная система (АОС).

Саморегулирующийся контролируемый электрический кабель для обогрева всевозможных наружных площадок успешно применяется в странах со снежной зимой уже на протяжении 80 лет. Наружные АОС успешно растапливают лед и снег во входных группах зданий, на пешеходных переходах и автодорогах, на тротуарах, автомобильных стоянках, открытых лестничных пролетах и террасах, спортивных площадках, погрузочных дебаркадерах, въездных пандусах, мостах и даже на автомобильных трассах.

Выбор установленной мощности обогрева наружной площадки

 

Обогрев пешеходных и автомобильных подъездных дорог с целью предотвратить образование льда и скопление снега начали успешно применять в Западной Европе еще в середины ХХ века. Опыт применения кабельных систем обогрева показал, что принятые решения были правильными, подтверждающими оптимальные параметры таких систем.

Как известно, таяние снега и льда —— достаточно энергоемкий процесс, и в его основе лежит высокая теплоемкость воды во всех ее агрегатных состояниях. Поэтому весьма актуален вопрос об энергоэффективности кабельных систем обогрева, т.е. АОС должна решить свою задачу при умеренном потреблении электроэнергии. Это в значительной мере достигается применением современных систем управления с датчиками температуры, влажности и осадков, т.е. фактически представляющими собой мини-метеостанции.

Для расчета необходимой мощности АОС нужно четко представлять, что тепловой поток, создаваемый нагревательным кабелем, должен обеспечить эффективное таяние свежевыпавшего снега в динамическом режиме для предотвращения его накапливания и превращения в лед. Типовые параметры, которые обычно берутся в расчет системы антиобледенения: температура наружного воздуха —10 °С и выше при слабом ветре (5 м/с) и средней скорости выпадения снега (8 мм/час), в то время как при более низкой температуре выпадающий снег легкий и пушистый, и на открытых площадках при наличии ветра он обычно не накапливается и не превращается в лед. Поэтому терморегуляторы, управляющие обогревом, обычно настраиваются на автоматическое включение АОС при температуре выше —8...—3 °С.

Устанавливаемая удельная мощность складывается из трех составляющих:

  • энергозатраты на нагревание снега на 3...5 °С при слабом ветре и его динамичное таяние в процессе выпадения требуют потока тепла 150...180 Вт/м²;
  • мощность теплового потока теплоотдачи с поверхности снега или талой воды, рассеивающегося в воздушное пространство, составляет 170...200 Вт/м²;
  • потери тепла через ограждающие конструкции: 35...100 Вт/м².

Основной задачей системы явля­ется плавление льда и снега, т.е. поддержание температуры на поверхности на несколько градусов выше 0 °С. Мощность потока тепла, справляющегося со своей задачей (таяние снега и льда), должна быть тем больше, чем ниже желательная температура воздуха, при которой будет начинаться процесс таяния. В приведенной таблице приве­дены значения удельной мощности (Вт/м²) и температуры окружающего воздуха, при которых система обеспечивает та­яние льда и снега, поддерживая температуру поверхности на уровне +3 °С. В расчетах коэффициент теплоотдачи с поверхности снега принят равным 23 Вт/(м²·К).

Удельная мощность, Вт/м² Мин. температура воздуха, °С, при температуре заснеженной поверхности +3
250 -8
300 -10
350 -12
400 -14
550 -21

 

Если пользователь АОС не располагает необходимой выделенной мощностью, можно организовать так называемое «веерное включение» системы обогрева. Для этого надо разбить всю площадь обогрева на две или более зон и обогревать площадку последовательно, частями.

Есть еще один способ: при проектировании уменьшить зону обогрева — например, обогреть только две колесные колеи вместо площади всего проезда для автомобиля и т.д. При ограниченной разрешенной мощности можно спроектировать заранее систему обогрева с мощностью на 20...30 % меньше. В таком случае температура воздуха, при которой может начаться таяние снега, повышается, и процесс таяния выпавшего снега будет более длительным. При пониженной мощности следует предусмотреть слой теплоизоляции, что ускорит процесс таяния и уменьшит расход электроэнергии.

Преимущества теплоизоляции очевидны для отдельно расположенных конструкций, таких как пандусы или мосты, лестницы и других. Кроме того, она должна предусматриваться для свободных сторон конструкций.

Толщина теплоизоляции, мм Нисходящие теплопотери, %
Без изоляции 36
20 23
50 15
100 9

Как видно из таблицы, уменьшаются теплопотери системы обогрева, например моста при увеличении толщины слоя теплоизоляции. В приведенном примере температура воздуха —3 °С и скорость ветра 4,5 м/с.

Инженерные решения по обогреву наружных площадок различного назначения

 

Системы стаивания снега и льда, разработанные компанией DEVI, могут обогревать площадки, покрытые асфальтом, бетоном, натуральным камнем, керамогранитом или тротуарной плиткой. Поддерживая наружную поверхность свободной ото льда и снега, АОС, управляемая терморегулятором-метеостанцией, следит за атмосферными осадками и при правильной настройке включает обогрев, как только возникает опасность обледенения или накопления снега. Таким образом, задача антиобледенительной системы наружных площадок — не устранять последствия снегопада и заморозков, а предотвращать нежелательные явления. Такая ориентация работы системы повышает в целом ее экономичность.

Для снижения теплопотерь и увеличения экономичности особенно рекомендуется устанавливать теплоизоляционный слой в системах обогрева наружных площадок. Обычно это экструдированный жесткий пенополистирол с плотностью 30...50 кг/м3 и толщиной от 50 до 200 мм. Этот материал выдерживает нагрузку от проезжающих большегрузных автомобилей, если будет покрыт слоем бетона толщиной не менее 50 мм.

Компания DEVI предлагает целый набор нагревательных кабелей и матов, предназначенных для обогрева наружных площадок, ступеней открытых террас. Это — кабели DEVIsnow™ 30T, DEVIsafe™ 20T, DEVIbasic™ 20S, DEVIasphalt™ 30T (с погонной мощностью 20 или 30 Вт/м), DEVIsport™ (погонная мощность определяется расчетом) и маты DEVIsnow™ 300T, DEVIasphalt™ 300T (с удельной мощностью 300 Вт/м²). Нагревательные кабели выбираются из существующей номенклатуры заводских нагревательных секций с такой номинальной мощностью, чтобы на 1 м² обогреваемой площади приходилось 300...500 Вт/м² в соответствии с приведенными рекомендациями в настоящей статье или в Техническом каталоге DEVI. Шаг укладки (расстояние от центра одной кабельной петли до центра соседней) определяется простым делением величины площади обогрева на длину выбранной нагревательной секции.

Рассмотрим структуру обогреваемых площадок различного назначения.

1-я группа площадок: входные группы зданий, лестничные площадки, ступени, мостики, террасы.

 

  1. Верхний слой — бетонная плита или наливной пол.
  2. Нагревательный кабель DEVIsnow™ 30T, DEVIsafe™ 20T, DEVIbasic™ 20S в стяжке
  3. Монтажная лента DEVIfast, DEVIclip™ или арматурная сетка.
  4. Основание с хорошей теплопроводностью (бетон).
  5. Теплоизоляция (опционально).

2-я группа площадок: пандусы, автостоянки.

 

  1. Верхний слой — бетонная плита, асфальтовая мастика или асфальтобетон.
  2. Песчаная подушка, бетон или асфальтобетон.
  3. Нагревательный кабель DEVIsnow™ 30T, DEVIsafe™ 20T, DEVIbasic™ 20S, DEVIasphalt™ 30T.
  4. Монтажная лента DEVIfast, DEVIclip™ или арматурная сетка.
  5. Несущий слой из щебня/бетона существующего слоя асфальта.
  6. Изоляция (опционально, улучшает тепловые характеристики несущего слоя).
  7. Грунт.

 

Примечание. Если нагревательные кабели или маты заливаются напрямую асфальтовой мастикой или устанавливаются в горячий асфальтобетон, то в этом случае следует устанавливать кабели DEVIasphalt™ 30T или нагревательные маты DEVIasphalt™ 300T, способные в течение короткого времени выдерживать температуру 240 °С.

Справка. Асфальтовая мастика представляет собой густую смесь, состоящую из би­тума и наполнителей (щебень, песок, известняковый порошок). При ис­пользовании асфальтовой мастики с нагревательными кабелями в качестве наполнителя необходимо использовать щебень небольших фракций (с характерным размером до 8 мм).

Дорожный асфальтобетон обычно состоит из 5 % асфальтного/битум­ного цемента и 95 % наполнителя (щебень, песок и гравий). Необходимая температура для уклад­ки может меняться в зависимости от характеристик асфальта или битума, и обычно составляет 130...150 °С. Асфальтобетон следует укладывать в два слоя. Первый слой дорожного асфальта укладывается с помощью ручного катка. Укладка второго слоя допу­скается с применением легкого дорожного катка с нагрузкой до 500 кг. Общая толщина асфальтобетона не должна быть меньше 5 см.

3-я группа площадок: тротуары, пешеходные дорожки, автомобильные проезды.

 

  1. Верхний слой — плиты тротуарные или бетонная стяжка.
  2. Песчаная подушка.
  3. Нагревательный кабель DEVIsnow™ 30T, DEVIsafe™ 20T, DEVIbasic™ 20S.
  4. Монтажная лента DEVIfast, DEVIclip™ или арматурная сетка.
  5. Несущий слой щебня.
  6. Изоляция (опционально, улучшает тепловые характеристики несущего слоя).
  7. Грунт.

Крепление нагревательного кабеля

При установке нагревательного ка­беля рекомендуется использовать оцинко­ванную металлическую монтажную ленту DEVIfast™. Лента крепится к ос­нове (бетону) короткими (30...35 мм) гвоздями диаметром 3,5 мм и монтируется параллельны­ми линиями обычно с шагом 50 см или 2 м на каждый квадратный метр площади установки кабеля.

Управление системами антиобледенения площадок

 

В идеале — АОС должна включаться, когда начинает идти «мокрый снег», и выключаться с окончанием снегопада и полным таянием свежевыпавшего снега в обогреваемых зонах. Фактически количество дней с таким «мокрым снегопадом» и опасностью образования наледи в средней полосе России за весь осенне-зимне-весенний сезон эксплуатации обычно набирается не более 30–40. Поэтому «точная реакция» системы управления на погодные условия оказывается важнейшим фактором в задаче повышения энергоэффективности работы АОС.

Простейшая система управления, работающая в заранее установленном диапазоне температуры окружающего воздуха, например —7...+3 °С, не обеспечивает экономичную работу АОС, так как не контролирует текущее состояние площадки (лед, снег) и осадки, а просто работает в наиболее «опасном» температурном диапазоне. Однако практика показала, что работающие по этому принципу терморегуляторы (DEVIreg™ 316) оказались самыми востребованными для объектов обогрева с относительно небольшой установленной мощностью (до 6 кВт) благодаря своей невысокой стоимости. При эксплуатации DEVIreg™ 316 следует сочетать автоматическое управление с ручным отключением обогрева, когда наступает длительный период без атмосферных осадков.

Для управления простыми или маломощными системами рекомен­дуется использование терморегулятора с датчиком температуры покрытия площадки. Терморегулятор DEVIreg™ 330 (+5...45 °C) с креплением на DIN-рейку рекомен­дуется как стандартное решение. Для настенного монтажа или для установки на трубе также может использоваться DEVIreg™ 610 (IP44), который можно установить на улице. Альтернативой для контроля не­больших площадей около частных домов может быть комнатный настен­ный терморегулятор DEVIreg™ 130. Стандартные выносные датчики температуры терморегуляторов имеют 2-жильный провод длиной 3 метра. Нарастить его длину можно любым удобным способом. Например, при удлинении до 50 м вполне подойдет контрольный 2-жильный неэкранированный провод 2×1,5 мм².

Для крупных объектов с большой установленной мощностью (свыше 6 кВт) оправданно применение терморегулятора-метеостанции DEVIreg™ 850 IV с прецизионным цифровым управлением.

Терморегулятор DEVIreg™ 850 IV с источником питания

 

За счет точного контроля атмосферных осадков и состояния зон обогрева можно получить экономию электроэнергии до 75 % по сравнению с DEVIreg™ 316. По данным наблюдений за работой АОС в условиях снежной зимы при управлении DEVIreg™ 850 зарегистрировано общее время работы — 535 часов — с ноября по март. Это очень высокий показатель экономичности работы АОС, достигнутый благодаря прецизионному цифровому управлению.

Для больших антиобледенительных систем установленная мощность может составить несколько десятков киловатт, и на первый план выходит вопрос об экономичном управлении. В этом случае применение микропроцессорного терморегулятора DEVIreg™ 850 IV как нельзя кстати! Терморегулятор DEVIreg™ 850 IV 4-го поколения представляет собой «метеостанцию в миниатюре», которая различает осадки (снег/дождь), точно определяет моменты включения/выключения нагрева кабелей, основываясь на прецизионном измерении влажности и температуры, оценивает текущее состояние обогреваемой зоны и осуществляет самоконтроль возможных неисправностей. Контроль над состоянием площадки и текущими осадками осуществляется датчиками грунта D850 G1 Sensor, которых может быть от одного до четырех.

DEVIreg™ 850 IV имеет два непотенциальных выхода с нагрузочной способностью 16 А, 250 В и один выход «Alarm» для обеспечения самоконтроля работы аппарата. Прибор имеет информационный дисплей и устанавливается в электрощит на профиль DIN. В память аппарата заложены специальные программы управления АОС с различными алгоритмами управления для обогрева площадки (а также и крыши). Возможна модификация программ через порт RS232. Удобство цифровых датчиков с кодовым управлением заключается в том, что нет необходимости вести контрольную линию от каждого датчика к терморегулятору. Достаточно провести единую 4-проводную шину и в удобном месте подсоединить к ней любой из четырех датчиков. Датчики для площадок D850 G1 Sensor имеют конструкцию, максимально адаптированную к выполнению своих функций, а также высокую степень защиты от проникновения пыли и влаги (IP67) и допускают проезд по ним большегрузных автомобилей.

Установка максимального количества датчиков (4 шт.) и активация режима работы с «приоритетом», когда выбирается наиболее важная зона управления, которой отдается предпочтение в работе, обеспечивают наиболее экономичный режим работы.

При использовании терморегулятора-метеостанции оптимизация энергопотребления заключается в правильном подборе параметров управления: температуры таяния, чувствительности к влаге, базовой температуры, времени постпрогрева, применительно к конкретному объекту. Наиболее точно это можно сделать только в процессе эксплуатации, на что необходимо обращать внимание заказчика.

Терморегулятор DEVIreg™ 850 IV быстро завоевал популярность благодаря высокой надежности, удобству в работе и высокой экономичности управления. На дисплей выводится подробная информация о режиме работы системы, параметрах настройки и состоянии датчиков.

Наверх