Статьи / Системы электропитания / Обогрев кровель

Обогрев кровель

Эффективный обогрев кровель домов, зданий невозможен без продуманного подхода и грамотно составленного, профессионального проекта. Обогрев кровель используется в первую очередь в антиобледенительных системах домов. Подобные системы появились на рынке относительно недавно, но они быстро завоевали признание. Обогрев крыши с такими системами позволяет исключить какое-либо образование наледи в водосточных трубах, желобах, на краю кровли, а также в других местах.


Это является серьезным преимуществом системы, поскольку появление наледи опасно по ряду причин:

  • Образовавшиеся массивные ледовые массы представляют реальную опасность для жизни людей и могут причинить серьезные повреждения автотранспорту, а также нижележащим архитектурным элементам;
  • Наледь оказывает дополнительную механическую нагрузку на элементы кровли и способствует сокращению ее срока службы;
  • Из-за задержки талой воды на поверхности кровли в осенне-весенний период и при оттепелях возможны протекания крыши. Наиболее часто страдают в результате жилые этажи, расположенные непосредственно под кровлей, а также части фасада здания вблизи водостоков и ендов;
  • Механическая очистка кровли от наледи также резко снижает срок ее службы.

Благодаря внедрению антиобледенительных систем с использованием нагревательных кабелей при правильном проектировании с учетом особенностей конструкции кровли, позволяет:


  • Избавиться от наледи и сосулек при невысоких затратах и незначительном энергопотреблении;
  • Исключить протекание крыши, повреждение фасадов и водосточных труб, обеспечив работоспособность системы водостока в течение зимы и межсезонья.

Обогрев кровель


Общие свойства антиобледенительных систем

Снег на кровле не представляет собой какой-либо опасности. Но при таянии он превращается в воду и, если у воды нет пути для быстрого ухода с кровли, то при понижении температуры она замерзает. Образуется наледь. Причем необязательно, что наледь будет таять каждый раз при смягчении температуры, возможно и увеличение ледовой пробки. Качественный обогрев крыши способен бороться с таким образованием наледи, которое угрожает возникновением ледяных заторов, пробок и сосулек длиной в десятки метров и весом в сотни килограмм.


Источниками теплоты являются:

1. Атмосферное тепло. Суточные температуры воздуха колеблются с амплитудой в 15°С - от +3–+5°С днем до -6–10°С ночью. В таких условиях создаются наиболее благоприятные условия для образования наледи. Весной к этим факторам добавляется солнечное излучение. Несмотря на то, что поверхности снега и льда отражают большую часть излучения, даже небольшой налет грязи резко увеличивает коэффициент поглощения. Оголившиеся участки кровли быстро нагреваются, и таяние идет с внутренней стороны слоя. Поэтому весной наледь образуется наиболее интенсивно.


2. Собственное тепловыделение кровли. Любая кровля выделяет тепло. Наименее активны кровли с проветриваемым чердаком, так называемые, холодные кровли. Но в последнее время особое распространенным стало использование чердачного пространства для проживания или в технических целях. Это резко меняет требования к традиционной конструкции кровли, что далеко не всегда учитывают проектировщики и архитекторы. В результате недостаточно эффективной теплоизоляции под поверхностью лежащего на кровле снега происходит постоянное медленное его таяние. Это происходит по всей поверхности кровли. Такие кровли называются теплыми. Наледь на них образуется при более широком диапазоне температур воздуха. То есть опасность сосулькообразования сохраняется в течение почти всего холодного сезона.


При низких температурах антиобледенительные системы не нужно включать. Например, при температуре -15-20°С наледь практически не образовывается. Количество осадков в виде снега также уменьшается. И при этом для плавления снега и увода влаги нужны более значительные мощности.


При разработке и монтаже антиобледенительной системы проектировщик должен обеспечить воде, которая появилась в результате работы системы, свободный путь с кровли и из водостоков.


Для греющей части систем существуют также границы установленных мощностей, несоблюдение которых может привести систему в неработоспособное состояние в указанном диапазоне температур. При значительном превышении указанных температур происходит лишь перерасход электрической мощности без какого-либо улучшения работы системы.


Суммарная удельная мощность на единицу площади поверхности обогреваемой части на горизонтальных частях кровли 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.


Выводы:

1. Антиобледенительные системы в основном работают в весенне-осенний периоды, а также во время оттепелей. Работа системы в холодный период (-15–20°С) не только не нужна, но может быть вредна.


2. Система должна иметь датчики температуры, осадков и воды, а также специализированный терморегулятор, который должен управлять системой и допускать возможность подстройки параметров температуры с учетом климата, расположения здания и количества этажей.


3. На всем пути талой воды – от горизонтальных желобов и лотков, до выходов из водостоков, должны быть установлены нагревательные кабели.


Должны соблюдаться нормативы по мощности нагревательных кабелей для различных частей системы — горизонтальных лотков и желобов, и вертикальных водостоков.


Составные части системы обогрева кровли


Обогрев кровли


состоит из:

 

1. Греющей части – это нагревательные кабеля, аксессуары для их крепления на кровле. В ее состав могут входить также воронки со встроенным подогревом, элементы снегозадержания, которые взаимодействуюют с нагревательными элементами.


2. Распределительной и информационной сети. Эти сети обеспечивают питание для всех элементов греющей части и проводят информационные сигналы от датчиков до щита системы управления. В составе системы - силовые и информационные кабели для работы на кровле, распределительные коробки и крепежные элементы.


3. Системы управления, которая представляет собой шкаф управления, специальные терморегуляторы, датчики температуры, осадков и воды, пускорегулирующую и защитную аппаратуру определенных мощностей.


Типовые обогреваемые зоны кровель

Зоны системы обогрева кровли


К типовым обогреваемым зонам системы относятся:


1. Водосточные трубы на всю длину.

2. Водосточные лотки и желоба.

3. Водосточные воронки и зоны вокруг них площадью около 1 м2.

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.


На рисунке приведен пример типовых обогреваемых зон.


Пример типовых зон обогрева крыши


Типовые обогреваемые зоны кровли


1 — водосточные трубы;

2 — водосборные желоба;

3 — водосборные лотки;

4 — воронки;

5 — направляющий лоток;

6 — ендова;

7 — водомет;

8 — карниз;

9 — капельник;

10 — плоская кровля;

11 — площадь водосбора желоба;

12 — площадь входного обогрева.


Этапы проектирования

Проектирование кабельной системы «Теплоскат» проходит в несколько этапов:

1. Это получение от заказчика чертежей зданий и сооружений, на которых обозначены обогреваемые участки крыши и водостоков, с указанием конкретного назначения проектируемой системы обогрева кровли дома.

2. Фотосъемка отдельных фрагментов обогреваемых участков кровли и их измерение.

3. Классификация этих участков с последующим выделением опасных с сточки зрения накопления снега и образования льда мест.


К опасным местам относятся:

  • Водосточные трубы.
  • Воронки и отметы водосточных труб.
  • Желоба и лотки, особенно в зонах примыкания к водосточным воронкам.
  • Ендовы (стыки плоскостей разных участков кровли), мансардные окна, фонари.
  • Водометы.
  • Карнизы крыш.
  • Капельники.

4. Определение высоты здания, длины, высоты и ширины крыши, уклона кровли, длины и диаметра водосточных труб, длины и размеров лотков, желобов.

5. Разработка технического задания на проектирование, в котором определяются обогреваемые зоны кровли, задаются удельные мощности обогрева крыши для всех узлов системы. Также определяется количество ниток и тип нагревательного кабеля, уточняется алгоритм работы системы.

6. Расчет необходимого количества нагревательного кабеля, обогреваемых воронок и общей электрической мощности системы.

7. Оценка возможности срыва с поверхности крыши ледяных глыб и сосулек, сползания сугробов снега, принимаются решения по их предупреждению, установки элементов снегозадержания.

8. Определение типа, количества и параметров нагревательных секций и предварительных схем их раскладки. Уточнение параметров мощности системы обогрева кровли в целом.

9. Подготовка схемы раскладки нагревательных секций.

10. Проектирование силовой питающей сети и системы управления с учетом требований фазирования.

11. Выпуск полного пакета проектной документации с чертежами раскладки кабельных нагревательных секций, чертежами прокладки силовой и информационной кабельной сети, схемами подключения секций и воронок, систем автоматики, паспорт на систему кабельного обогрева «Теплоскат»

12. Разработка комплекта сметной документации.


Управление системами — основы и аппаратура

Алгоритм управления антиобледенительными системами должен соответствовать процессу образования наледи на кровле.


Помимо «крышного» термостата полагаются еще датчик температуры, наружного воздуха и датчик осадков. Последний представляет собой элемент с двумя электродами, оснащенный подогревателем малой мощности. При попадании снега на поверхность датчика, он плавится, а образовавшаяся из снега вода изменяет сопротивление между электродами. В результате система получает сигнал о наличие осадков.


Бывают случаи, когда датчики присутствия влаги используют для лотков или водостоков. Это позволяет определить момент ухода воды с горизонтальных частей кровли, после чего их можно отключить. Это делает систему весьма экономной в эксплуатации.


Требования безопасности


Основные требования заключаются в обеспечении пожаро- и электробезопасности.Для этого выполняется ряд требований:

1. В составе системы присутствует только два нагревательные кабеля с сертификатами пожаробезопасности.

2. Греющая часть системы имеет УЗО или дифференциальный автомат с током утечки не более 30 мА, а для требований полной электробезопасности — 10 мА.

3. Сложные системы могут быть разбиты на отдельные части с токами утечки в каждой из них.


Испытания системы и оценка эффективности


Испытания антиобледенительных систем делят на две группы: приемо-сдаточные и периодические.


Приемо-сдаточные испытания системы обогрева кровли дома, связаны с испытаниями сопротивления изоляции нагревательных и распределительных кабелей. Проходит тест УЗО, или дифференциальных автоматов. Наиболее информативны испытания на функционирование. В ходе этих тестов проверяется эффективность работы системы. Антиобледенительные системы не являются системами мгновенного действия. Они работают, как правило, в ждущем режиме, и включаются только при осадках. Если система была включена не в начале сезона, то с появлением снега на кровли придется подождать от 6 часов до суток для полного таяния.


Некоторые трудности существуют при сдаче системы обогрева кровли в теплое время года. В это время системы проходят проверку на качество. В частности, проверяется работа управляющей аппаратуры, имитируются сигналы с датчиков, проверяется переход системы в режим включения нагрузки, отключения лотков, а затем и отключения водостоков.


Также испытания проводятся в начале осени для проверки технического состояния системы обогрева крыши и подготовки ее к работе. После проверки настроек терморегуляторов, система включается в рабочее состояние и пребывает в «ждущем» режиме.