Лед и кабель

02.10.2017

Метеорологи за минувшую зиму зафиксировали в Петербурге около 70 переходов температуры через нулевую отметку. Это идеальные условия для льда на кровлях, который: засоряет желоба, рвет водостоки, разрушает саму кровлю.
Бороться с этой напастью помогают антиобледенительные системы.
Чтобы одновременно снять всю наледь с петербургских крыш, кровельщикам понадобится 2 месяца, а за это время нарастет новая «борода из сосулек».
В частном имении масштаб не тот, но проблемы те же. Не все крыши одинаковы, и для каждой требуются разные варианты решения обогрева. Как правило, даже у похожих домов, стоящих неподалеку друг от друга, крыши охлаждаются и нагреваются по–разному. Причин может быть несколько, начиная от размещения сторон света — солнечной или теневой, заканчивая типом крыши: острая или пологая. Небольшие уклоны, сложная форма и выступающие «воротники» кровельных окон осложняют «ледовую обстановку».
Эти особенности и надо учитывать при проектировании системы снеготаяния.

Специалисты разделяют крыши на несколько типов.
Первая группа — это холодные. На них снег может таять при температуре не ниже –5°С. Для таких крыш, как правило, требуется система подогрева минимальной мощности.
Ко второму типу относятся теплые кровли с минимальной температурой таяния снега –5–10°С. Обычно это крыши старых административных зданий с чердаками.
Последний тип — это «горячие» крыши. Как правило, они быстрее всех покрываются «сосулечной бородой». На них снег тает при температуре ниже –10°С. Они требуют оборудования полномасштабной системы снеготаяния, причем с использованием обогревающих систем повышенной мощности.

Сейчас применяют две системы обогрева крыши: на водяном теплоносителе и с греющим кабелем.
Самый популярный способ борьбы с сосульками — кабельный антиобледенительный комплекс. Он имеет относительно несложный монтаж и доступную цену. В систему кабельного обогрева входят датчики температуры и влажности, пускорегулирующая и защитная аппаратура и сам кабель — нагревательный элемент. Такая система работает весь год. Она начинает работать при переходе температуры через ноль. Для удобства к системе подключают пульт управления. Он контролирует включение и выключение нагревательных кабелей, а также потребляемую мощность.

Кабели укладываются специальной дорожкой в самых уязвимых частях крыши: в ендовах (линии стыков плоскостей крыш), около узлов входа желобов в водосточные трубы, в воронках, на поверхностях кровли, а также внутри водосточных труб. Кроме этого, обогрев может понадобиться на сложных элементах кровли: внутренних углах, «воротниках» кровельных окон, а также на плоских площадках. Для крыши, у которой водосток выполнен с помощью подвесных желобов, специалисты рекомендуют провести кабели прямо в них. На плоских или с небольшим уклоном до 30° крышах достаточно положить кабель змейкой по всей поверхности либо на приемных водосточных воронках и участках, прилегающих к водостокам.

Есть два типа нагревательных кабелей: саморегулирующийся и постоянного сопротивления (резистивный).

Для резистивного кабеля производители гарантируют срок службы 10 лет, но фактически он служит еще дольше. Этот кабель имеет одинаковую теплоотдачу. Кроме того, он дешевле саморегулирующегося. Однако греющий провод имеет конструктивные недостатки. Фиксированное сопротивление по всей длине секции греет одинаково, независимо от того, в каком состоянии крыша — под снегом или сухая. Система, снимая показания с датчиков, будет обогревать одинаковой мощностью всю крышу даже там, где этого не требуется в данный момент. Так что часть комплекса будет обогревать улицу, расходуя электроэнергию впустую. Вдобавок резистивные кабели могут перегорать под грудой листьев и мусора.

Саморегулирующийся кабель автоматически меняет свое тепловыделение в зависимости от температуры внешней среды. Он содержит специальный, выделяющий тепло токопроводящий материал, располагающийся между жилами кабеля. Благодаря этому материалу, фактически каждый участок кабеля сам «приспосабливается» к окружающим условиям. Причем тепловыделение может изменяться по всей его длине. Мощность может меняться даже в зависимости от того, в какой физической среде находится кабель, будь это образовавшаяся лужа или воздух. Но он со временем теряет свои свойства, что исключает его использование на больших площадях и на длительный срок.

Как любая электрическая система, кабельный антиобледенительный комплекс имеет границы установленных мощностей греющей части. Превышение параметров приводит к бесполезному перерасходу электрической мощности, из–за недостатка мощности система вовсе не будет работать во время оттепели.
Специалисты говорят, что расчетная мощность всей системы загородного дома зависит от конфигурации крыши, декоративных козырьков, длины водосточных труб и лотков. Чем сложнее крыша, тем выше мощность кабельного обогрева.

Антиобледенительные системы, появившись в арсенале проектировщиков и строителей зданий и сооружений сравнительно недавно, быстро завоевали признание.
Использование таких систем позволяет исключить сколько-нибудь заметное образование наледи в водосточных трубах, желобах, на краю кровли и в других местах ее наиболее вероятного появления.

Появление наледи опасно по нескольким причинам:

• отрыв достаточно массивных ледовых масс создает реальную опасность для жизни людей и может стать причиной весьма значительного материального ущерба (повреждения автотранспорта, нижележащих архитектурных элементов);
• повышенная механическая нагрузка на элементы кровли из-за накопления льда приводит к сокращению ее срока службы;
• задержка воды на поверхности кровли в осенне-весенний период и при оттепелях из-за закрытости водостоков и желобов приводит к протечкам; наиболее часто повреждаются жилые этажи непосредственно под кровлей, части фасада здания вблизи водостоков и ендов;
• необходимость механической очистки кровли, из-за которой резко снижается срок службы кровли Внедрение антиобледенительных систем на основе нагревательных кабелей при условии правильного проектирования, учитывающего особенности конструкции кровли, позволяет:
• исключить образование наледи и сосулек при сравнительно невысоких капитальных затратах и незначительном энергопотреблении;
• обеспечить работоспособность системы организованного водостока в течение зимы и межсезонья;
• исключить протечки, повреждение фасадов и водосточных труб.

Общие свойства антиобледенительных систем

Осадки в виде снега, находясь на кровле, не представляют собой особой опасности. Однако если создаются условия для плавления 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 различны, при следующем кратковременном и не повсеместном 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, достигаю щей 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 добавляется излучение солнца. Хотя поверхности снега и льда отражают большую часть падающего на них излучения, даже не большой 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.

Собственное тепловыделение кровли. Тепловое деление 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 проектировщиками и архитекторами.
Недостаточно эффективная теплоизоляция и отсутствие продухов приводят к тому, что под поверхностью лежащего на кровле снега (представляющего собой неплохой теплоизолятор) идет постоянное медленное его плавление, 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 образования сосулек почти весь холодный сезон.

Работа антиобледенительных систем при температурах ниже 15 — 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 более значительные электрические мощности.

При разработке и монтаже антиобледенительной системы надо иметь в виду, что проектировщик должен обеспечить воде, появившейся в результате работы системы, свободный путь вплоть до полного увода с кровли и из водостоков. Существуют также границы установленных мощностей греющей части систем, определенные на основании практики, несоблюдение которых приводит к неработоспособности системы в указанном диапазоне температур, а значительное превышение приводит лишь к перерасходу электрической мощности без какого-либо улучшения работы системы.

На горизонтальных частях кровли суммарная удельная мощность на единицу площади поверхности обогреваемой части (лоток, желоб и т.п.) должна составлять не менее 180—250 (Вт/кв.м.).
Линейная мощность нагревательных кабелей в водостоках должна составлять не менее 20—30 (Вт) на 1 метр длины водостока и увеличивается по мере увеличения длины водостока до 60—70 (Вт/м.).

Все вышесказанное позволяет сделать несколько общих выводов:

1. Антиобледенительные системы в основном работают в весенне-осенний период, а также во время оттепелей. Работа системы в холодный период (15—20°С) не только не нужна, но может быть вредна.
2. Система должна быть оснащена датчиками температуры, осадков и воды и соответствующим специализированным терморегулятором, который скорее можно назвать мини метеостанцией. Он дол жен управлять работой системы и допускать возможность подстройки параметров температуры с учетом конкретных особенностей климатической зоны, расположения и этажности здания.
3. Нагревательные кабели должны быть установлены на всем пути талой воды, начиная с горизонтальных желобов и лотков, и заканчивая выходами из водостоков, а при наличии входов в ливневую канализацию - вплоть до входа в коллектор ниже глубины промерзания.
4. Должны быть выполнены нормативы установленной мощности нагревательных кабелей для различных частей системы - горизонтальных лотков и желобов, и вертикальных водостоков.

Составные части системы

Антиобледенительная система включает в себя:

• греющую часть, состоящую из нагревательных кабелей и аксессуаров для их крепления на кровле, и непосредственно выполняющую задачу перевода осадков в виде снега или инея в воду вплоть до полного их удаления. В состав греющей части могут входить также воронки со встроенным подогревом, элементы снегозадержания, взаимодействующие с нагревательными элементами;
• распределительную и информационную сеть, обеспечивающую питание для всех элементов грею щей части и проведение информационных сигналов от датчиков до щита системы управления. В состав системы входят силовые и информационные кабели, соответствующие условиям работы на кровле, распределительные коробки и крепежные элементы;
• истему управления, содержащую шкаф управления, специальные терморегуляторы, датчики температуры, осадков и воды, пускорегулирующую и защитную аппаратуру, соответствующую мощности системы и классу исполнения шкафа управления.

Типовые обогреваемые зоны

К обогреваемым зонам системы относятся:

1. Водосточные трубы на всю длину.
2. Водосточные желоба и лотки.
3. Водосточные воронки и зоны вокруг них площадью около 1м2
4. Узлы входа желобов в водосточные трубы.
5. Ендовы (линии стыка плоскостей крыши), другие примыкания к плоскости кровли мансардные окна, фонари, аттики.
6. Водометы и водометные окна в парапетах.
7. Карнизы крыш.
8. Капельники.
9. Поверхности плоских крыш и бетонных водосточных лотков.
10. Дренажные и водосборные лотки в грунте под водосточными трубами.

Нагревательные кабели

Нагревательный кабель — основной элемент антиобледенительных систем, обеспечивающий их эффективность и надежность.

Нагревательные кабели для антиобледенительных систем должны:
• быть стойкими к атмосферным осадкам, солнечной радиации, воздействию отрицательных и положительных температур, которые могут достигать 40°С зимой и +90°С летом
• обладать достаточно высокой механической прочностью, чтобы противостоять нагрузкам от снега и льда
• иметь линейную тепловую мощность, достаточную для эффективного плавления снега (не менее 20 Вт/м)
• отличаться высокими электроизоляционными свойствами, с целью обеспечения электрической безопасности систем.

Нагревательные кабели, устанавливаемые на кровлях, в обязательном порядке должны иметь двухслойную теплостойкую электрическую изоляцию и металлический экран с сопротивлением не более, чем у медной жилы сечением 1 мм/кв.
Нагревательные кабели «Теплолюкс» удовлетворяют всем указанным требованиям, что делает эти системы весьма эффективными и совершенно безопасными.

Саморегулирующиеся кабели

Типовые номинальные мощности саморегулирующихся кабелей «Теплолюкс»  - 23 и 31 Вт/м (кабели 23FSLe C и 31FSR C). Очень важная особенность саморегулирующихся кабелей состоит в том, что тепловыделение может изменяться по длине в зависимости от локальных теплопотерь. Тепловыделяющий элемент — специальная тепловыделяющая пластиковая матрица. Фактически каждый участок кабеля «приспосабливается» к окружающим его внешним условиям. Тепловыделение нормируется для стандартизованных условий и обычно входит в наименование кабеля. Особенности применения: Кабель может быть использован произвольными длинами (от 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 100 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 системах на основе саморегулирующихся кабелей следует учитывать существенную разницу между пусковым и номинальным токами (от 2 до 3 раз), что должно быть учтено в типах пускорегулирующей аппаратуры и указано в сопроводительной документации на систему. Саморегулирующиеся кабели значительно дороже армированных и бронированных, однако при разумном проектировании стоимость систем на их основе превышает стоимость системы на бронированных кабелях на 35—50%, при этом необходимо меньше распределительных кабелей и весьма экономно используется греющий кабель. Кроме того, эти системы надежны и экономичны.

Антиобледенительные системы на саморегулирующихся кабелях в настоящее время завоевали абсолютное первенство. Компания «Материк» предлагает нагревательную саморегулирующуюся ленту (кабель) производства «Теплолюкс» (Россия) для обогрева водопроводных систем, кровель и водостоков. В наличии готовые отрезки саморегулирующегося кабеля, укомплектованные концевой и соединительной муфтами. Для полного оборудования систем антиобледенения поставляем саморегулирующийся кабель любой длины, регуляторы, датчики температуры и датчики осадков.