Защита кровли от обледенения
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.
Необходимость использовать систему снеготаяния является, чаще всего, следствием нерационального проектирования кровли. На стадии проектирования можно избежать многих неприятностей, связанных с процессом льдообразования на кровлях и свести к минимуму затраты на систему снеготаяния.
Механизм появления льда на кровле
Прежде всего, необходимо напомнить основные процессы, «ответственные» за механизм льдообразования. Это теплопотери через верхние перекрытия здания и кровлю. Температура чердачного помещения выше, чем температура внешнего воздуха. Система желобов и водостоков лишена дополнительного подогрева, то есть, температура у них ещё ниже, чем на кровле.
Таким образом, если температура наружного воздуха имеет небольшое отрицательное значение, температура кровли может быть положительной. Талая вода под слоем снега стекает в водостоки, где замерзает, блокируя дальнейший отвод воды.
Чтобы уменьшить отрицательное влияние указанных факторов необходимо уменьшать теплопотери через верхние перекрытия. Это общая рекомендация, однако, она должна быть рассмотрена более детально.
Процесс образования сосулек на кровле.
Основные проблемы проектирования
- Существует большое разнообразие конструкций крыш и водоотводных устройств, каждая из которых имеет свои особенности в плане установки кабельных систем.
- Основной параметр, определяющий необходимую мощность кабельной системы очень трудно определить расчетным путем или измерить экспериментально. Эта характеристика зависит от целого ряда факторов, которые могут изменяться в течение зимнего сезона.
- 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.
Типы кровель и проблемы обледенения
По принципу теплопередачи все кровли можно разделить на кровли с холодным чердачным помещением и тёплые. Это мансардные кровли с прилегающей теплоизоляцией.
«Хорошо проветриваемые чердаки являются оптимальным решением для крупных зданий, так как осуществляют «развязку» поверхности кровли от тепла здания. Если в этом пространстве 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.
Были проведены расчеты мансардной кровли. При идеальном исполнении теплоизоляции и наличии снежного покрова в 10 см, температурный перепад между наружным воздухом и поверхностью кровли составляет порядка 6°С. Следовательно, при таких условиях возможно таяние снега и льдообразование.
Таким образом, желательно, чтобы на кровле не было условий для накопления снежного покрова значительной толщины. Отсюда, уклоны кровли должны быть не менее 30°, чтобы отсутствовали внутренние углы — ендовы, горизонтальные площадки и карманы.
То есть, кровля должна быть максимально простой конфигурации. Всё это противоречит требованиям архитекторов и заказчиков зданий.
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 или водоотбойников. В этом случае необходимость в системах антиобледенения отпадает.
Задачи систем антиобледенения
Основная проблема 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.
Оборудование для борьбы с обледенением включает в себя несколько элементов. Сюда входят: надежный нагреватель, систему управления и систему электропитания, обладающую защитными функциями.
Нагреватель должен 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. Автоматическая система управления включает в себя «метеостанцию», блок анализа информации, систему индикации и контроля исправности работы.
Система обогрева желобов и водостоков на кровле г. Москва. Периметр крыши 1,5 км. 1996 года.
Технические характеристики систем антиобледенения
Электропитание строится из стандартных современных составляющих и должно включать защиту от перегрузок, систему контроля изоляции. Наряду с заземленной оплеткой нагревательного кабеля это обеспечивает полную электробезопасность эксплуатации антиобледенительных установок.
Для установки на крышах используют кабели с удельной мощностью 18–35 Вт/м. Если кабель укладывают на крыше с мягким покрытием или устанавливают в пластиковых желобах или водосточных трубах, то 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 36–60 Вт/м. При больших диаметрах количество укладываемых линий нагревательного кабеля соответственно увеличивается: от 50–70 до 100 Вт/м.
Крепление греющего кабеля
Монтаж кабеля в желобе осуществляют либо с помощью специальных пластиковых зажимов, 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. Для лотков из оцинкованной стали и алюминия используют стальную оцинкованную ленту. Медные желоба требуют медной ленты и медного крепежа. Пластиковые элементы допускают ленту из любого нержавеющего материала.
Крепление кабеля в желобе с помощью монтажной ленты или пластиковых зажимов.
Монтаж греющего кабеля в водостоках
Вертикальные водосточные трубы — наиболее ответственный элемент всей кровельной системы. Из-за конвективных потоков, возникающих в вертикальных трубах, происходит перераспределение тепла по высоте трубы. Верхняя часть перегревается, а нижняя сильно охлаждается из-за подсоса холодного воздуха.
Поэтому применяют дополнительный подогрев в нижней части, монтируют дополнительные линии кабеля в нижней части трубы.
Иногда водосточные трубы проходят внутри здания через теплые помещения. Обогрев необходим лишь в той части трубы, которая подвержена замерзанию. Как правило, это верхняя часть от входной воронки до теплого помещения и выводной патрубок на улицу в нижней части трубы. В случае, если водосточные трубы уходят в ливневую канализацию, сопровождающий обогрев необходим до точки промерзания. Также может потребоваться дополнительный обогрев ливневых колодцев и утепление их крышек.
Необходимость снегозадержания
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 греющего кабеля.
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 и желобами. Конструкция снегоотбойника должна быть увязана с силовыми элементами крыши.
Для монтажа кабеля в трубе длиной более 3 м необходимо использовать механическую разгрузку в виде цепи или троса с элементами крепления кабеля.
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.
Установка кабеля в водосточной трубе.
Монтаж кабеля в водосточной трубе на специальной двойной монтажной ленте.
Обобщённый расчёт затрат
Для центральной России работа системы антиобледенения осуществляется в диапазоне температур: −8…+2°С. 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, для «средней» крыши центра Москвы с периметром около 170 м и высотой здания 28 м (5 этажей, 6 водостоков) установочная мощность составляет 30 кВт. Полный расход электроэнергии за сезон составляет около 25 тыс. кВт·ч. Таким образом, несмотря на значительные установочные мощности антиобледенительной системы, полный сезонный расход электроэнергии относительно невелик.
Технические характеристики и параметры рассмотрены на странице «Антиобледенение и антизамерзание».