Николай ЛАРИЧЕВ
АНТИОБЛЕДЕНИТЕЛЬНЫЕ СИСТЕМЫ. Очистка крыш лопатой и ломом —
занятие неблагодарное, небезопасное и недешевое. В наши дни к решению
этой зимней проблемы подключились современные технологии.
ИЗДЕРЖКИ ВЫСОКОГО ПОЛОЖЕНИЯ
Сразу оговоримся, что в наибольшей степени обледенению подвергаются так называемые теплые и горячие крыши. И в том и в другом случае основной объем наледей образуется из-за больших теплопотерь. Причина — недостаточная теплоизоляция отапливаемого подкровельного пространства (мансардного или технического этажей) и неправильное устройство (а зачастую и отсутствие) кровельной вентиляции. Тепловые потоки, поступающие из внутренних помещений дома, нагревают кровельное покрытие, вызывая тем самым таяние снега (на «теплых» крышах талая вода появляется при температуре от –5 до –10 °С, на «горячих» — ниже –10 °С). Нетрудно догадаться, что подтаявший снеговой покров вскоре превращается в ледяной панцирь.
Склонность к обильному обледенению предопределяется также конфигурацией крыши. Пологие скаты (угол наклона менее 30°), внутренние разжелобки (ендовы), зоны, прилегающие к башням, выступающим мансардным окнам и т.д. — основные «аккумуляторы» ледяных масс. Другими словами, чем проще форма крыши и чем больше уклон ее скатов, тем меньше риск обледенения кровельного покрытия. Таким образом, проблему образования наледей можно минимизировать еще на стадии архитектурного проектирования. Однако полностью снять вопрос вряд ли удастся. К сожалению, от обледенения не застрахованы даже «холодные» крыши (снег тает при температуре не ниже –5 °С). Дело в том, что для поздней осени, ранней весны, мягкой снежной зимы с частыми оттепелями характерна погода с частыми суточными температурными переходами через ноль градусов. В такие периоды днем при плюсовой температуре происходит таяние снега, а ночной морозец сковывает талую воду ледяной коркой.
Последствия обледенения в прямом смысле бросаются в глаза. Ледяные массы провоцируют нарушение кровельного покрытия, способствуя появлению протечек. Лед в водостоках не только деформирует и даже разрушает элементы водосточной системы, но и парализует ее функционирование. Весной талая вода, минуя водосточные русла, стекает на наружные стены, обезображивая потеками фасады. Сосульки и вовсе обладают «поражающим действием». Сколько раз за зиму мы слышим о гибели ни в чем не повинных горожан?
Классический метод освобождения крыши от ледовых доспехов решает проблему лишь отчасти. Во-первых, через некоторое время на кровле нарастает новая корка льда. Во-вторых, орудуя ломом и лопатой, легко повредить кровельный материал. В-третьих, не каждый хозяин отважится заниматься физическим трудом на скользком скате стропильной крыши. Приглашение сотрудников специализированных служб для многих означает нежелательное вторжение в идиллию загородной жизни.
ГРЕЛКА ДЛЯ КРЫШИ
В середине XX века в Швеции крыши домов стали оборудовать системами кабельного обогрева, или, как их еще называют, антиобледенительными системами. В наши дни подобные комплексы приобрели широкое распространение во многих странах с холодным и нестабильным климатом, в том числе и в России. В состав антиобледенительных систем входят греющая, силовая (распределительная) и информационная сети, блок управления, а также устройства, обеспечивающие безопасность пользования электрооборудованием.
Греющая сеть в обязательном порядке укладывается на карнизные свесы, в ендовы (на две трети длины) и в водостоки. Другие критические участки охватываются кабельным обогревом только после тщательного анализа конкретной ситуации.
Проектирование и комплектация антиобледенительных систем ведутся с учетом местных климатических условий, режима эксплуатации здания, конфигурации крыши и др. Во внимание принимается состояние подкровельной конструкции. Чтобы оптимизировать затраты на устройство системы кабельного обогрева, а также расходы на потребление электроэнергии, нередко проводят мероприятия по реконструкции и модернизации кровельного пирога (замена или усиление теплоизоляции, переустройство кровельной вентиляции и т. д.).
ДРУЗЬЯ И СОПЕРНИКИ
Для создания греющей сети используется два вида кабеля: резистивный и саморегулирующийся. В резистивном кабеле (РК) электротоку приходится преодолевать высокое сопротивление металлического провода. В результате за счет преобразования электрической энергии в тепловую происходит равномерный нагрев кабельной сети. Для обеспечения эффективного обогрева РК укладывают в две линии и более. Резистивный кабель чувствителен к локальному перегреву, вызывающему перегорание рабочих жил. Чтобы не допустить пересечение линий, перекручивание или собирание проводов в клубки, при монтаже греющей сети используют специальные зажимы, а также удерживающие разводящие тросы для фиксации нитей в водосточных трубах. На металлических фальцевых кровлях резистивный кабель обычно закрывают кровельными листами. Эта мера не только минимизирует риск локального перегрева, но и повышает срок службы РК. Перед запуском системы кровля и водостоки должны быть очищены от листвы, веток и другого мусора.
К неоспоримым преимуществам резистивного кабеля следует отнести надежность и весьма доступную стоимость. Для кабельного обогрева кровель подобная продукция используется уже более полувека. За это время накоплен колоссальный опыт проектирования, изготовления, монтажа и эксплуатации резистивных антиобледенительных систем. Поведение кабеля в различных погодных условиях и тепловых режимах хорошо известно и, следовательно, легко предсказуемо. Подбор РК производится с запасом по рабочей температуре и максимальной удельной мощности. Таким образом, вероятность аварийных ситуаций, возникающих по вине кабеля, практически сводится к нулю, если система спроектирована правильно и регламентные профилактические работы проводятся регулярно.
Главный минус резистивного кабеля — его неспособность оценивать состояние окружающей среды. В тени и на солнце он греет с одинаковой интенсивностью, поэтому если один участок крыши покрыт наледью, а другой высушен солнечными лучами, то равномерный кабельный обогрев крыши будет ориентирован на показатели, полученные с обледеневшего участка. В результате электроэнергия расходуется нерационально, что, в свою очередь, ведет к неоправданному повышению затрат на эксплуатацию кабельных систем обогрева (КСО).
Принципиально иначе функционируют системы на базе саморегулирующегося кабеля. Рабочим элементом последнего служит тепловыделяющая матрица, напрессованная на две параллельные металлические шины, обеспечивающие напряжение по всей длине кабеля. Полимерное тело матрицы содержит токопроводящие включения (графит), благодаря которым сопротивление «самрега» изменяется вслед за изменением метеоусловий. Как только температура наружного воздуха понижается до верхнего значения обледенительного диапазона, полимер сжимается, между включениями возникает контакт, цепь замыкается. При прохождении тока выделяется тепло, которое и нагревает матрицу. Чем холоднее на улице, тем больше связей между включениями и, следовательно, выше температура нагревательного элемента. Потепление запускает обратный процесс. Матрица расширяется, графитовые компоненты разъединяются, интенсивность тепловыделения снижается.
Практически мы тут имеем следящую автоматизированную систему в чистом виде. Вместе с тем, при одной и той же температуре воздуха «самрег» обогревает различные участки крыши по-разному. Скажем, теплоотдача такого, немало лет эксплуатируемого саморегулирующегося кабеля, каким является LT-210-JT, при нулевом показателе термометра может варьироваться в пределах от 18 (в открытых зонах) до 32 Вт / м (в местах, покрытых льдом и талой водой). Общее управление саморегулирующейся системой осуществляют специальные автоматические устройства (термостаты или мини‑метеостанции).
Как известно, плюсам всегда сопутствуют минусы. Главный недостаток саморегулирующегося кабеля — высокая стоимость. Правда, профессиональное проектирование позволяет существенно снивелировать превышение затрат, и в конечном итоге домовладельцу, отдавшему предпочтение «самрегу», приходится платить лишь на 25–40 % больше, нежели его соседу, выбравшему «резистор».
Саморегулирующиеся системы нередко критикуют за большие пусковые токи, существенно превышающие расчетные рабочие показатели. Однако эта проблема легко решается за счет пускорегулирующего устройства, защищающего систему от одномоментного воздействия пусковых токов и обеспечивающего ее нормальное функционирование. К тому же подобные устройства обычно оснащают реле времени, которое задает поэтапное включение греющей сети.
Вместе с тем, возникновения больших пусковых токов можно избежать, если производить запуск системы не при отрицательных температурах, а в теплую осеннюю погоду. Если кабель покрыт глыбой льда или снежным сугробом, то сеть лучше и вовсе не включать — кабельный обогрев предназначен для предотвращения обледенения, а не для плавления ледяных торосов.
На связи с небесной канцелярией
Управление антиобледенительной системой, как правило, осуществляется в полуавтоматическом или автоматическом режиме. Ручной способ также возможен, но обычно он используется в качестве резервного или аварийного.
Полуавтоматика обеспечивается за счет стандартных термостатов. Подобные устройства применяют для управления систем, обслуживающих простые по форме и скромные по размерам крыши. Термостаты настраивают на диапазон температур, наиболее благоприятный для образования сосулек и наледей (в Московском регионе он составляет –7… +2 °С). При более низких температурах кабельный обогрев не только неэффективен, но и вреден. Включение и выключение системы антиобледенения производится по команде датчика температуры, закрепленного в самой неблагополучной точке кровельного покрытия и связанного с блоком управления информационным проводом. Справедливости ради следует сказать, что термостат может «прозевать» момент появления наледей. При определенных метеоусловиях (например, в туманную погоду или при мокром снеге) обледенение может происходить и за пределами выставленного температурного диапазона. В такой ситуации рекомендуется запускать кабельный обогрев вручную.
На сложные и «крупноформатные» крыши рекомендуется устанавливать программируемые терморегуляторы, которые еще называют мини‑метеостанциями. Такие аппараты работают с датчиками разного типа: температуры, влажности, осадков, льда. Мини‑метеостанция сопоставляет различные показатели состояния окружающей среды и кровельного покрытия, анализирует данные, полученные со всех участков и элементов крыши, а затем отдает команду на включение или выключение кабельного обогрева.
Мини‑метеостанции существенно повышают эффективность функционирования антиобледенительных систем и снижают энергозатраты на кабельный обогрев крыши. Правда, стоят они в два и более раз дороже термостатов. Блок управления (вместе с защитной аппаратурой) может помещаться в распределительном электрошкафу дома или в автономном боксе, установленном в удобном для хозяев месте.
ТЕХНИКА БЕЗ ОПАСНОСТИ
Система кабельного обогрева — серьезный электротехнический комплекс, который должен в полной мере отвечать всем действующим нормам и стандартам, и в первую очередь Правилам устройства электроустановок (ПУЭ). Согласно этому документу, электрооборудование должно быть защищено от перегрузок и коротких замыканий, а его пользователи — от поражения электрическим током.
Антиобледенительные системы в обязательном порядке оснащаются устройствами защитного отключения (УЗО), которые срабатывают при повреждении изоляции и тем самым предотвращают аварийную утечку тока. Более того, установленное в нужном месте УЗО способствует локализации неисправности и облегчает устранение последней. Напомним, что устройство должно быть подключено к нулевому защитному проводнику электросети.
Кроме того, КСО комплектуются термомагнитными автоматическими выключателями (однополюсными или трехполюсными), которые отключают систему в случае короткого замыкания или долговременных перегрузок.
Для защиты систем кабельного обогрева крыш широко используются дифференциальные автоматы, которые сочетают в себе функции дифференциального выключателя (УЗО) и термомагнитного автомата. Подобные устройства, как правило, устанавливают на КСО с разветвленной греющей сетью. Каждая линия имеет собственный дифференциальный автомат, что значительно повышает надежность и стабильность работы системы. В случае пробоя изоляции отключается только поврежденная ветвь.
ЮВЕЛИРНАЯ РАБОТА
Монтаж систем антиобледенения производится в любое время года. Правда, инсталляцию саморегулирующегося кабеля нельзя производить при температурах ниже –20 °С, а бронированного (применяется для обогрева плоских кровель) ниже –10 °С. Между тем, специалисты советуют воздерживаться от производства монтажных работ в зимний период. Лучше дать заиндевевшей крыше «дотянуть» до весны. Тем временем хозяева дома смогут зафиксировать состояние проблемных участков (сфотографировать, снять на видео и т.д.), чтобы затем продемонстрировать реальное положение дел специалистам компании-инсталлятора.
Проектирование, комплектацию и монтаж антиобледенительной системы следует поручать только специализированным организациям, имеющим соответствующие разрешительные документы (лицензии, сертификаты и т. д.) и большой опыт подобной работы.
При планировании кабельного обогрева крыши нужно учитывать потребляемую мощность системы обледенения. Удельное потребление обогреваемых водостоков составляет 40–50 Вт / пог. м, карнизных свесов — 180–250 Вт / м2. Это означает, что суммарная потребляемая нагрузка от КСО (для среднего коттеджа с простой крышей) составляет 3–7 кВт. Выделить такую мощность из энергоресурсов существующего загородного дома — дело непростое. Тем более сложно получить от энергетиков дополнительные мощности.
О системе антиобледенения следует подумать на стадии проектирования загородного владения. Это позволит не только заранее зарезервировать мощность под кабельный обогрев, но и оптимизировать затраты на устройство системы, правильно спланировать финансирование и четко организовать монтаж, то есть произвести инсталляцию КСО в процессе кровельных работ.
