Татьяна Гагарина

Кабель, который живёт на крыше

Антиобледенительные системы

Карлсон, живший на одной из стокгольмских крыш, наверняка был самым лучшим в мире специалистом по очистке кровли от снега и льда. Не случайно он наведывался к Малышу только в теплое время года. Зимой бедняге, видимо, было не до проказ — крышу приходилось очищать от сугробов и ледяных торосов.

ТРУДНО БЫТЬ КРЫШЕЙ

"Жизнь" крыши — это постоянное сопротивление атмосферным "нашествиям": снегу, дождю, ветру, УФ-излучению. Снежной мягкой зимой, в период оттепелей, ранней весной и поздней осенью ей приходится бороться с еще одной напастью — обледенением. Это время характеризуется значительными суточными температурными перепадами (до 15°С), частыми переходами через ноль градусов. Днем на скатах снег тает (при температуре +3...+5°С), ночью замерзает (при температуре -6...-10 °С) — так талая вода превращается в наледи и сосульки. Подобное положение вещей характерно для так называемых "холодных" кровель, на поверхности которых снег тает при температуре воздуха не ниже 5°С. Тем не менее таяние снега может быть вызвано и внутренними теплопотерями, которые возникают, прежде всего, из-за неправильного устройства мансардных крыш и их недостаточной теплоизоляции. На "теплых" (снег тает при температуре ниже -5°С) и "горячих" (талая вода появляется при температуре ниже -10°С) кровлях наледи появляются и суровой зимой.

Обледенение чревато серьезными проблемами. Наледи нарушают герметичность кровельного покрытия, оно начинает протекать. Ледяные пробки деформируют и даже разрывают водосточные желоба и трубы. Весной талая вода, минуя забитую льдом систему водоотвода, выплескивается на стены и портит фасадную отделку. Наконец, падающие сосульки — серьезная угроза для жизни обитателей дома.

Традиционный метод удаления наледей с помощью лома и лопаты малоэффективен, трудоемок и небезопасен. При этом вероятность повреждения кровельного материала очень высока. Вместе с тем, многие домовладельцы весьма неохотно приглашают даже сотрудников специализированных служб. Дополнительные хлопоты и присутствие посторонних вносят нежелательное беспокойство в размеренную загородную жизнь хозяев.

ТОЛЬКО БЕЗ ПАНИКИ

По-видимому, среди соотечественников Карлсона было немало таких, кто не мог покорно мириться с образованием наледей и сосулек на кровельных скатах. В середине прошлого века в скандинавских странах, и прежде всего в Швеции, стали применять антиобледенительные системы, или, как их еще называют, системы снеготаяния.

01. Термостат с таймером
02. Термостат
03. Саморегулирующийся кабель
04. Крепежные принадлежности для греющих кабелей
05. Обогрев ендовы и нижней части ската (для обогреваемой кровли)
06. Обогрев водосточной трубы и лотка
07. Расположение датчика температуры, когда греющий кабель проходит внутри трубы
08. Обогрев крыши с мансардными окнами
09. Электрический двухжильный нагревательный кабель ТСБ:
  • а — нагревательные жилы из сплава высокого сопротивления или стальной оцинкованной проволоки;
  • б — изоляция из сополимера полипропилена;
  • в — наружная оболочка из безгалогенного компаунда;
  • г — дренажный проводник из скрученной медной луженой проволоки;
  • д — армирующая оплетка из стальной нержавеющей или оцинкованной проволоки
  • Принцип их действия заключается в следующем — критические участки кровельного покрытия (карнизные свесы, ендовы, примыкания к кирпичным стенам дымоходов, башни, традиционные мансардные окна, водосточные желоба, воронки и трубы, зоны с небольшим уклоном и т.д.) нагреваются при погодных условиях, благоприятных для образования наледей и сосулек. Как правило, антиобледенительные системы состоят из трех частей — нагревательной, распределительной (силовой) и информационной сетей, а также блока автоматического управления. Кроме того, они комплектуются защитной аппаратурой, обеспечивающей безопасность эксплуатации.

    Проектирование, комплектация и монтаж антиобледенительных систем имеют свою специфику. В расчетах учитываются местные климатические условия, форма и конструкционные особенности крыши, эксплуатационный режим и т.д. Разработка систем снеготаяния, как правило, производится для уже существующих зданий. В этом случае проектировщикам приходится оценивать нагрев кровли посредством внутренних теплопотерь. Заметим, что "горячие" кровли требуют комплексного подхода. Зачастую установку антиобледенительной системы предваряют мероприятия по реконструкции "кровельного пирога" (усиление теплоизоляции, организация вентилирования подкровельного пространства и т.д.).

    В меньшей степени обледенению подвержены крыши простой конфигурации с уклоном скатов более 30°. Исключить возможность образования снеговых мешков и гигантских наледей можно уже на стадии эскизного проектирования здания.

    10. Места скопления снега и образования сосулек на необогреваемой крыше
    11. Нагревательный кабель на крыше, в водосточном желобе и трубах
    12. Греющий кабель в горизонтальном желобе и водосточных трубах
    13. Кабельный обогрев пандуса
    14. Монтаж одножильного кабеля на ступенях
    15. Схема подключения нагревательных кабелей
    16. Размещение кабеля в водосточной системе
    17. Подогрев наклонного въезда на эстакаду
    18. Система антиобледенения на тротуаре и ступенях загородного дома

    ЭВОЛЮЦИЯ КАБЕЛЯ

    Основной элемент антиобледенительной системы — нагревательная сеть. Для ее создания используется два типа кабеля: резистивный (Nexans, Норвегия; DE-VI, Дания; Ensto, Финляндия; Ceilhit, Испания; ССТ, Россия) и саморегулирующийся ( Raychem, Isopad, Германия; Thermon, США; Heat Trace, Великобритания; Ebeco, Швеция; Nelson EasyHeat, США — Канада). Прототипом первого является обычный греющий кабель, который используется, например, в бытовых обогревателях. При прохождении тока через провод с высоким сопротивлением электрическая энергия преобразуется в тепловую. Кабель нагревается равномерно, независимо от температуры отдельных участков кровли. Системы на базе резистивного кабеля проектируются с запасом по рабочей температуре и максимальной удельной мощности. Обычно одной линии недостаточно, поэтому кабель укладывается в две и более нити. Заметим, что серьезную проблему для резисторов представляет локальный перегрев, из-за которого кабель перегорает. Чтобы не допустить подобных неприятностей, при монтаже отдельных линий применяются специальные зажимы, а в водосточных трубах устанавливаются разводящие тросы. Данные крепежные элементы не позволяют нитям пересекаться или собираться в клубки. Кроме того, осенью, перед запуском системы кровельное покрытие и водостоки очищают от листвы, хвои и другого мусора. Кабель, смонтированный на металлической фальцевой кровле, рекомендуют закрывать кровельными листами. Такое решение не только защищает резисторы от перегрева, но и существенно продляет срок их службы. Рассказывает Алексей Терешин, инженер по продажам отдела DE-VI компании "Данфосс": "Резистивный кабель используется в системах обогрева уже не одно десятилетие. За это время накоплен огромный опыт эксплуатации данных систем снеготаяния. Поведение резисторов при различных тепловых режимах эксплуатации хорошо изучено. Факторы влияющие на работоспособность системы, несложно исключить еще при проектировании и монтаже нагревательной сети, а также в процессе регламентных профилактических работ. Отмечу, что заводская гарантия на кабель DE-VI составляет десять лет. Однако на самом деле срок службы резистивной системы может достигать двадцати и более лет. Надежность в сочетании с более чем доступной стоимостью обеспечивают резисторам стабильный спрос на рынке систем кабельного обогрева".

    Рабочим элементом саморегулирующегося кабеля является тепловыделяющая пластиковая матрица, в которую интегрированы две параллельные токонесущие жилы. Матрица выполнена из полимера с токопроводя-щими включениями (графит), сопротивление которого изменяется в зависимости от температуры окружающей среды. При повышении температуры матрица расширяется, связи между включениями нарушаются, сопротивление участка кабеля повышается, а интенсивность тепловыделения, наоборот, падает. При понижении температуры происходит обратный процесс.

    Энергопотребление "самрега" зависит от состояния участка крыши — находится ли кабель в "теплой" зоне, в талой воде, покрыт ли он снегом или льдом. При нулевой температуре оно может изменяться от 18 до 35 Вт/пог. м. Благодаря такой избирательной работе существенно экономится электроэнергия. Кроме того, "самрегам" не страшен перегрев, возникающий при перехлесте кабеля или из-за скопления опавших листьев.

    Однако эксплуатация саморегулирующихся систем требует специальных защитных мер. Возникающие при их запуске пусковые токи могут значительно превосходить расчетные величины. Чем ниже температура, тем выше будет пусковой ток. По этой причине греющую сеть лучше не включать в морозную погоду, и тем более, если кабель обледенел или запорошен снегом.

    Специалисты советуют запускать системы на базе саморегулирующегося кабеля поздней осенью при положительных температурах. Заметим, что защиту от пусковых токов и нормальное функционирование системы обогрева обеспечивает пускорегулирующее устройство соответствующей мощности, которое можно оснастить реле времени. Благодаря последнему включение нагревательной сети производится поэтапно.

    Неоспоримые достоинства "самрегов" подчас перевешивает один нешуточный недостаток — высокая стоимость. Если погонный метр резистивного кабеля обходится в 2-5 у.е., то на приобретение "самрега" потребуется сумма в пять раз больше (14-20 у.е./пог. м). Правда, разница счетов за антиобледенительные системы на базе саморегулирующейся и резистивной нагревательных сетей не столь внушительна и обычно составляет 30-45%. Слово Илье Позднякову, специалисту компании "Термаль": "При выборе системы антиобледенения нужно помнить, что экономия энергопотребления со временем компенсирует затраты на саморегулирующийся кабель. Кроме того, оптимизировать расходы позволяет профессиональное проектирование. Основываясь на анализе конкретной ситуации и результатах исследования крыши, разработчики предусматривают прокладку кабеля в местах наиболее вероятного образования наледей. Обязательному обогреву подвергаются ендовы (обычно две трети их длины), водосточные желоба и трубы".

    ОСНОВНОЙ ЭЛЕМЕНТ АНТИОБЛЕДЕНИТЕЛЬНОЙ СИСТЕМЫ — НАГРЕВАТЕЛЬНАЯ СЕТЬ. ДЛЯ ЕЕ СОЗДАНИЯ ИСПОЛЬЗУЕТСЯ ДВА ТИПА КАБЕЛЯ: РЕЗИСТИВНЫЙ (NEXANS, DE-VI, ENSTO, CEILHIT, CCT) И САМОРЕГУЛИРУЮЩИЙСЯ (RAYCHEM, ISOPAD, THERMON, HEAT TRACE, EBECO, NELSON EASYHEAT)

    Долговечность кабеля любого типа зависит от количества и качества изоляционных слоев, которые защищают токопроводящие элементы от атмосферных и механических воздействий. Для внешних оболочек, выполненных из ПВХ и других полимеров, наиболее опасно УФ-излучение, поэтому ведущие производители используют стойкие к воздействию солнца изоляционные материалы. Под внешней оболочкой располагаются внутренние изоляционные слои. Например, саморегулирующийся кабель компании Thermon имеет трехслойную защиту, которая включает внутреннюю электрическую изоляцию из модифицированного полиолефина, оплетку из луженой меди и наружную оболочку из модифицированного полиолефина, обладающую исключительной стойкостью к ультрафиолету. Заметим, что на данный кабель предоставляется десятилетняя гарантия, а срок службы греющего кабеля Thermon достигает 20 лет.

    Для обогрева плоских железобетонных крыш и бетонных водоотводных лотков рекомендуется использовать бронированный кабель (ССТ). Его наружная оболочка выполнена в виде двухслойной брони из стальной оцинкованной проволоки.

    19. Комплект для обустройства системы антиобледенения

    СИЛА ИНТЕЛЛЕКТА

    Управление антиобледенительной системой может осуществляться в ручном, полуавтоматическом или автоматическом режиме. Первый способ применяется довольно редко, ведь хозяевам приходится постоянно следить за погодой. Поясним: работа систем антиобледенения носит профилактический характер. При расчете мощности нагревательной сети предполагается, что греющий кабель будет предотвращать образование наледей, но не плавить лед. И если кабельный обогрев был включен с опозданием, когда карнизные свесы уже покрылись ледяной коркой, а в водостоках замерзла вода, то работа системы будет, по меньшей мере, малоэффективной.

    Для полуавтоматического режима управления используют термостаты — обычно их устанавливают на небольшие и простые по форме крыши. Эти устройства включают обогрев кровли при температуре наиболее вероятного образования сосулек, например, от -10 до +3°С. Правда, такое управление не исключает возможности образования наледей при температуре, которая выходит за пределы заданного диапазона. Появление сосулек могут спровоцировать высокая влажность и мокрый снег. В такую погоду кровельный обогрев рекомендуется активизировать вручную.

    Полное автоматическое управление антиобледенительными системами осуществляется с помощью программируемых терморегуляторов или мини-метеостанций. В этом случае на кровельном покрытии устанавливаются датчики температуры и влажности. На объемных и сложных по конфигурации крышах рекомендуется использовать программируемые терморегуляторы.

    ГОТОВЬ САНИ ЛЕТОМ

    Задуматься о системе обледенения следует еще на этапе проектирования дома. Это позволит избежать многих проблем в будущем. Например, при резервировании электрической мощности для электроснабжения коттеджа необходимо предусмотреть подключение кровельного обогрева. О значительности такой прибавки можно судить по удельному энергопотреблению обогреваемых водостоков — 50 Вт/пог. м и карнизных свесов — 180-250 Вт/м2. А "отнять" у здания пять и более киловатт удается далеко не всегда. Устанавливать системы кабельного обогрева лучше в процессе кровельных работ — это существенно экономит средства заказчика и повышает темпы монтажа.

    К сожалению, на практике домовладельцы вспоминают о системах кабельного обогрева только тогда, когда начинают падать сосульки, а кровля прогибается под тяжестью ледяных "доспехов". Установить систему обогрева зимой вполне можно, но стоит это гораздо дороже, чем летняя инсталляция. Потому монтаж лучше отложить до весны. Участки же образования наледей следует зарисовать или сфотографировать, а затем продемонстрировать наглядные материалы фирме- инсталлятору. Кроме того, для проектирования кровельного обогрева потребуются и другие сведения. Для их получения представитель специализированной компании производит специальные замеры и осмотр кровельного покрытия. По результатам этих исследований составляется техническое задание, на основании которого выполняются расчеты, создается схема раскладки греющих секций и т.д.

    Планируя приобретение антиобледенительной системы, необходимо помнить, что изготовление рези-стивных кабельных сетей производится в заводских условиях и требует определенного времени. Саморегулирующийся кабель, напротив, нарезается на месте, что позволяет оптимально адаптировать сеть к кровле. Однако его монтаж имеет свои нюансы. Дело в том, что питание греющей сети обеспечивает силовой кабель. Точки запитки, то есть подключения силового кабеля к греющему, помещаются в специальные распределительные коробки и термоусаживаемые муфты. Важно, чтобы и коробки, и муфты были водонепроницаемыми, а холодные концы силовой сети не нагревались.

    Качество стыков во многом зависит от квалификации и практического опыта монтажников. Солидные фирмы-инсталляторы предоставляют на свою работу гарантию сроком от года до трех лет. Отметим, что на надежность подключений влияет и качество стыковочных изделий. Например, компания "Термаль" использует распределительные коробки с защитой IP65, которые, согласно европейским стандартам, можно использовать под открытым небом. Герметичность таких изделий обеспечивают специальные сальники для ввода силового и греющего кабеля. Эти устройства имеют резьбовые соединения с уплотнителями. Сальники вставляются в отверстия в коробках и закручиваются с внешней стороны. При затягивании гайки уплотнитель герметично обжимает кабель и плотно прижимает сальник к коробке.

    Перед монтажом кровельное покрытие очищают от листвы и мусора, зимой убирают снег и лед, проливая кровлю горячей водой и высушивая строительным феном. Греющий кабель укладывают петлями. Для фиксации нитей в желобах используют специальные пластиковые зажимы или монтажную ленту, которую крепят вытяжными заклепками с гидроизоляционным затвором. Способ крепления кабеля на карнизных скатах зависит от типа кровельного покрытия и гальванической совместимости материалов, например, на медных материалах применяют медную ленту и медный крепеж.

    После монтажа проводят контрольные испытания, в процессе которых тестируют как систему в целом, так и ее отдельные части (изоляция нагревательного и силового кабеля, УЗО, дифференциальные автоматы и т.д.). При успешном тестировании подписывают акт приемки-сдачи. Комплект документов, который фирма передает заказчику, включает схему раскладки нагревательных секций, прохождения распределительной и информационной сетей, паспорт на кабельную систему обогрева и др.

    В заключение отметим, что регламентные испытания системы должны проводиться два раза в год — весной и осенью. Кроме того, нагревательную сеть следует осматривать не реже одного раза в три месяца.

    Редакция благодарит компании "Данфосс" (отдел DE-VI), "Термаль", "Сэлхит", "Сэмрис", "Сан Флор Проект", "Элтек Электронике" и "Гайер-Климат-Восток" за помощь в подготовке статьи.