ГОТОВЬ КРЫШУ ЛЕТОМ

Теплое время года – лучшая пора, чтобы подготовиться к неотвратимо наступающим холодам. Зима приносит с собой не только холод и снегопады, но и тонны льда, нависающего над тротуарами с крыш домов. До сих пор в нашей стране ежегодно тратятся миллионы рублей на очистку крыш вручную, тогда как практичные европейцы уже давно применяют кабельные системы антиобледенения кровель и водосточных систем.

Начать нашу статью, к сожалению, придется с печальной статистики: ежегодно в России от падения с крыш домов сосулек страдают несколько сот человек, около десяти случаев завершаются летальным исходом. Сколько в результате таких происшествий разбито машин – никто не считал. Каждому понятно – очистка снега и льда с крыш вручную неэффективна, однако отечественные коммунальные службы, несмотря на иски пострадавших и штрафы за неподобающее состояние фасадов домов, действуют по старинке. Представители жилищно-коммунального хозяйства искренне уверены, что по соотношению «цена- качество» аналогов существующей системе нет. Попытаемся разобраться – правы ли они?

Методы борьбы с наледью на кровле

Ледяная корка образуется на крыше в результате таяния снега под воздействием солнечных лучей и восходящих тепловых потоков внутри здания. Стекая по поверхности кровли, талая вода скапливается на краю крыши, который соприкасается с холодным воздухом, и снова замерзает.
Образуется затор, на который «наслаивается» стремящаяся вниз вода. Вырастает сосулька. Путь талой воде перекрывается, и она ищет проходы во внутренние помещения. Иногда ледяные заторы нарушают требуемую циркуляцию воздуха, что приводит к образованию конденсата, который в свою очередь является причиной протечек во внутренние помещения.

Условно крыши можно разделить на «холодные» (снег тает при температуре воздуха не ниже -5 °C), «теплые» (снег тает при температуре до -10 °C) и «горячие» (снежный покров подтаивает при температуре ниже -10 °C). Соответственно, чем хуже утеплена крыша, тем интенсивнее происходит процесс таяния снега. Чаще всего сосульки появляются на зданиях с мансардами и отапливаемыми техническими этажами.

Интенсивнее всего лед образуется в период оттепелей, когда при наличии снега на кровле днем воздух прогревается до температуры выше 0 °C, а ночью столбик термометра стремительно опускается вниз. Благоприятные условия для сосулек создают и мягкие снежные зимы. Такие погодные условия нередки для большинства регионов Российской Федерации.

Как уже говорилось выше, самый распространенный в нашей стране метод – скалывание льда вручную. Это простой и дешевый, на первый взгляд, способ, если не учитывать сопутствующие затраты. На самом деле этот способ не решает проблемы, а лишь борется с ее последствиями. Во-первых, в результате механических повреждений возникает необходимость регулярного ремонта кровли и водосточной системы. Во-вторых, всегда существует опасность повреждения фасада, окон, стоящих внизу машин в результате неудачного падения льда. Стоит также учитывать, что бригада не может очищать от наледи крыши каждую неделю, поэтому на узких улочках риск обрушения сосулек будет сохраняться весь сезон.

Второй метод борьбы с наледью - организация так называемых зимников, т.е. просто накрыть водосточные воронки листом жести. Таким способом делается попытка защитить водосточную трубу от обрыва с крыши. Сам обрыв льда с края кровли, разумеется, он предотвратить не может.

В 1960-х гг. учеными была создана система электроимпульсной антиобледенительной системы. По сути, это попытка механизировать процесс очистки кровли. Специальное устройство формирует мощный ультразвуковой импульс, приводящий к разрушению и падению сосулек на поверхность тротуара. В отдельных случаях (простейшие карнизы, отдельные водостоки) эта система может быть эффективной. Преимущество метода - малая потребляемая мощность, затрачиваемая на удаление льда. Недостатков значительно больше: затраты на обслуживание, волновое воздействие на человека. Электроимпульсная система практически не применима для протяженных участков желоба, капельников и полностью бессильна перед большими сосульками и льдом, забивающим водосточные трубы. Исходя из вышесказанного, данная система может представлять лишь академический интерес, и так и осталась экзотической новинкой.

Кабельные системы антиобледенения

Для большинства современных кровель в городах решить проблему образования наледи на крышах можно только с использованием кабельных антиобледенительных систем. Такую систему можно устанавливать на крышу любой формы и из любого материала, в том числе на куполообразные и стеклянные крыши.

Кабельная система монтируется в местах наиболее вероятного появления сосулек и наледи вдоль водосточной системы и по краю кровли. Главная задача кабельных антиобледенительных систем, - не растопить снежную и ледяную глыбу, а обеспечить сток талой воды с кровли (по водостоку) вниз. Чтобы наледь не образовывалась под водосточной трубой, вода отводится либо сразу в дренаж (нагревательный элемент доводится до глубины непромерзания), либо в дождевую канаву.

Основу кабельных систем антиобледенения с электроподогревом составляют специальные нагревательные кабели (негорючие, с двухслойной изоляцией, металлическим экраном и оболочкой, обладающей достаточной механической прочностью и стойкостью к ультрафиолетовому излучению) нескольких видов. Наиболее распространенные типы кабеля – резистивные и саморегулирующиеся.

Резистивные кабели состоят из металлической нагреваемой жилы, изоляции, медной оплетки и оболочки. Они бывают одно- и двужильными. Последние дороже, но их проще монтировать. Для обогрева кровель применяют отрезной резистивный кабель. Выбирают нужную секцию, в зависимости от длины желоба или водостока. Однако, поскольку размеры лотков и водостоков у кровель различны, то при монтаже могут возникнуть сложности. Подобрав необходимую длину, выбирают кабель определенного омического сопротивления, чтобы его погонная мощность была в пределах от 20 до 30 Вт/м. Например, резистивный кабель Nexans можно подобрать любой длины в пределах от 11 до 340 м. Обычно длина отрезков, используемых на кровлях, составляет от 10 до 200 м. Резистивный кабель имеет постоянное сопротивление по всей длине. В том случае, если мощность кабеля недостаточна для эффективного обогрева, кабель укладывают в две и более непересекающиеся линии. Чтобы не допустить перегорания, нити греющего кабеля разводят с помощью специальных элементов и периодически очищают от опавшей листвы и другого мусора.

В настоящее время на российском рынке представлены резистивные кабели производства таких компаний, как Nokia (Финляндия), «Специальные системы и технологии» (Россия), Nexаns (Норвегия), HTS-Global (Швейцария), DE-VI (Дания), Ceilhit (Испания), Ensto (Финляндия).

Главное достоинство резистивного кабеля - невысокая цена (до 2-3 евро за 1 пог. м). Для сравнения: минимальная стоимость саморегулирующегося кабеля - 8 евро. Розничная цена саморегулирующегося кабеля колеблется от 12 до 20 евро за метр. На один погонный метр желоба шириной 100 мм укладываются две нитки резистивного или одна нитка саморегулирующегося кабеля. Главный недостаток – повышенный расход электроэнергии вследствие равномерного, нерационального прогрева.

Специалисты часто спорят о том, какому кабелю отдать предпочтение – резистивному или саморегулирующемуся. Однозначного ответа здесь быть не может. На простых крышах установка резистивного кабеля экономически выгоднее, так как здесь не требуется сложная автоматика. Достаточно настроить кабельную систему на обогрев при определенных диапазонах температур воздуха. При сложных конфигурациях крыши с мансардными помещениями резистивная система кабельного подогрева может оказаться неэффективной, и поэтому здесь будет целесообразна более дорогая саморегулирующая система. Нередки случаи, когда возникает необходимость в комбинации двух систем, чтобы добиться желаемого результата.

В саморегулирующемся кабеле источником тепла является тепловыделяющая матрица, расположенная между двумя токопроводящими жилами. В зависимости от материалов, из которых сделана внешняя оболочка, различают кабели на основе полиолефинов (полиэтиленов со специальными добавками) и фторопластов. Эти кабели можно нарезать секциями произвольной длины (до нескольких десятков метров) непосредственно на объекте. Плоское сечение обеспечивает хороший контакт с подогреваемой поверхностью, уменьшая рассеивание тепла в окружающую среду.

Сопротивление и теплоотдача матрицы, которая представляет собой полимер с токопроводящими включениями, зависят от ее температуры. При повышении температуры связи между включениями нарушаются и тепловыделение уменьшается. Похолодание запускает обратный процесс. Интенсивность нагрева на различных участках кабеля зависит от состояния кровельных зон. В сухих, нагретых солнцем местах тепловыделение кабеля может быть в два раза ниже, чем в покрытых льдом и талой водой. Благодаря такому устройству каждый участок кабеля «приспосабливается» к окружающей температуре.

Отметим, что саморегулирующийся кабель, в отличие от резисторного, не боится локального перегрева. Для небольшого загородного дома достаточно одной греющей нити такого кабеля.

Помимо высокой стоимости саморегулирующийся кабель имеет еще один недостаток – «старение» матрицы. Со временем матрица имеет свойство терять мощность, и если производитель использует некачественную матрицу, то необходимую мощность кабель уже не будет выдавать через 2-3 года. Такой кабель требует бережного обращения во время монтажных работ.

Саморегулирующиеся кабели предлагают на российском рынке такие компании, как «Специальные системы и технологии» (Россия), Raychem (США), Nexans (Норвегия), HTS-Global (Швейцария), Ebeco (Швеция), ISOPAD (Германия), Heatrace (Великобритания), Eltrace (Франция).

Стоимость саморегулирующегося кабеля высокая (от 8 евро за 1 пог. м), но все затраты впоследствии окупятся за счет экономии электроэнергии и простоты установки. Сложные устройства управления, как правило, в этом случае применяются только на кровлях большой площади.

Относительно недавно появились бронированные кабели. Благодаря двухслойной броне из стальной оцинкованной проволоки они имеют повышенную механическую прочность, что позволяет применять их для обогрева плоских кровель и длинных водосточных труб. На сегодняшний день эти кабели используются преимущественно российской компанией «Специальные системы и технологии».

Выбор мощности греющего кабеля и его протяженность во многом зависят от конфигурации крыши, уклона скатов и устройства кровельного пирога. Достаточно крутые скаты (более 30°), отсутствие выступающих элементов и горизонтальных зон значительно снижают вероятность образования льда на открытых участках кровли.

Выбирая нагревательный элемент, нужно помнить, что производители по-разному приводят данные по мощности его тепловыделения. В частности, максимальная мощность дается для различной минимальной температуры воды. Многие зарубежные компании указывают эту величину для талой воды с температурой +10 °C. В России общепринятых стандартов нет, температурная «вилка» составляет от +4 до +10 °C, а значит, максимальная мощность тепловыделения одного и того же кабеля может различаться на несколько ватт. То же касается и сетевого напряжения – во многих станах оно составляет не 220 В, а, например, 240 В. Естественно, что мощность тепловыделения кабеля при 220 В будет почти на 10 % меньше, чем при 240 В. При уменьшении вольтажа уменьшается и максимально возможная длина используемого нагревательного элемента. На отечественное напряжение в 220 В рассчитаны кабели, которые выпускает российская компания ССТ. При эксплуатации мощность тепловыделения кабелей ССТ совпадает с паспортной, этим они выгодно отличаются от импортных аналогов. Отметим, что компанией Raychem на российский рынок также поставляется ряд саморегулируемых кабелей (например GM – 2XC), специально разработанных для условий России.

Долговечность работы кабеля зависит не только от его типа (расчетный срок службы саморегулирующегося и резисторного кабеля у некоторых производителей достигает 20 лет), но и от качества изоляционных слоев, защищающих токопроводящую жилу от механических повреждений. На кровле кабель подвергается разрушительному воздействию различных атмосферных явлений. Так, ультрафиолетовое излучение быстро разрушает многие полимерные соединения (например, ПВХ), поэтому изоляция кабелей производится из невосприимчивых к ультрафиолету материалов, обладающих широким диапазоном температур. К ним относится кремнийорганический каучук и фторполимерные соединения. Кроме того, изоляция должна быть устойчива к теплу (поверхность металлической кровли может нагреваться до 70 °C и выше) и механическим нагрузкам (кабель способен выдержать вес рабочих, обслуживающих кровлю).

Помимо нагревательного кабеля в состав антиобледенительной системы входят распределительная сеть, подводящая питание, и система управления (термостат или метеостанция), оснащенная устройством защитного отключения (УЗО). Защитное отключение срабатывает при повреждении токопроводящего или нагревающего кабеля.

Силовая часть состоит из силовых и сигнальных кабелей, распределительных коробок. Она предназначена для подводки питания к греющим кабелям и вывода датчиков. Герметичные распределительные коробки устанавливаются на кровле и предназначены для соединения греющего и силового кабелей.

Система управления и защиты представляет собой шкаф управления, который включает вводной автоматический выключатель, УЗО или дифференциальные автоматы, модульные контакторы и контроллер управления системой обогрева. Шкафы управления обычно комплектуются индивидуально под каждый объект и могут дополняться различными специальными приборами (например, реле задержки на включение, в случаях, когда необходимо осуществлять постепенное включение зон обогрева).

Управление антиобледенительной системой может осуществляться в ручном, полуавтоматическом или автоматическом режимах. Первый способ практически не применяется, поскольку хозяевам приходится постоянно следить за погодой. Поясним. Работа систем антиобледенения носит профилактический характер. При расчете мощности нагревательной системы предполагается, что греющий кабель будет предотвращать появление наледи, а не плавить лед. И если кабельный обогрев был включен с опозданием, когда карнизные свесы уже покрылись ледяной коркой, а в водостоках замерзла вода, то система будет, по меньшей мере, малоэффективной. Несвоевременное включение нагрева может иметь обратный эффект - стимулировать появление наледи.

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, в диапазоне от -10 до +3 °C. Термостат реагирует только на температуру окружающей среды и может включить нагревательные секции даже при отсутствии осадков. Такое «ложное» срабатывание влечет дополнительный расход электроэнергии.

Полное автоматическое управление антиобледенительными системами осуществляется с помощью программируемых терморегуляторов или метеостанций. В этом случае на кровле устанавливаются датчики температуры и влажности. Механизм срабатывания метеостанции зависит от ряда погодных условий, в том числе от температуры на улице и наличия осадков. При «нужном» совпадении двух условий автоматика включает нагревательные секции и тем самым предотвращает образование наледи и сосулек. Имеется также возможность индивидуальной настройки автоматической системы посредством графического дисплея и кнопок управления.

В процессе эксплуатации оборудование системы антиобледенения должно проходить ежеквартальную проверку, включающую профилактические работы (контроль работы блока утечек, подтяжка клеммных и винтовых соединений).

Оправданные затраты

Спрос на антиобледенительные системы в нашей стране за последние годы заметно вырос, особенно – в Москве, Санкт-Петербурге и прилегающих к этим городам областях. Чаще всего их устанавливают на важных государственных или коммерческих объектах, а также коттеджах, хозяева которых понимают, что лучше одни раз решить проблему, чем каждый год с трепетом ожидать неприятностей.

Приблизительная стоимость саморегулируемой системы обогрева кровли дома площадью 200-400 м2 составляет 2,5 – 5,6 тыс. евро, в зависимости от сложности кровли и используемой автоматики. Для сравнения. Предположим, что кабельная система устанавливается на простую двускатную кровлю многоквартирного дома и длина ее обогреваемых элементов составит 200 пог. м. При установленной мощности в 10 кВт затраты на электроэнергию составят за сезон 20 000 – 40 000 руб., что равнозначно 2-3 вызовам специализированной бригады. Анализ показывает, что стоимость системы и текущие затраты на электроэнергию окупаются экономией на ремонте кровли и водосточной системы.

При выборе системы антиобледенения необходимо помнить: экономия энергопотребления со временем компенсирует затраты на саморегулирующийся кабель и метеостанцию. Кроме того, оптимизировать энергопотребление позволяет профессиональное проектирование. Значительно снизить мощность устанавливаемой системы антиобледенения, а в итоге сократить расходы на ее эксплуатацию, позволяет дополнительная теплоизоляция кровли.

В заключение еще раз подчеркнем, что установка антиобледенительной системы обеспечивает безопасность людей и имущества, продлевает срок службы кровельного покрытия и водосточной системы в несколько раз. Поэтому рекомендуется запланировать систему защиты крыши от обледенения еще на этапе её проектирования, чтобы зарезервировать электрическую мощность и произвести монтаж непосредственно в процессе кровельных работ, снизив тем самым стоимость и трудоемкость.