• Каталог продукции

Все на лед: Борьба с наледью

      Зима в средней полосе России в последнее время становится неустойчивой - оттепели часто сменяются заморозками, заморозки – оттепелями. В такой ситуации у большинства владельцев загородных домов появляется серьезная проблема - сосульки на карнизах и обледеневшие водостоки. Эту проблему начинают решать еще на стадии проектирования дома. Однако окончательно устранить причины льдообразования на кровлях достаточно сложно.

Интересное и важное. Чем проще форма крыши и больше уклон ее скатов, тем меньше угроза обледенения кровельного покрытия. Специалисты считают лучшей для схода снега в условиях средней полосы России скатную крышу простой формы с уклоном ската не менее 30⁰. Приветствуется также наличие холодного проветриваемого чердака и отсутствие  желобов и водоотбойников. А вот мансардные окна, башенки, горизонтальные площадки, внутренние разжелобки (ендовы), сопряжения, карманы, образованные выступающими частями дома и др. способствуют формированию снежного покрова на кровле и, как следствие этого, образованию наледи и сосулек на кровле и водосточных системах.

Чаще и больше всего лед образуется не в студеную зимнюю пору, а ранней весной и поздней осенью во время оттепелей, когда температура воздуха изменяется от +3...+5⁰С днем до -6...-10⁰С ночью. Вот почему рабочий режим систем ограничен снизу температурой -6...-15⁰С.

Причин образования наледи на крышах и водосточных системах две: потери теплоты через кровлю и перепад температур от плюсовых к минусовым во время оттепелей.

Снег, выпавший на крышу, под воздействием солнечных лучей или из-за утечек тепла из помещения тает, и вода начинает стекать по карнизам и водосточным трубам. Замерзая при понижении температуры, вода превращается в лед. В желобах и водосточных трубах образуются ледовые пробки. Так как лед тает медленнее снега, то при следующем повышении температуры возможно увеличение ледовой пробки.

Потери теплоты через верхние перекрытия дома и кровлю приводят к тому, что температура центральной части крыши выше температуры наружного воздуха. Причинами этого являются недостаточные теплозащита отапливаемого подкровельного пространства и плохая кровельная вентиляция, а часто и полное отсутствие последней. Если температура наружного воздуха немного ниже нуля, то температура центральной части кровли может быть выше нуля. Подтаявший снег на скатах постепенно сползает, а стекающая талая вода замерзает на холодных свесах крыши, образуя наледи и сосульки и закупоривая водосток. В ендовах, на горизонтальных площадках и в карманах при таянии снега тоже появляется наледь.

Из-за накопления льда повышается механическая нагрузка на кровлю и кронштейны крепления водосточных труб и желобов, что может повредить их и потребовать частичной или полной их замены. Задержка воды на кровле в осенне-весенний период  и во время оттепелей из-за пробок в желобах и водостоках приводит к протечкам, портящим верхние этажи зданий и части фасадов вблизи водостоков и ендов.  В подкровельном пространстве становится сыро, что, в свою очередь, снижает теплоизоляционные качества утеплителя и вызывает появление грибков и плесени на элементах стропильной конструкции. Лед в водостоках не только деформирует, но даже может разрушить элементы водосточной системы. Свисающие с крыш сосульки не только портят внешний вид дома, но и угрожают жизни людей.

Системы антиобледенения. О механической очистке кровли ото льда и снега с помощью лома и лопаты говорить не будем – он должен остаться в прошлом веке. 

Более современный ультразвуковой метод основан на формировании мощного ультразвукового импульса, воздействие которого на сосульки приводит к их разрушению и последующему падению.  Но метод дорогой,  не предохраняет от образования льда на крыше и в водосточной системе и, более того, в процессе падения кусков льда возможно повреждение водостока, фасада и нанесение ущерба стоящему внизу имуществу.

Другой способ – использование специальных полимерных гидрофобных гидроизоляционных покрытий, наносимых методом обычной покраски кистью, валиком или распылением на край кровельного ската, в ендовах и т.п. проблемных участках. Покрытия не предотвращают образование льда, но помогают его быстрому сходу, не допуская образования больших сосулек и ледяных натеков. Композиционно покрытия  представляют собой кремнийорганические, фторопластовые и др. растворы со специальными наполнителями и добавками, после отверждения которых образуется сверхскользкое покрытие - величина сцепления льда с покрытием практически равна нулю. Покрытия устойчивы к перепадам температур, УФ-излучению и атмосферным осадкам, обладают высокими показателями прочности, морозостойкости и эластичности. Они относятся к трудногорючим, и с точки зрения экологии к ним нет претензий.  Стоимость состава -120-180 руб./п.м. карниза.

В последнее время стал применяться электроимпульсный метод, позаимствованный из авиации. Он не препятствует образованию наледи, а удаляет уже образовавшуюся. Суть его заключается в том, что под поверхностью металлической кровли, с которой необходимо удалить наледь,  устанавливают индукционные катушки (катушки с навитым на них электрическим проводом). При подаче электрического импульса нарастающая величина тока вызывает образование магнитного поля, притягивающего (отталкивающего) в пределах упругой деформации кровельное покрытие в зоне установки индукционного датчика. Величину тока подбирают из условия разрушения наледи в пределах упругой деформации  и микровибрации кровли. В отличие от предыдущих импульсный метод очень экономичен по расходу электроэнергии, так как работает несколько минут в течение суток. Система для оборудования десяти водостоков (с учетом стоимости генератора импульсов,  датчиков и монтажа) стоит около 75 тыс. руб.

Более эффективной и более дорогой (2 тыс.руб/пог.м.) является система, основанная на электроимпульсном методе снегосброса, которая, кроме импульсных датчиков, включает и датчики слежения за состоянием кровли. При появлении снега система срабатывает автоматически.

Наиболее совершенным сегодня методом являются кабельные антиобледенительные системы, устанавливаемые на кровлю в местах, где чаще всего образуются лед и сосульки, и подогревающие ее с помощью тепловыделяющего (нагревательного) кабеля. Суть метода заключается не в борьбе с наледью, а в предотвращении ее образования - на крыше и в водосточных системах не образуются сосульки и глыбы льда.  Это гарантирует долголетнюю службу и 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 антиобледенительной системы. Ведь  для поддержания прохода для схода талой воды требуется значительно меньше тепловых затрат, а, следовательно, и расхода электроэнергии, чем для растапливания льда. 

Кабельные системы антиобледенения кровли и водостоков могут быть смонтированы на кровлях из любых современных кровельных материалов со всеми видами водосточных систем (пластиковые, металлические), а также на кровлях без водостоков.

Кабельная антиобледенительная система. Принцип действия кабельных антиобледенительных систем очень простой – на крышах в местах образования сосулек и наледи и в водосточных системах прокладывают нагревательный кабель, снег тает и, не превращаясь в лед, водой стекает с крыш по обогреваемым водостокам.  Конструктивная система включает греющие (нагревательные) кабели, силовые провода, датчики, пульт управления, распределительные коробки и крепеж.

Греющие кабели питает сеть с напряжением 220 В или 380 В, поэтому при проектировании системы необходимо строго соблюдать требования Правил устройства электроустановок (ПУЭ) в широком диапазоне температур. Система электропитания должна в обязательном порядке включать, кроме защиты от перегрузок, датчики контроля изоляции или устройство защитного отключения (УЗО). Наряду с заземленной оплеткой греющего кабеля, это обеспечит полную электробезопасность   антиобледенительной установки. Впрочем, главная гарантия эффективной и безопасной работы системы – профессиональное проектирование, монтаж и обслуживание антиобледенительного комплекса фирмой-подрядчиком.

Работой греющих кабелей управляет специальный автоматический терморегулятор, получающий информацию от одного или нескольких установленных на кровле датчиков  - температуры, относительной влажности воздуха, наличия на кровле воды. Датчик температуры размещают  вдали от источников тепла, датчик осадков - на открытом месте, а вот  датчик наличия воды -  в самом низком месте водостока. По мере получения от датчиков сигналов о создании условий, способствующих образованию льда (выпадение осадков в холодное время года или капельное таяние снежного покрова на крыше во время оттепели), блок управления  (термостат или программируемый терморегулятор фирм DEVI, ENSTO, RAYCHEM, EBERLE и др.) автоматически включает подачу электроэнергии, и греющий кабель начинает выделять тепло. Образующаяся при этом вода стекает по желобам и водостокам. Аналогично отсутствие условий льдообразования автоматически отключает  нагрев, переводя систему в режим "ожидания".

Опыт применения антиобледенительных кабельных систем накоплен в странах с холодным климатом: Канаде, Швеции, Норвегии, Финляндии, Дании. Вначале у нас в стране использование таких систем вызывало немало трудностей, но сегодня, уже есть  собственные производители таких систем, а фирмы, занимающиеся монтажом антиобледенительных систем европейских производителей, научились адаптировать зарубежную продукцию к суровым условиям российского климата.

 Антиобледенительную кабельную систему обогрева можно использовать не только на крышах и водосточных системах. Устранить наледь и убрать снег с пешеходных дорожек и площадок, пандусов, ступенек, въездов в подземный гараж,  площадок под навесом, на которые попадает снег, и др., предотвратить замерзание водопровода и ливневой канализации можно также с помощью надежной и долговечной кабельной антиобледенительной системы. При этом отпадает необходимость применения соли и других химических веществ и, как следствие этого, исключается вызываемая ими коррозия и уменьшается разрушение покрытия. 

Система кабельного обогрева состоит из нескольких частей, а именно:

• греющей части, включающей нагревательные кабели для растапливания снега и инея и превращения их в воду, и элементы закрепления кабелей в требуемых местах крыши и в водосточных системах;
• распределительной части, состоящей из силовой сети для питания нагревательных кабелей, информационной сети, передающей сигналы от датчиков к системе управления, и распределительных коробок для  соединения проводов и
• автоматической системы управления, включающей блок управления, терморегуляторы, датчики, фиксирующие изменение погодных условий, и защитные устройства, обеспечивающие безопасную работу всей системы антиобледенения.

Места прокладки греющего кабеля устанавливаются после анализа специалистом мест предполагаемого обледенения конкретной крыши, но его обязательно прокладывают на карнизных свесах, в ендовах, желобах, воронках и водосточных трубах. Устанавливать греющий кабель  только по краю кровли и не обогревать водостоки не имеет смысла - талая вода стечет с крыши, но, попав в холодный водосток, сразу же замерзнет. Обогрев также нужен и на сложных элементах кровли: внутренних углах, вокруг выступающих конструкций (фонари, трубы, мансардные окна и т. д.), а также на плоских площадках. На плоских крышах и крышах с малым уклоном (до 30⁰) нагревательный кабель обычно прокладывают либо по всей поверхности, либо на приемных водосточных воронках и участках, прилегающих к водостокам.

Греющий кабель прикрепляют к краю кровли, раскладывают внутри желобов и опускают в водостоки  по внутренней поверхности трубы и воронки. На карнизном свесе кабель размещают точно по кромке, так как смещение лишь на несколько сантиметров может перечеркнуть всю работу системы: нагревательный кабель растопит снег, но талая вода, дойдя до холодного края кровли, замерзнет и превратится в сосульки. Для удержания кабеля в требуемом положении  и исключения перекручивания, пересечения, спутывания, соприкосновения друг с другом используют специальные зажимы и крепеж.

Расчетная мощность системы антиобледенения для загородного дома зависит не столько от площади кровли, сколько от ее конфигурации, длины водосточных труб и лотков, высоты дома.  Ее рассчитывают по длине греющего кабеля и фактически потребляемой мощности 1 пог.м кабеля, которая обычно составляет 25-60 Вт. Чем большую площадь необходимо защитить от обледенения, тем больше нужно кабеля (требуемую длину нагревательного кабеля определяют расчетом). Как правило, мощность системы коттеджа находится в пределах 4-25 кВт. В особых случаях, например для обеспечения светопрозрачности кровли в зимнее время мощность системы может быть выше. Кстати, одна из известных в мире наиболее мощных и сложных кровельных систем удаления снега (и обеспечения круглогодичной светопрозрачности) установлена на крыше реконструированного Старого Гостиного двора в г. Москве (более 4 МВт установленной мощности).

Нагревательные (греющие) кабели,  преобразовывающие протекающий по ним электрический ток в теплоту - основной компонент  антиобледенительной системы. Нагреваясь, они протаивают проходы для стока талой воды, предупреждают образование льда и снега на кромках кровли, в водосточных желобах, воронках и трубах, предотвращают образование пробок и деформацию водосточных труб и желобов. Поэтому их важнейший технический параметр - мощность на единицу длины (удельное тепловыделение). Кроме того, они с учетом характера их применения должны характеризоваться высокими показателями электробезопасности, атмосферостойкости, стойкости к УФ-излучению и механической прочностью. Греющие кабели должны иметь все необходимые сертификаты качества и безопасности.

 Различают два типа греющих кабелей: резистивные с постоянным удельным сопротивлением и саморегулирующиеся со специальным греющим элементом, изменяющим свою мощность в зависимости от внешней температуры.

Резистивные греющие кабели состоят из металлической токопроводящей жилы, выделяющей тепло, изоляции, медной экранирующей оплетки и высокопрочной внешней оболочки из ПВХ или фторполимера. Бывают кабели одножильные (одна греющая жила)  и двужильные (две греющие жилы) (одна жила греющая, вторая - соединительная), более дорогие, но  и более удобные  в монтаже. Выбор между одножильным и двужильным типом кабеля определяется площадью и конфигурацией обогреваемых участков крыши. Одножильный греющий кабель подключают к питающей сети с обоих концов, двужильный - с одного; на другом конце ставят заглушку, соединяющую греющую и соединительную жилы.  Выходная мощность таких кабелей постоянна, и зависит от подаваемого напряжения (В), погонного сопротивления жилы (Ом/м) и длины кабеля.

Большой недостаток резистивных кабелей — постоянное сопротивления по всей длине, и поэтому кабель везде греет одинаково. Это приводит к излишним затратам энергии, так как   условия теплоотдачи на протяжении всей длины кабеля могут быть различными. Где-то кабель может быть прикрыт листвой, затененная часть карниза покрыта наледью, а открытая - чистая и др. По показаниям датчика с обледеневшего участка система включается, но эффективно работает лишь участок кабеля, где наледь, остальная часть кабеля попросту греет воздух, расходуя электроэнергию впустую. Поэтому на некоторых участках резистивный кабель будет перегреваться, и способствовать неоправданному повышению эксплуатационных затрат. А под листвой кабель и вовсе может перегреться и перегореть.

Другой недостаток - необходимость постоянного ухода и обслуживания системы, в частности  удаления с крыши веток, опавшей листвы и т.п.

При укладке резистивных кабелей используют готовые кабельные секции либо кабель в бухтах. Кабельные секции представляют собой отрезки греющего кабеля определенной длины, соединенные муфтой с питающим кабелем длиной 0,75-3,0 м. Концы питающих кабелей подсоединяются к распределительной коробке, к которой подводится напряжение от силового щита. Самопроизвольно уменьшать длину отрезка греющего  кабеля нельзя, так как в этом случае изменится сопротивление кабеля, и он будет перегреваться. При  использовании греющего кабеля из бухт его нарезают на месте укладки на отрезки расчетной длины в зависимости от требуемой величины удельной мощности  тепловыделения. Если длина отрезка будет меньше расчетной, кабель перегреется, если больше -  он не выйдет на расчетную погонную мощность. Для соединения с питающим проводом или другим куском греющего кабеля применяют специальные соединительные, герметичные термоусаживаемые муфты.

Имеется конструкция резистивного кабеля, в которой токоведущие жилы защищены двойной изоляцией: внутренняя выполнена из температуростойкой силиконовой резины, а наружная - из высокопрочной полиэфирной пленки. Поверх них идет экранирующая оплетка из луженой меди, защищенная снаружи прочной ПВХ оболочкой. Фирма CEILHIT предлагает кабели с тефлоновым покрытием жилы, что способствует повышению максимальной рабочей температуры нагревательного элемента (до 50-60⁰С) и улучшению равномерности теплоотвода.

Сегодня на российском рынке представлены резистивные кабели, производимые фирмами CEILHIT (Испания), ENSTO (Финляндия), DEVI (Дания) и др. Безусловными преимуществами резистивных кабелей являются их надежность и доступная стоимость (70 - 150 руб/пог.м).

Разновидностью резистивных кабелей являются бронированные кабели с дополнительной одинарной или даже двойной оплеткой из стальной оцинкованной проволоки для надежной защиты от механических повреждений. Они применяются для укладки в бетонную стяжку при подогреве открытых площадок, пандусов, ступеней и т.п. 

К классу резистивных относятся и так называемые зональные кабели. Тепловыделяющим элементом в них является спиральная навивка из проволоки с высоким сопротивлением поверх изоляции токопроводящих жил. Длина спирали порядка метра. Концы спиралей подсоединены к токопроводящим жилам параллельно, т.е. все спирали соединены как лампочки в электропроводке. Поэтому зональный кабель можно резать на  куски, кратные длине греющей зоны, непосредственно на объекте, тем самым уменьшая расход кабеля и не беспокоясь за правильность работы греющей цепи.  Тепловыделение зональных кабелей составляет 15-200 Вт/пог.м в зависимости от сечения спиральной проволоки. Зональные кабели рекомендуют использовать на кровлях, в длинных водостоках и местах, где совершенно не должно быть наледи.

Как уже упоминалось, кроме резистивных, есть еще и саморегулирующиеся кабели, автоматически меняющие тепловыделение в зависимости от температуры окружающей среды, способные экономно расходовать потребляемую электроэнергию. Причем это свойство локальное – каждый участок кабеля реагирует на окружающие именно его условия. По устройству саморегулирующийся кабель похож на зональный, но вместо теплоизлучающей спирали между двумя токоведущими жилами расположен подключаемый к жилам нагревательный элемент – полимерная матрица с токопроводящим углеродосодержащим наполнителем. Причем тепловыделяющий материал матрицы имеет значительный коэффициент теплового расширения. Поэтому когда температура окружающей среды  понижается, материал греющего элемента матрицы сжимается, сопротивление его уменьшается, а величина тока, проходящего через матрицу, возрастает.  Соответственно возрастает и тепловыделение. Аналогично, при повышении температуры сопротивление матрицы увеличивается, а количество выделяемого тепла уменьшается, что предотвращает перегрев. Мощность тепловыделения кабеля меняется и от среды нахождения кабеля. При  одинаковой температуре 0⁰С  удельное тепловыделение кабеля составляет  18 Вт/пог.м на открытом воздухе  и 36 Вт/пог.м при нахождении его в талой воде.     

Кстати, саморегулирующийся кабель можно нарезать на куски практически любой длины (от 20 см) и даже небольшой кусок его подключать к электросети. Это удобно при обогреве небольших участков, например,  сливной трубки кондиционера.

На российском рынке представлены саморегулирующиеся кабели с различными пределами регулирования (от 13 до 66 Вт/пог.м) фирм DEVI, RAYCHEM, EBECO, THERMON и др. Главный недостаток саморегулирующегося кабеля – его стоимость, которая примерно раза в 4 выше, чем резистивного (450 -750 руб./пог.м), что объясняется более высокими потребительскими характеристиками и трудоемкостью изготовления. Четырехкратная разница в стоимости кабелей не означает, что общая стоимость систем будет тоже различаться в несколько раз. Ведь многие компоненты (шкаф управления, система электроснабжения, крепежные элементы) одинаковы для всех типов нагревательных элементов, поэтому  система с саморегулирующимися кабелями будет дороже на 30-40%. Не стоит забывать и об экономии энергии при эксплуатации кабельной системы обогрева с использованием саморегулирующихся кабелей.

Выбор того или иного типа кабеля обуславливается особенностями каждой конкретной кровли, условиями эксплуатации, эксплуатационными параметрами и  стоимостью. Возможно комбинированное использование двух типов кабеля.

Проектирование, монтаж и стоимость. Составление проекта кабельной  системы обогрева ведут с учетом климатических условий района застройки, конфигурации крыши и конструкции кровли, режима эксплуатации подкровельного пространства. Запроектированная антиобледенительная система должна обеспечить гарантированное удаление воды, образующейся из тающего снега и инея.

Расчет и проектирование кабельных систем обогрева довольно сложные. Основные причины возникающих сложностей следующие:

• большое разнообразие особенностей конструкций кровель и водоотводных устройств в плане установки кабельных систем;
• трудность определения величины теплового потока,  выходящего на кровлю через верхние перекрытия, который является основным параметром, определяющим необходимую установленную мощность кабельной системы;
• воздействие на нагревательный кабель неблагоприятных внешних условий (УФ-излучение, резкие перепады температуры, механические нагрузки и др.),  причем на разных участках условия могут резко различаться.

Спроектировать и установить кабельную систему антиобледенения собственными силами очень сложно. Проанализировать ситуацию, провести грамотный расчет системы, выбрать качественный материал и надежное оборудование – задачи не из легких. Но по плечу профессионалам. Как правило, специализированные фирмы работают с определенными поставщиками материалов и оборудования, имеют опыт проектирования и оптимальной адаптации систем под российские климатические  условия. Например, группа компаний КПД монтирует антиобледенительные системы на основе кабелей фирмы DEVI, фирма СЭМРИС использует саморегулирующиеся кабели фирм RAYCHEM, CEILHIT, ISOPAD и т.д. 

Для оптимальной работы кабельной системы антиобледенения заказывать проектирование и монтаж кабельной системы обогрева необходимо в специализированной фирме. Чтобы по телефону выяснить условия выполнения работ и ориентировочную стоимость системы, нужно приблизительно описать кровлю и сообщить общую длину водосточной системы. Если крыша простая – скорее всего назовут стоимость  работы, материалов и оборудования. Если сложная – необходим выезд замерщика на объект. Он выявит места накопления снега и образования льда, замерит возможные  обогреваемые участки кровли, уточнит размеры крыши, уклон кровли, размеры водосточной системы (желобов, водосточных труб и  лотков). Местоположение обогреваемых зон, оценку удельных мощностей узлов системы, тип нагревательного кабеля, режим работы системы подлежат детальному обсуждению.

Основное условие для установки антиобледенительной системы – наличие свободной мощности электросети. Работы по установке проводятся только при полном отсутствии осадков при температуре не ниже -5 ⁰С. И еще одно обязательное условие - все электрические подключения должны выполняться только дипломированным электриком. Монтаж ведут в следующем порядке. До установки верхнего слоя кровли прокладывают распределительную сеть, устанавливают распределительный шкаф. После полного монтажа кровли и водосточной системы укладывают греющую сеть и ставят датчики. Затем монтируют управляющую и коммутирующую аппаратуру и испытывают  систему. 

Установленный на кровле нагревательный кабель защищают от механических повреждений  системой снегозадержания (снегоотбойником). Для надежного закрепления кабеля применяют специальную монтажную ленту, сетку с морозоустойчивыми хомутами, специальные пластиковые крепления. Шаг между креплениями или отрезками монтажной ленты обычно составляет 300 – 350 мм. Необходимо следить за тем, чтобы при установке линии кабеля не соприкасались и не переплетались между собой. В начале каждого осенне-зимнего сезона проводят пробный запуск для проверки готовности системы к работе.

Стоимость антиобледенительных систем в зависимости от применяемых материалов и оборудования, режима работы системы управления, характеристик крыши и объема работ очень разнится. Дорогие системы характеризуются повышенной надежностью и дольше служат, и, что особенно важно,  позволяют существенно снизить потребление энергии. Кабельная система антиобледенения двухэтажного коттеджа площадью этажа 200 м² с простой четырехскатной крышей приблизительно будет стоить  175-250 тыс. руб. Затраты на оплату электроэнергии – главный недостаток кабельного обогрева – зависят от грамотной подачи напряжения на тепловой кабель.

Использование систем антиобледенения крыши на основе греющих кабелей при условии правильного проектирования, учитывающего особенности конструкции кровли, позволяет полностью исключить образование наледи  и обеспечить работоспособность системы организованного водостока в весенний и осенний периоды при сравнительно невысоких ценах и незначительном энергопотреблении.