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 весьма 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:
1. Атмосферное тепло. Суточные температуры воздуха колеблются с амплитудой, достигающей 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 небольшой 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.
2. Собственное тепловыделение кровли. Тепловыделение 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 сосулькообразования 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 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 быть оснащена датчиками температуры, осадков и воды и соответствующим специализированным терморегулятором, который скорее можно назвать миниметеостанцией. Он должен 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.
Должны быть выполнены нормативы установленной мощности нагревательных кабелей для различных частей системы — горизонтальных лотков и желобов, и вертикальных водостоков.
Составные части системы
1. 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.
2. Распределительную и информационную сеть, обеспечивающую питание для всех элементов греющей 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.
3. Систему управления, содержащую шкаф управления, мини-метеостанцию РТ200Е, датчики температуры, осадков и воды, пускорегулирующую и защитную аппаратуру, соответствующую мощности системы и классу исполнения шкафа управления.
Типовые обогреваемые зоны
- Водосточные трубы на всю длину.
- Водосточные желоба и лотки.
- Водосточные воронки и зоны вокруг них площадью около 1 м2.
- Узлы входа желобов в водосточные трубы.
- Ендовы (линии стыка плоскостей крыши), другие примыкания к плоскости кровли — мансардные окна, фонари, аттики.
- Водометы и водометные окна в парапетах.
- Карнизы крыш.
- Капельники.
- Поверхности плоских крыш и бетонных водосточных лотков.
- Дренажные и водосборные лотки в грунте под водосточными трубами.
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
1. Получение от заказчика чертежей зданий и сооружений с обозначением обогреваемых участков крыши и водостоков, с указанием конкретного назначения проектируемой системы обогрева.
2. Фотосъемка и измерение отдельных фрагментов обогреваемых участков кровли.
3. Классификация этих участков с последующим выделением характерных зон и опасных (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. Определяются высота здания, длина, высота и ширина крыши, уклон кровли, длина и диаметр водосточных труб, длина и размеры лотков, желобов.
5. Разрабатывается техническое задание на проектирование, в котором, исходя из имеющегося опыта и рекомендаций, определяются обогреваемые зоны кровли, задаются удельные мощности обогрева для всех узлов системы; количество ниток и тип нагревательного кабеля, при необходимости уточняется алгоритм работы системы.
6. Рассчитывается потребное количество нагревательного кабеля, обогреваемых воронок и общая электрическая мощность системы.
7. Оценивается возможность срыва с поверхности крыши ледяных глыб и сосулек, сползания сугробов снега, намечаются решения по их предупреждению, установки элементов снегозадержания, работающих согласованно с системой антиобледенения.
8. Определяются тип, количество и параметры нагревательных секций и предварительные схемы их раскладки. Уточняются мощностные параметры системы обогрева в целом. Выбираются крепежные элементы из типового набора.
9. Вычерчиваются схемы раскладки нагревательных секций.
10. Проектируются силовая питающая сеть и система управления с учетом требований фазирования.
11. Выпускается полный пакет проектной документации, в который входят чертежи раскладки кабельных нагревательных секций, чертежи прокладки силовой и информационной кабельной сети, схемы подключения секций и воронок, систем автоматики, паспорт на систему кабельного обогрева кровли «Теплоскат»
12. Разрабатывается комплект сметной документации, если это предусматривается договором с Заказчиком.
Управление системами — основы и аппаратура
Алгоритм управления антиобледенительными системами должен соответствовать физическим процессам образования наледи на кровле.
В комплект к мини-метеостанции РТ200Е прилагаются датчик температуры наружного воздуха и датчик осадков. Датчик осадков представляет собой элемент с двумя электродами, оснащенный подогревателем весьма малой (5 Вт) мощности. При попадании снега на поверхность датчика, он плавится, а образовавшаяся из снега вода изменяет сопротивление между электродами и система получает сигнал о наличие осадков.
В некоторых случаях находят применение датчики присутствия влагидля лотков или водостоков, основанные на том же принципе. Их применение позволяет определить момент ухода воды с горизонтальных частей кровли (лотки и желоба), после чего их можно отключить. Это делает систему весьма экономной в эксплуатации.
Требования безопасности
Для их удовлетворения выполняются несколько требований:
1. В состав системы входят только нагревательные кабели, имеющие соответствующие сертификаты, в т.ч. сертификат пожаробезопасности.
2. Греющая часть системы оснащается УЗО или дифференциальным автоматом с током утечки не более 30 мА (для требований полной электробезопасности — 10 мА).
3. Сложные антиобледенительные системы разбиваются на отдельные части с токами утечки в каждой части, не превышающими определенное значения.
Испытания системы и оценка эффективности
Испытания антиобледенительных систем можно разделить на две группы: приемо-сдаточные и периодические.
Приемо-сдаточные испытания, начинаются с испытаний сопротивления изоляции нагревательных и распределительных кабелей. Проводится тестирование УЗО (или дифференциальных автоматов). Составляются соответствующие протоколы с указанием конкретных значений. Наиболее информативными являются испытания на функционирование, в ходе которых проверяется эффективность работы системы. Следует отметить, что антиобледенительные системы не являются системами мгновенного действия. Они предназначены для работы в ждущем режиме, и включаются сразу при появлении осадков. Если система была включена не в начале сезона и на кровле накопился слой снега, то ей понадобится время от 6 часов до суток для его удаления.
Затруднения имеются при сдаче системы в теплое время года. В это время проверяется надлежащее функционирование управляющей аппаратуры, имитируются сигналы с датчиков, проверяется переход систеды в режим включения нагрузки, отключения лотков, а затем и отключения водостоков.
Периодические испытания проводятся, как правило, в начале осени для проверки технического состояния системы и подготовки ее к работе. Прежде всего проверяется сопротивление изоляции для выявления поврежденных участков, затем проверяется состояние аппаратуры, проводится ее пробное включение. После проверки настроек терморегуляторов производится рабочее включение системы, и она остается работать в «ждущем» режиме.
