Антиобледенительная система — эффективное решение проблем зимней эксплуатации крыш

 

«Идеальная крыша». Механизм и последствия образования наледи на крышах

Системы антиобледенения

Кабельные антиобледенительные системы

Типы, номенклатура и способы монтажа нагревательных кабелей

Системы управления АОС крыш

    Терморегулятор DEVIreg™ 850 с источником питания

    Датчик крыши D850 R1 Sensor

 

Если заранее подготовиться к зиме, используя современные технологии, то не придется с тревогой наблюдать обледеневшие карнизы и сосульки на водостоках зданий и гадать: упадет или не упадет ледяная глыба на припаркованный у дома автомобиль. С наступлением первых снегопадов начинаются проблемы, связанные с эксплуатацией крыш строений в «неудобное» время заморозков и оттепелей. Наледи и сосульки, приобретающие угрожающие размеры за несколько часов, доставляют много неприятностей не только жителям загородных домов и работникам городского жилищно-коммунального хозяйства, но также автовладельцам и пешеходам, вынужденным обходить «опасную зону» стороной.

 

«Идеальная крыша». Механизм и последствия образования наледи на крышах

Известно, чем проще крыша и круче уклон ее скатов, тем меньше вероятность накопления снежного покрова и угрозы обледенения кровельного покрытия. Лучшей для схода снега в условиях средней полосы России считается простая скатная крыша с уклоном не менее 30°. Наблюдения показывают, что снег не задерживается на крышах с уклоном 40...60° с достаточно гладким кровельным покрытием. Наличие холодного проветриваемого чердака, хорошей теплоизоляции (200-мм минваты) и системы проветривания мансардной кровли, отсутствие желобов и водоотбойников также благоприятный фактор. В то время как мансардные окна, башенки, горизонтальные площадки, внутренние разжелобки (ендовы), сопряжения и карманы, образованные выступающими частями, напротив, только способствуют формированию снежного покрова на крыше и, как следствие, ведут к образованию наледи и сосулек на кровле и водосточных системах. Теперь мы знаем, какой должна быть «идеальная крыша», для которой никогда не будет проблем в период зимней эксплуатации. Для тех, кому такая крыша покажется простой по дизайну, придется приспосабливаться к непредсказуемости наших российских зим: выбирать методы защиты водостоков, карнизов, ендов и других участков крыш от обледенения и бороться с протечками кровли.

Чаще и больше всего льда образуется не холодной зимой, а ранней весной или поздней осенью, во время оттепелей и заморозков, когда дневная температура доходит до +3...+5 °С, а ночная опускается до —6...—10 °С. Особенно благоприятные условия для образования сосулек наступают, если зима относительно теплая и снежная. Нижний температурный порог включения антиобледенительной системы выбирается из диапазона —6...—15 °С, так как при более низкой температуре воздуха падающий пушистый снег не уплотняется и не превращается в лед.

Причин образования наледи на крышах и в водосточных системах всего три: первая — обогрев солнцем лежащего на крыше снега, вторая — потери тепла через кровлю, третья — резкий перепад температуры от плюсовой к минусовой во время дневных оттепелей и последующих ночных заморозков. Лежащий на крыше снег под воздействием солнечных лучей, а также из-за утечки тепла на кровлю из внутренних помещений дома медленно, но неуклонно тает, вода стекает по скатам кровли на холодные карнизы, в желоба и водосточные труба. В результате в водоотводных желобах и водосточных трубах неизбежно образуются ледовые пробки, а на холодных карнизах — сосульки. Лед тает медленнее снега. Поэтому при положительной дневной температуре вновь поступающая талая вода, замерзая, лишь увеличивает «вчерашние» наледи.

Потери тепла через верхние перекрытия дома и кровлю приводят к тому, что температура в центральной части крыши становится выше температуры наружного воздуха. Причинами являются недостаточная теплозащита отапливаемого подкровельного пространства, плохая кровельная вентиляция, а часто и полное отсутствие таковой. Если погода на улице немного ниже нуля, температура центральной части кровли может быть уже плюсовая. Подтаявший снег на скатах постепенно сползает, что чревато лавинообразному обрушению снежно-ледовых масс при отсутствии систем снегозадержания. Талая вода стекает по скатам кровли под слоем снега и замерзает на холодных свесах крыши, образуя сосульки и закупоривая водосток. В ендовах, на горизонтальных площадках и в «снеговых карманах» при таянии снега тоже появляются наледи.

Из-за накопления льда повышается механическая нагрузка на кровлю и на кронштейны крепления водосточных труб и желобов. Это может их повредить, что впоследствии потребует частичной или полной замены конструкций. Задержка воды на кровле из-за пробок в желобах и водостоках нередко приводит к протечкам, портящим верхние этажи зданий и части фасадов вблизи водосточных труб. Кроме того, в подкровельном пространстве появляется сырость, что, в свою очередь, снижает теплоизоляционные качества утеплителя, вызывает появление грибков и плесени на элементах стропильной конструкции.

 

Системы антиобледенения

Для того чтобы объективно представить все возможности и преимущества современных антиобледенительных электрокабельных систем, проведем краткий экскурс известных на сегодня альтернативных методов борьбы с наледью и сосульками на кровле.

  1. Ручное скалывание образовавшегося льда.
  2. «Расстрел» ледяных масс из брандспойтов сильной струей горячей воды под давлением 50...100 атмосфер.
  3. Организация «зимников» — закрывание листовым материалом водоприемных воронок.
  4. Полимерные сверхскользкие покрытия кровли.
  5. Электроимпульсный метод.
  6. Лазерный метод.
  7. Ультразвуковой метод.
  8. Кабельные антиобледенительные системы.

Очистка кровли от снега и льда с помощью лопаты и лома — малоэффективный, но активно применяемый в нашей стране способ. Кажущаяся дешевизна способа (0,4 евро) оборачивается последующими затратами на ремонт кровли и водосточной системы. Сомнительно и несовершенно также применение брандспойтной струи.

Назначение «зимников» — защитить водосточную трубу от обрыва с крыши. Этот способ не защищает от обледенения желобов и карнизов, но является простым и действенным способом, защищающим водосточную трубу от сплошного заполнения льдом.

Сверхскользкие полимерные гидрофобные покрытия, наносимые кистью, валиком или распылителем на проблемные участки кровли, после отверждения специальных растворов (на основе кремнийорганики или фторопластов) образуют пленку с практически нулевым коэффициентом трения со льдом. Стоимость состава — 3,3...5 евро/м2. Снег сползает с крыши, не накапливаясь даже при небольших уклонах кровли. Гидрофобные покрытия выполняют свою функцию на протяжении 2–3 лет, после чего требуют замены.

Электроимпульсный метод не препятствует образованию наледи, а удаляет уже скопившуюся. Под поверхностью жестяной кровли устанавливают индукционные катушки, создающие микровибрацию листов кровли в пределах упругой деформации, что приводит к отрыву небольшой наледи. Разновидность метода: использование на карнизах и воронках специального вибропровода, передающего механический импульс с подобранными амплитудой, частотой и скважностью. Метод активно используется в авиации, но не нашел широкого применения в борьбе с обледенением карнизов. Цена 1 метра вибропровода — 20–60 евро.

Лазерный метод основан на применении компактного щелевого CO2-лазера с мощностью электромагнитного пучка порядка 250 Вт. Как и предыдущий метод, он ориентирован на удаление образовавшейся наледи и является одним из самых дорогостоящих. Широкое внедрение таких установок в практику требует значительных материальных вложений. Тщательный технико-экономический анализ такого проекта не подтвердил его эффективность.

Ультразвуковой метод — по сути, одна из разновидностей общей концепции борьбы с уже образовавшимися сосульками. Специальное устройство формирует мощный ультразвуковой импульс, приводящий к физическому разрушению сосулек. Способ эффективен в очень ограниченных случаях: небольшие карнизы и водостоки определенного вида. Достоинство метода — малая потребляемая мощность, но у него есть и недостатки: ограниченность применения, затраты на обслуживание квалифицированным персоналом, волновое воздействие на человека, дороговизна (200 евро/1 м карниза). Ультразвуковой метод практически не применим для протяженных участков желоба, капельников и не предназначен для разрушения больших сосулек и льда, забивающего вертикальные водостоки. На сегодняшний день ультразвуковой метод так и остался экзотической новинкой, хотя был изобретен еще в 60-х годах ХХ века.

Во всех перечисленных выше способах удаления сосулек требуется дополнительный контролирующий персонал или проведение дорогостоящих организационно-технических мероприятий для обеспечения безопасного удаления сосулек с крыши здания. По этой причине предпочтение отдается системам профилактики формирования наледи: использование гидрофобных антиобледенительных композиций и установка антиобледенительных систем электрокабельного обогрева.

 

Кабельные антиобледенительные системы

Самыми совершенными на сегодняшний день являются кабельные антиобледенительные системы (АОС). Их называют еще системами снеготаяния. Принцип действия АОС очень прост. На крыше, в местах возможного образования сосулек и наледи, а также в системах водослива прокладывают нагревательный кабель. Выпадающий снег не успевает накапливаться, тает и стекает в виде воды по водостокам. Особенность метода заключается не в борьбе с наледью и сосульками, а в предотвращении их образования, что гарантирует долголетнюю службу кровли и водосточных систем. Не дать воде замерзнуть на элементах кровли и в водостоках, обеспечить возможность ее отвода по водостокам в ливневую канализацию — главная задача кабельной АОС. Кстати, заметим, что для обеспечения таяния снега в режиме выпадения и поддержания схода талой воды на отмостку здания или в дренажную систему требуется значительно меньший расход электроэнергии, чем для растапливания уже образовавшегося льда.

АОС включает в себя: 1) нагревательные кабели с соответствующими элементами их крепления в ендовах крыш, желобах, карнизах и вертикальных водостоках; 2) силовую цепь питания, информационную сеть, передающую сигналы от датчиков к системе управления и распределительных коробок для соединения отдельных нагревательных секций в единую сеть; 3) автоматическую систему управления, состоящую из терморегуляторов, датчиков температуры и влажности, а также контакторы, коммутирующие силовые цепи нагревательных кабелей, и защитную аппаратуру (автоматические выключатели и устройства защитного отключения).

Основные параметры АОС — устанавливаемая удельная мощность (Вт/м2) на обогреваемых карнизах и ендовах крыши и погонная мощность (Вт/м), то есть мощность, необходимая для обогрева одного погонного метра желоба или водосточной трубы. В ендовах и «карманах» крыш удельная мощность устанавливается в пределах 250...500 Вт/м2, в желобах и вертикальных водостоках — 30...50 Вт/м2 для «холодных», хорошо теплоизолированных крыш и 40...100 Вт/м2 — для плохих, «теплых» крыш с большим поступлением тепла на кровлю. Помимо типа крыши при выборе устанавливаемой мощности специалисты учитывают следующие факторы: материал и крутизна элементов водослива кровли, протяженность и диаметр водосточных труб, конфигурация капельника (края карниза), расположение желобов по сторонам света, характерное направление ветра и другие.

Среди нагревательных кабелей наибольшее применение нашли (1) резистивные, с постоянной погонной мощностью теплоотдачи и (2) саморегулирующиеся, с переменной теплоотдачей, зависящей от внешней температуры и наличия влаги на поверхности кабеля. Современные кабели рассчитаны на длительную эксплуатацию (более 20...30 лет) в жестких условиях: солнечный ультрафиолет, химические вещества в дождевых водах, интенсивный нагрев в летнее время до +70 °С и более. В качестве изоляционных материалов применяются фторполимеры, кремнийорганический каучук, УФ-стабильный поливинилхлорид. По данным производителей, резистивные кабели обычно имеют более длительный гарантийный срок эксплуатации, чем саморегулирующиеся. Они дешевле последних в 4...5 раз, однако отдельные участки резистивных кабелей, не покрытые снегом, могут работать «вхолостую», неэкономно расходуя электроэнергию. Саморегулирующиеся кабели автоматически подстраиваются под внешние условия, увеличивая теплоотдачу при понижении внешней температуры или нахождении во влажной среде (мокрый снег, вода). Важное преимущество саморегулирующихся кабелей перед резистивными — резкое уменьшение температуры на поверхности кабеля при возникновении условий, затрудняющих теплоотдачу. Благодаря этому свойству саморегулирующиеся нагревательные секции не могут перегреться и выйти из строя при пересечении двух линий друг с другом. Эти кабели, проложенные в желобах, не боятся присутствующей опавшей листвы и хвои, что для резистивных кабелей недопустимо. Еще одно немаловажное преимущество саморегулирующихся кабелей — возможность отрезания от бобины кабеля требуемой длины (но не больше максимальной длины, определяемой температурой включения кабеля — см. табл. в Техническом каталоге DEVI).

 

Типы, номенклатура и способы монтажа нагревательных кабелей

Специалисты компании DEVI разработали всевозможные приспособления, пластиковые клипы, зажимы, струбцины и монтажные ленты для закрепления нагревательных кабелей всех типов на участках кровель с различным покрытием, в настенных и подвесных желобах, на карнизах, в капельниках (где растут сосульки) и водосточных трубах.

При установке в водосточной системе наиболее часто кабели закрепляются в две или четыре линии на двойной монтажной ленте, которая в водосливах выполняет также роль разгрузочного элемента, заменяя трос, лавсановый канат или цепь. Ширина обогреваемых дорожек в ендовах и на карнизах зависит от многих факторов и может быть от 0,2 до 1 м.

Схема установки кабеля: параллельные линии или зигзаг. В любом случае шаг укладки кабеля должен выбираться таким, чтобы была обеспечена требуемая удельная установленная мощность, максимальное значение которой составляет 350 Вт/м². Для крепления кабеля в зоне обогреваемых дорожек применяются: одинарная монтажная лента, алюминиевая клейкая лента повышенной прочности (на пологих участках кровли), двойная монтажная лента (на мягких и мембранных кровлях), специальные пластиковые зажимы для металлочерепицы или натуральной керамической черепицы. Для различной металлической кровли имеется монтажная лента, изготовленная из оцинкованной стали, меди или нержавеющей стали. Это позволяет избежать гальванической коррозии из-за контакта разнородных металлов. Шаг элементов крепления обычно составляет 0,3...0,5 м. Опыт эксплуатации АОС крыш привел к созданию ряда правил, которые следует неукоснительно соблюдать.

 

  1. При наличии опасности схождения снега и повреждения нагревательного кабеля следует защищать обогреваемые дорожки металлическими листами. Если АОС устанавливается в процессе монтажа кровли, то можно установить кабели под металлическим кровельным покрытием, строго соблюдая рекомендации специалистов DEVI.
  2. Нижняя часть водосточных труб требует усиленного обогрева: при диаметре труб 120...160 мм следует закрепить четыре линии кабеля с погонной мощностью 30 Вт/м.
  3. На битумных кровлях и в пластиковых желобах следует устанавливать нагревательный кабель с погонной мощностью не более 20 Вт/м.
  4. Успешная работа АОС во многом определяется удачным выбором места установки универсального цифрового датчика температуры/влажности D850 R1 Sensor. Необходимо внимательно подойти к рекомендациям по установке датчиков терморегулятора DEVIreg™ 850 IV.

Компания DEVI подготовила Каталог стандартных решений для проектирования и монтажа АОС крыш. Каталог включает всевозможные варианты схем установки нагревательных кабелей, специально разработанные узлы подвода питания в зоны обогрева на крышах, а также множество вариантов компоновки электрощитов DEVIbox для обеспечения питанием и управлением АОС.

DEVI предлагает для АОС крыш надежные, проверенные практикой резистивные двухжильные нагревательные кабели DEVIsnow™ 30Т (30 Вт/м) и DEVIsafe™ 20Т (20 Вт/м). Кабели удовлетворяют жестким требованиям класса М2 международного стандарта 60800:2009 и имеют гарантийный срок 20 лет. Саморегулирующиеся «крышные» кабели DEVIiceguard™ 18 имеют высокую погонную мощность теплоотдачи (36 Вт/м) в типичных условиях эксплуатации (растапливание снега). Если поверхность саморегулирующегося кабеля высыхает, то теплоотдача при аналогичной температуре снижается примерно в 2 раза. Только одно это свойство саморегулирующихся кабелей может до 50 % уменьшить потребление энергии, если сравнивать с аналогичной по параметрам системой на основе резистивных кабелей. Гарантийный срок на саморегулирующиеся кабели DEVI — 5 лет. Недостаток саморегулирующихся кабелей — высокая стоимость, которая превышает стоимость сравнимого по мощности резистивного кабеля в 4...5 раз.

 

Системы управления АОС крыш

Основная экономия электроэнергии при эксплуатации достигается за счет правильного управления ее работой. Несмотря на всю привлекательность саморегулирующихся систем, установка их без терморегулятора приведет к бессмысленной трате энергии. АОС должна отключаться при температуре наружного воздуха ниже —10...—15 °С, когда осадки маловероятны, а легкий снежок обычно не накапливается и не намерзает на хорошо утепленной кровле.

Простейшая система управления, работающая в заранее установленном диапазоне температур, например —7...+3 °С, не обеспечивает экономичную работу АОС, так как не контролирует состояние желобов и наличие осадков, а просто работает в наиболее «опасном» температурном диапазоне. Такое управление обеспечивает терморегулятор DEVIreg™ 316, применение которого вполне оправданно для крыш с относительно небольшой установленной мощностью (до 5 кВт). При эксплуатации DEVIreg™ 316 следует сочетать автоматическое управление с ручным отключением терморегулятора при наступлении периода без атмосферных осадков. При необходимости можно вместо основного, дифференциального режима работы (режим II) активировать режим I для включения обогрева при очень низкой температуре окружающего воздуха (ниже —10 °С).

Для более масштабных объектов можно порекомендовать систему управления АОС с контроллером влажности/температуры DS-8С и аналоговыми датчиками температуры воздуха и влажности. Этот контроллер следит за атмосферными осадками и включает обогрев, когда начинает идти мокрый снег. DS-8С устанавливается непосредственно на крыше вблизи контролируемой зоны обогрева. При правильной установке датчика влажности применение этого терморегулятора позволяет в 2 раза сэкономить потребляемую электроэнергию по сравнению с DEVIreg™ 316 за более точного включения АОС. Для удобства предусмотрены дистанционное управление и настройка режимов работы.

Для крупных объектов с большой установленной мощностью (свыше 5 кВт) целесообразно применение терморегулятора-метеостанции DEVIreg™ 850 с цифровым управлением.

 

Терморегулятор DEVIreg™ 850 с источником питания

За счет точного контроля над атмосферными осадками и состоянием зон обогрева можно получить экономию электроэнергии до 75 % по сравнению с DEVIreg™ 316.

Для больших АОС установленная мощность может составить несколько десятков киловатт. При этом одно из первых мест занимает вопрос об экономичном управлении. В этом случае микропроцессорный терморегулятор DEVIreg™ 850 с набором прецизионных цифровых датчиков влажности/температуры незаменим. Терморегулятор двухзональный, то есть позволяет независимо управлять обогревом, к примеру, южной и северной сторон крыши. Возможное количество подогреваемых цифровых датчиков, присоединяемых к терморегулятору посредством 4-проводной шины DEVIbus™, от одного до четырех. Терморегулятор DEVIreg™ 850 четвертого 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. Имеется возможность дистанционного управления и включения системы АОС в общую схему диспетчеризации какого-либо предприятия.

В память аппарата заложена специальная программа управления АОС с алгоритмом управления, адаптированным для обогрева водостоков крыши. Единая 4-проводная шина DEVIbus™ позволяет в удобном месте подсоединить к ней любой из четырех универсальных датчиков влажности/температуры. Датчики для крыши D850 R1 Sensor максимально адаптированы к выполнению своих функций и имеют высокую степень защиты от проникновения пыли и влаги (IP67).

 

Датчик крыши D 850 R1 Sensor

Установка максимального количества датчиков 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, времени постпрогрева, применительно к конкретному объекту. Наиболее точно это можно сделать только в процессе эксплуатации, на что необходимо обращать внимание заказчика. Необходимость такой «подгонки в ходе эксплуатации» обусловлена, к примеру, практической невозможностью определить степень обогрева кровли избытком тепла самого здания. Этот параметр зависит от огромного количества факторов, которые к тому же могут меняться в течение сезона эксплуатации.

Терморегулятор DEVIreg™ 850 IV имеет большую 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.

Микропроцессорные терморегуляторы-метеостанции обеспечивают очень точное включение и выключение АОС, контролируя состояние обогреваемых участков. DEVIreg™ 850 IV позволяет автоматически определять вид осадков: дождь, мокрый или «сухой» снег, и точно включает систему на время, необходимое для таяния снега. Для успешной работы кабельной АОС недостаточно на стадии проектирования заложить рекомендуемые параметры для конкретного объекта. Специфика данной задачи нуждается в опыте, накопленном специалистами ведущих фирм, работающих больше полувека в этой области и устанавливающих АОС в особых климатических зонах России.

В заключение отметим, что сейчас нет конкурентоспособной альтернативы кабельным АОС, хотя в отдельных, очень ограниченных случаях может применяться любой из перечисленных выше способов борьбы с замерзающей водой на крышах.

Наверх