Кровельные системы электрокабельного обогрева на основе резистивных и саморегулируемых кабелей DEVI

 

Введение

Специалисты компании DEVI имеют большой практический опыт установки систем снеготаяния, позволяющих в осенне-зимне-весеннее время избавиться от проблем, осложняющих эксплуатацию зданий в районах со сложными климатическими условиями.

Антиобледенительные системы кровель и ливнестоков зданий предотвращают образование сосулек, сплошное промерзание водосточных труб и намерзание льда в водоотводных желобах и ендовах, скопление снега на карнизах и превращение его в ледяные наросты, которые могут сорваться с кровли на прилегающую к зданию территорию. Правильно выполненная антиобледенения крыш позволяет службам эксплуатации зданий забыть о таком явлении, как зимние протечки кровель и, кроме того, позволяют уменьшить снеговую нагрузку на конструкции крыш и опорные элементы самих строений.

В настоящей статье мы сравним характеристики и рассмотрим «плюсы» и «минусы» систем снеготаяния крыш, в которых применяются резистивные нагревательные кабели постоянной мощности или температурозависимые саморегулируемые кабели, мощность теплоотдачи которых автоматически подстраивается под меняющиеся погодные условия (температура, влажность, вид осадков). В качестве примера будут представлены кабели компании DEVI: DEVIsnow™ 30T, DEVIsafe™ 20T, DEVIiceguard™ 18, DEVIpipeguard™ 25.

Технические характеристики нагревательных кабелей и особенности устройства систем снеготаяния крыш

Для систем снеготаяния крыш разработаны специальные нагревательные кабели (DEVIsnow™ 30T, DEVIsafe™ 20T, DEVIiceguard™ 18), рассчитанные на длительную эксплуатацию в жёстких условиях атмосферных и силовых воздействий на крышах строений. Конструкция этих нагревательных кабелей обеспечивает высокую стойкость к механическим воздействиям: они выдерживают продольную нагрузку на разрыв более 500 Н для кабеля DEVIsafe™ 20T и более 300 Н для DEVIsnow™ 30T; поперечная нагрузка на сдавливание превышает 1500 Н. Но даже при та ких высоких показателях прочности при провешивании резистивных нагревательных кабелей в водосточных трубах необходима их установка на разгрузочный трос, нерастяжимый лавсановый канат, цепь или специальную двойную монтажную ленту DEVIfast™ Double, если высота вертикального водослива превышает 5 метров. Через каждые 25...30 см следует устанавливать элементы крепления кабеля на разгрузочную линию. В DEVI разработаны удобные и быстрые способы закрепления этих элементов на трос, канат или цепь. Однако, практика монтажных работ показала, что наиболее удобна двойная монтажная лента, которая изготавливается из оцинкованной стали, либо из нержавеющей стали, либо из листовой меди. Выбор типа ленты зависит от материала, из которого изготовлена система водослива.

Оболочка всех нагревательных кабелей, предназначенных для внешних установок, выполнена из материалов, выдерживающих длительное воздействие ультрафиолетового солнечного излучения, а также высокую летнюю температуру при прямой установке на металлических крышах зданий. Оболочка резистивных кабелей — УФ-стойкий поливинилхлорид (PVC), саморегулируемых — УФ-стойкий термопластичный эластомер (TPE). Высокая стойкость оболочки нагревательных кабелей к УФ-излучению соответствует требованиям международного стандарта IEC 60800:2009. Все кабели работают без видимых нарушений целостности оболочки на протяжении всего срока эксплуатации (40...50 лет).

Многолетний опыт применения различных нагревательных кабелей в антиобледенительных системах крыш показал, что их линейная мощность должна быть 20...30 Вт/м. При установке нагревательных кабелей на битумосодержащих «мягких кровлях» следует брать резистивный кабель DEVIsafe™ 20T с линейной мощностью 20 Вт/м или саморегулируемый DEVIiceguard™ 18. Рекомендуемая удельная мощность на обогреваемых ендовах, карнизах и площадках крыш, где обычно образуются снежные сугробы, зависит от многих факторов и обычно составляет 250...350 Вт/м. При большом поступлении внешнего тепла на поверхность крыши (солнце, тепловые потоки от обогреваемых помещений и пр.) рекомендуется более плотная укладка линий нагревательного кабеля, обеспечивающая установленную удельную мощность до 400 Вт/м². Это очень важный параметр антиобледенительных систем крыш, от которого во многом зависит их эффективная работа. При проектировании укладки нагревательного кабеля на крыше, например, в ендове, пользователя прежде всего интересует, каким должен быть шаг укладки, то есть среднее расстояние между соседними линиями кабеля. Шаг укладки определяется очень просто.

Выбираем кабель с линейной мощностью, к примеру, рлин = 30 Вт/м (DEVIsnow™ 30T). Допустим, требуется уложить нагревательный кабель на крышу с плохой теплоизоляцией кровли и перекрытия чердака. Нежелательное поступление тепла на всю крышу не помогает, а наоборот, затрудняет работу антиобледенительной системы. Как было порекомендовано, следует уложить нагревательный кабель с таким шагом укладки, чтобы установленная удельная мощность руд составила 400 Вт/м². Шаг укладки Δсс рассчитывается по формуле:

Δсс = рлин / руд = (30 / 400) м = 0,075 м = 7,5 см

 

На картинках приведены для примера два способа укладки нагревательного кабеля при обогреве холодного карниза: «змейка» и «зигзаг». Шаг укладки при укладке «зигзагом» определяется по средней линии полосы обогрева.

Укладка нагревательного кабеля на карнизе «змейкой»

  • Нагревательный кабель: DEVIsnow™ 30T
  • Удельная тепловая мощность: 300 Вт/м²
  • Шаг укладки кабеля: 10 см
  • Ширина зоны обогрева: 50 см

Укладка нагревательного кабеля на карнизе «зигзагом»

Теперь несколько замечаний о линейной мощности рлин (мощности теплоотдачи с одного метра) нагревательного кабеля. Если у резистивных кабелей рлин постоянна при любых внешних условиях и соответствует паспортному значению при номинальном напряжении питания, то у саморегулируемых кабелей она зависит от внешней температуры и среды, в которой расположен кабель (сухой или влажный воздух, вода, рассыпчатый или мокрый снег, лёд). При понижении температуры теплоотдача возрастает.

 

Перечислим особенности саморегулируемого кабеля:

Удобства монтажа:

  • Саморегулируемый кабель можно нарезать на секции требуемой длины. При подключении его к промышленной сети переменного тока каждый метр нагревательной секции будет отдавать одну и ту же линейную мощность при одинаковых условиях эксплуатации нагревательного кабеля на всей его длине;
  • Конструкция саморегулируемых кабелей обладает повышенной стойкостью к продольным и поперечным силовым воздействиям. Это позволяет провешивать их в водосточных трубах на длине до 33 метров без разгрузочного элемента;
  • При необходимости имеется возможность составить разветвлённую схему нагревательной секции, подобную стволу и веткам дерева, со множеством ответвлений.

Надёжность:

  • Кабели допускают самопересечение и наложение своих линий друг на друга, так как в этих точках повышается температура и резко снижается тепловыделение; благодаря этому свойству кабели практически не могут перегреться и «перегореть».

Экономичность эксплуатации:

  • При повышении температуры окружающей среды мощность теплоотдачи плавно снижается;
  • По завершении процесса таяния снега и льда и высыхании оболочки кабеля мощность теплоотдачи скачкообразно снижается приблизительно в 2 раза.
  • Если на протяжении одной нагревательной секции внешние условия различны, то теплоотдача на отдельных её участках также будет отличаться. Соответственно там, где снег и лёд полностью растаял, потребление электроэнергии будет заметно ниже, а там, где процесс таяния ещё не завершился, саморегулируемый кабель будет продолжать эффективный обогрев.

Усложнение схемы управления:

  • По сравнению с резистивными кабелями у саморегулируемых есть одна особенность: при включении наблюдается затянутый импульс пускового тока, амплитуда и ширина которого зависит от внешних условий — температуры и вида окружающей среды. В определённых условиях наличие пускового тока может привезти к срабатыванию защитного автоматического выключателя. Для надёжного и беспроблемного включения нагревательных секций рекомендуется применять устройства плавного пуска, аналогичные тем, которые используются при запуске электродвигателей.

Для ориентировки приведём экспериментальные значения линейной мощности теплоотдачи кабеля DEVIiceguard™ 18 в ледяной воде (+3 °С) в нескольких временных точках пускового импульса и превышения её величины в % по отношению к установившемуся рабочему току:

Прошедшее время с момента включения

5 сек

1 мин

3 мин

6 мин

Линейная мощность теплоотдачи, Вт/м

44

32,5

30,8

30

Превышение текущей мощности пускового импульса над установившейся мощностью теплоотдачи

47%

8,3%

2,7%

0%

Ограничение длины нагревательной секции:

  • Имеется ограничение максимальной длины нагревательной секции, устанавливаемой в какой-либо зоне обогрева. В руководствах и технических характеристиках приводятся значения максимально допустимой длины нагревательной секции для каждой марки саморегулируемого кабеля и выбранного номинального тока защитного автомата с характеристикой типа «С». Эта длина, кроме того, различна для разных значений температуры, при которой производится подача напряжения на нагревательную секцию. Это ограничение связано с конечным сечением медных токопроводящих шин кабеля и с особенностями функционирования саморегулируемой матрицы, обеспечивающей тепловыделение.

К примеру, для кабеля DEVIiceguard™ 18 и защитного автоматического выключателя 32 А максимальные длины нагревательной секции имеют следующие значения:

Пусковая температура, °С

— 40

— 30

— 20

— 10

0

+ 10

Максимальная длина кабеля в ледяной воде, м

80

88

95

95

95

129

Помимо кабеля DEVIiceguard™ 18, в составе крышных антиобледенительных систем могут эффективно работать саморегулируемые кабели DEVIpipeguard™ 25 и DEVIpipeguard™ 33, основное назначение которых — обогрев трубопроводов. Поскольку внешняя оболочка у них не предназначена для работы в условиях воздействия ультрафиолетового излучения Солнца, их можно устанавливать внутри водосточных труб, защищая выходную петлю кабеля в нижнем отмёте антивандальной металлической накладкой. На участках крыш, находящихся круглосуточно в тени, или в условиях, когда обогреваемая дорожка закрыта листовыми материалами, также можно успешно применять эти кабели.

Приведём основные сравнительные технические характеристики резистивных и саморегулируемых нагревательных кабелей, устанавливаемых в водостоках и на крышах зданий:

Наименование кабеля

DEVI iceguard18

DEVI pipeguard25

DEVI pipeguard33

DEVI safe20T

DEVI snow30T

Тип

саморег

саморег

саморег

резистив

резистив

Напряжение питания, В

230 В~

230 В~

230 В~

230 В~

230 В~

Номинальная линейная мощность (воздух, +10°С), Вт/м

18

25

33

20

30

Номинальная линейная мощность (воздух, 0°С), Вт/м

20

-

-

20

30

Номинальная линейная мощность (вода, 0°С), Вт/м

36

-

-

20

30

Разброс линейной теплоотдачи (воздух), Вт/м

19,6...26,3

25,0...32,5

30,0...39,0

20

30

Внешняя оболочка

UV-TPE чёрная

ТРЕ красная

ТРЕ серая

UV-PVC чёрная

UV-PVC чёрная

Поперечный размер, мм

11,3×5,8

11,8×5,5

11,8×5,5

Ø 6,9

Ø 7,0

Максимально допустимая температура (кабель включён)

65

65

65

60

60

Максимально допустимая температура (кабель выключен)

80

85

85

90

90

Минимальный диаметр изгиба по внутренней поверхности кабеля, мм

64

50

50

6 диаметров кабеля

6 диаметров кабеля

Минимальная температура монтажа, °С

-50

-50

-50

-5

-5

Рекомендации по применению резистивных и саморегулируемых кабелей в составе системы снеготаяния кровли

В составе большинства установленных кабельных электрических систем обогрева крыш присутствуют резистивные нагревательные кабели DEVIsnow™ 30T, реже — DEVIsafe™ 20T. Объясняется это более длительным гарантийным сроком (на резистивные кабели — 20 лет, на саморегулируемые — 5 лет) и меньшей стоимостью по сравнению с саморегулируемыми кабелями. Однако, встречаются такие объекты, когда саморегулируемые кабели оказываются незаменимыми. Чаще всего это индивидуальные жилые дома, рядом с которыми находятся большие деревья. В этом случае с наступлением сезона эксплуатации антиобледенительной системы, который обычно происходит в ноябре, водоотводные желоба, лотки и водосливные трубы покрываются плотным слоем листвы и хвои. Если эти участки не очистить сильной струёй воды, то последствия листопада могут оказаться для резистивного нагревательного кабеля фатальными — он перегреется и выйдет из строя. В худшем случае возможно даже возгорание высохшего хвойного игольника! Все эти неприятности абсолютно исключены, если в составе антиобледенительной системы будет применён саморегулируемый нагревательный кабель DEVIiceguard™ 18. Здесь срабатывает особенность «саморега» уменьшать тепловыделение при повышении температуры. В результате и температура повысится незначительно, и сам кабель сохранится.

При проектировании системы снеготаяния водостоки и обогреваемые участки крыш разбиваются на отдельные зоны, к которым необходимо подвести кабели питания. В случае сложных, больших крыш необходимость подводки кабелей питания к участкам обогрева может представлять отдельную непростую задачу. Саморегулируемые кабели могут упростить эту задачу, если спроектировать разветвлённые нагревательные секции. Боковые ответвления можно подсоединить к «маршевой линии» при помощи специальных разветвительных коробок, термоусадочных ремнаборов, соединяющих три луча кабелей, или обычных влагозащищённых распределительных коробок. Только не следует забывать об ограничении максимальной длины отдельной нагревательной секции!

Саморегулируемые кабели обеспечивают дополнительную экономию электроэнергии, которая ощутима даже при наиболее совершенном, цифровом управлении системы снеготаяния «метеостанцией» DEVIreg 850 IV. Система снеготаяния на резистивных кабелях потребляет постоянную максимальную мощность до момента, пока терморегулятор не выключит обогрев. В отличие от неё система снеготаяния на саморегулируемых кабелях динамично изменяет потребляемую мощность, автоматически увеличивая её с наступлением снегопада и понижения температуры и уменьшая её по мере завершения таяния на отдельных участках обогрева и повышения окружающей температуры.

 

 

 

 

Заключение

Статья даёт основные представления о работе резистивных и саморегулируемых кабелей в составе антиобледенительных систем крыш. Сравнение преимуществ и недостатков обоих типов кабелей позволяет выбрать приоритеты для конкретного проектируемого здания и сделать свой выбор. В отдельных случаях устанавливают комбинированные системы снеготаяния, монтируя, к примеру, резистивные кабели DEVIsnow™ 30T на кровле, а саморегулируемые мощные кабели DEVIpipeguard™ 33 в одну линию в протяжённых водосливах. Существуют причины, которые делают выбор саморегулируемых кабелей в некоторых случаях однозначным.

Для успешной работы системы снеготаяния кровель при проектировании необходимо учитывать множество факторов. Рекомендуем обращаться к техническим специалистам DEVI, имеющим большой опыт в этой области кабельных электрических систем обогрева.