Системы антиобледенения для кровель.

Практически все технические новинки, приходящие к нам с Запада проходят странный путь, состоящий из нескольких более или менее выраженных этапов:

o На первом этапе при недостатке достоверной информации и собственного опыта новинка воспринимается как экзотическое малопонятное нечто. (Применение ограничено отдельными "энтузиастами" или действительно понимающими людьми).

Второй этап характерен признанием в широких массах. Каждый уважающий себя гражданин обязан иметь "это" у себя. Наступает этап "модной вещицы".

И только при наработке достаточного опыта в конкретных условиях, появления собственных специалистов, данное техническое решение начинает применяться осознанно и действительно там, где это необходимо.

Системы снеготаяния для кровель и водостоков, к сожалению, не избежали этой общей тенденции. К настоящему времени применение систем снеготаяния стало обычным явлением, тем не менее, большинство публикаций на эту тему являются либо чисто рекламными, либо декларируют общие положения, почерпнутые из переводов заграничных руководств.

Хотелось бы обратить внимание на тот факт, что сама необходимость использовать систему снеготаяния является зачастую следствием нерациональной кровли.

Еще на стадии проектирования можно избежать многих неприятностей, связанных с процессом льдообразования на кровлях и свести к минимуму затраты на систему снеготаяния.

Какие же факторы необходимо учитывать при проектировании кровли, рассчитанной на климатические условия средней полосы? Прежде всего, необходимо вкратце напомнить основные процессы, "ответственные" за механизм льдообразования.

Это теплопотери через верхние перекрытия здания и кровлю, приводящие к тому, что температура центральной части крыши выше, чем температура внешнего воздуха.

Система водостоков, находящаяся, как правило, за проекцией стен здания, лишена дополнительного подогрева, особенно это относится к водосточным трубам, открытым "всем ветрам".

Таким образом, если температура наружного воздуха имеет небольшое отрицательное значение, температура центра кровли может быть положительной.

Талая вода под слоем снега стекает в водостоки, где замерзает, блокируя дальнейший отвод воды. Чтобы уменьшить отрицательное влияние указанных факторов, очевидно, необходимо уменьшать теплопотери через верхние перекрытия. Это общая рекомендация, однако, она должна быть рассмотрена более детально.

Применение кабельных систем отопления для очистки водостоков и кромок крыш от льда является самым сложным, как для расчетов и проектирования, так и для монтажа и эксплуатации.

















Рис.1 Процесс образования сосулек на кровле.

Основные причины возникающих сложностей заключаются в следующем:
1. Существует большое разнообразие конструкций крыш и водоотводных устройств, каждая из которых имеет свои особенности в плане установки кабельных систем.

2. Основной параметр, определяющий необходимую установленную мощность кабельной системы - величину обогрева кровли "паразитным" теплом здания, выходящим на кровлю через верхние перекрытия, очень трудно определить расчетным путем или измерить экспериментально.

Этот параметр зависит от целого ряда факторов, которые к тому же могут изменяться в течение зимнего сезона.

3. Кабель, работающий на крыше, подвержен воздействию неблагоприятных внешних условий, так как устанавливается обычно на открытых участках. Такими условиями являются солнечный ультрафиолет, механические нагрузки и резкие перепады температуры.

К тому же разные участки нагревательного кабеля часто работают в условиях сильно различающихся по тепловому режиму, что в свою очередь требует запаса по рабочей температуре и максимальной удельной мощности для используемых типов кабелей.

По принципу теплопередачи все кровли можно разделить на кровли с холодным чердачным помещением и мансардные кровли с прилегающей теплоизоляцией.

"Классические", хорошо проветриваемые чердаки являются оптимальным решением для крупных зданий, так как осуществляют "развязку" поверхности кровли от тепла здания. Бывают, однако, исключения и здесь.

Если на чердаке находятся коллекторы отопления без должной теплоизоляции, то активный подогрев может приводить к льдообразованию на отдельных участках кровли.

Те же последствия вызывают расположенные на чердаках технические этажи с отоплением, выходы лифтовых шахт и др. Тенденцией последнего времени является повсеместный отказ от чердачных кровель в пользу мансардных.

Проведенные расчеты на модельном сечении мансардной кровли показали, что даже при идеальном исполнении теплоизоляции и наличии снежного покрова, толщиной всего 10 см, температурный перепад между наружным воздухом и поверхностью кровли составляет порядка 6°С, то есть уже при таких условиях возможно таяние снега и льдообразование.

Таким образом, получаем следующую естественную рекомендацию: желательно, чтобы на кровле не было условий для накопления снежного покрова значительной толщины. Это означает, что уклоны кровли должны быть не менее 30°, чтобы отсутствовали внутренние углы - ендовы, горизонтальные площадки и карманы.

То есть кровля должна быть максимально простой конфигурации. (Здесь мы неизбежно вступаем в противоречие с архитектурными разработками).

Тем не менее, окончательно устранить причины льдообразования на мансардных кровлях достаточно сложно. Наиболее радикальное решение и здесь состоит в вентилировании наружным воздухом подкровельного пространства, что, кстати, установлено в нормативных документах ВСН-35-77.

Это требование выполняется, к сожалению, очень редко, поэтому на мансардных крышах, как правило, возникает необходимость в использовании систем снеготаяния.

Осмелимся дать еще одну неожиданную рекомендацию. Далеко не всегда, особенно на небольших индивидуальных зданиях и коттеджах, существует необходимость в организованном водостоке.

Крыша простой конфигурации, с проветриваемым чердаком, большими уклонами и отсутствием желобов и водоотбойников - вот идеальная картина для проектировщика системы снеготаяния. Собственно, в этом случае нужда в его услугах отпадает.

Но что делать, если крыша здания все же нуждается в системе снеготаяния?

В этом случае предлагается метод, суть которого состоит в том, чтобы путь стока талой воды оставался свободным в любое время, при любой температуре воздуха.

Это позволяет полностью избавиться от неприятностей, связанных с обледенением краев крыш, водосточных труб, горизонтальных водосточных желобов, ендов, внутренних углов кровли и других опасных мест.

Установка для борьбы с обледенением должна включать в себя достаточно надежный, распределенный по большой площади нагреватель, систему управления этим нагревателем и систему электропитания, обладающую защитными функциями.

Нагреватель должен легко монтироваться на кровле любого типа. Быть электробезопасным, влагозащищенным, стойким к прямым солнечным лучам, механически достаточно прочным, имеющим ремонтопригодность.

При монтаже на больших зданиях полная мощность установки составляет, как правило, несколько десятков киловатт. Проблема экономии электроэнергии приобретает здесь особую актуальность.

Полностью автоматическая система управления включает в себя "метеостанцию" для оценки условий на крыше, блок анализа информации, систему индикации и контроля исправности работы элементов. Такое управление экономит деньги.














Рис.2 Система обогрева желобов и водостоков на кровле гостиницы "Метрополь",

Периметр крыши 1,5 км. Инсталляция 1996 года.
Система электропитания строится из стандартных современных составляющих и в обязательном порядке должна включать кроме защиты от перегрузок систему контроля изоляции или устройство защитного отключения.

Наряду с заземленной оплеткой нагревательного кабеля это обеспечивает полную электробезопасность эксплуатации антиобледенительных установок.

Для установки на крышах используют кабели с погонной мощностью 18 - 35 Вт/м. Если нагревательный кабель укладывают на крыше с мягким покрытием (например, рубероид или его аналог) или устанавливают в пластиковых желобах или водосточных трубах, то максимальную погонную мощность следует ограничить до 20 Вт/м.

Нагревательный кабель, уложенный в подвесном желобе должен обеспечить свободный сток талой воды. Для "холодной крыши" и желобов с диаметром 10 - 15 см обычно достаточно двух линий кабеля суммарной погонной мощностью 36 - 50 Вт/м.

При больших диаметрах количество укладываемых линий нагревательного кабеля соответственно увеличивается. Так, например, для "теплых крыш" суммарная погонная мощность возрастает от 50 - 70 до 100 Вт/м.

Крепление кабеля в желобе осуществляют либо с помощью специальных пластиковых зажимов, которые, однако, подходят не для всех типов желобов, либо с помощью отрезков монтажной ленты.

В желобе ленту крепят, как правило, вытяжными заклепками или саморезами с герметизацией мест сверления силиконовым герметиком. Шаг между элементами крепления обычно составляет около 0,3 - 0,5 м.

При выборе способа крепления необходимо учитывать гальваническую совместимость материалов желоба и элементов крепления.

В желобах, изготовленных из оцинкованной стали и алюминия, используют стальную оцинкованную ленту, в желобах из меди необходимо применять медную ленту и медный крепеж. В пластиковых желобах можно использовать ленту из любого нержавеющего материала.















Рис.3 Крепление кабеля в желобе с помощью монтажной ленты или пластиковых зажимов.

Нагревательный кабель, установленный в настенном желобе, кроме обеспечения стока талой воды должен предотвратить нарастание снежной массы и переход ее через стенку желоба.

Ширина дорожки нагревательной части кабеля должна быть сравнима с толщиной снежного покрова в данной местности. Ширина дорожки может быть от 20 см до 1 м.

Если настенный желоб далеко отходит от края крыши, возникает опасность обледенения этого края. В этом случае рекомендуем установить 1 - 2 линии нагревательного кабеля по линии срыва воды с края крыши (так называемый капельник).

Вертикальные водосточные трубы - наиболее ответственный элемент всей кровельной системы. Из-за интенсивных конвективных потоков, возникающих в вертикальных трубах, происходит перераспределение тепла по высоте трубы: верхняя часть перегревается, а нижняя сильно охлаждается из-за подсоса холодного воздуха.

Для устранения этого явления применяют дополнительный подогрев в нижней части, представляющий из себя дополнительные линии кабеля в нижней части трубы.

В случае, когда водосточные трубы проходят внутри здания через теплые помещения, сопровождающий обогрев необходим лишь в той части трубы, которая подвержена замерзанию (как правило это верхняя часть от входной воронки до теплого помещения и, может быть, выводной патрубок на улицу в нижней части трубы).

В случае, если водосточные трубы уходят в ливневую канализацию, сопровождающий обогрев необходим до точки промерзания грунта в данной местности. Также может потребоваться дополнительный обогрев ливневых колодцев и утепление их крышек.

Важным моментом является защита кабеля от механических повреждений.

На поверхности кровли в течение зимы скапливается снег, который, подтаивая и уплотняясь, к весне образует снежно-ледовый пласт.

При установившейся положительной температуре воздуха такой пласт сползает целиком, представляя серьезную опасность для кровельных конструкций и проходящих внизу людей.

Таким образом, предотвращение механических повреждений нагревательного кабеля является частной задачей защиты от сползания снежно-ледовых масс.

Основной способ защиты - установка мощного снегоотбойника перед кабельными дорожками. Конструкция снегоотбойника должна быть увязана с силовыми элементами крыши. Кровельные фирмы поставляют готовые элементы снегоотбойников под конкретную конструкцию кровли.

На крышах с желобами настенного типа обычно сам желоб выполняет функцию снегоотбойника (если имеет достаточно прочную конструкцию). В этом случае необходима защита нагревательного кабеля путем закрывания его листами металла, аналогичными материалу кровли.

Для крепления кабеля в трубе длиной более 3 м, необходимо использовать механическую разгрузку в виде цепи или троса с элементами крепления кабеля в трубе или отрезками ленты.

Крепежные элементы необходимо устанавливать так, чтобы отдельные нити нагревательного кабеля в трубах не пересекались и не собирались в клубки. Обычно, шаг между элементами крепления составляет 0,3 - 0,5 м.

















Рис. 4 Крепление кабеля в водосточной трубе.

Основной тип крыш, характерный для больших зданий Москвы - это металлическая кровля на деревянной обрешетке, при этом водосток образован водоотбойником с разуклонкой к водосточным трубам. На таких кровлях антиобледенительная установка представляет собой кабельную дорожку вдоль отбойника шириной 30-50 см с удельной мощностью 300-400 Вт/м2.

В трубы закладываются две или четыре петли нагревательного кабеля в зависимости от диаметра труб и теплового режима крыши. Система показала свою работоспособность и эффективность. Основным критерием для определения удельных параметров антиобледенительной системы, как уже было сказано выше, является тепловой режим крыши.

То есть необходимо оценить теплопотери через верхнее перекрытие здания и чердак. Именно они определяют степень обледенения данной крыши.













Рис. 5 Крепление кабеля в водосточной трубе на специальной двойной монтажной ленте.

Российский опыт эксплуатации показал, что при правильном выборе параметров системы управления антиобледенительная установка на крыше здания работает только в случае снегопадов или оттепелей с температурой, близкой к нулю.

Количество дней в году с такими условиями обычно не превышает 30-40. Зная эти данные, можно приблизительно оценить расход электроэнергии при известной установленной мощности.

Например, оборудование для "средней" крыши центра Москвы с периметром около 170 м. и высотой здания 28 м. (5 этажей) имеет установочную мощность 30 кВт.

Полный расход электроэнергии за сезон составляет около 25 тыс. кВт. час. Условный удельный расход на 1 м периметра крыши примерно 150 кВт. час за сезон работы. Таким образом, несмотря на значительные установочные мощности антиобледенительных установок, полный сезонный расход электроэнергии относительно невелик.

Конечно, в короткой статье невозможно перечислить все особенности проектирования и монтажа систем снеготаяния на крышах, но основные направления, мы попытались определить. Во избежание ошибок, детальный расчет проблемной крыши должен производить