ЭНЕРГОЭФФЕКТИВНОСТЬ

Хорошо отлаженная в российских условиях методика применения антиобледенительных систем (АОС) для предотвращения образования наледи на крышах все активнее применяется в нашей стране. Однако сам принцип работы АОС – превращение снега в воду – требует больших энергозатрат. Вместе с тем разработанные к настоящему времени саморегулирующиеся кабели, «умные» метеостанции с цифровым управлением и отдельные технологические приемы позволяют добиться значительной экономии электроэнергии.

Из известных на сегодняшний день методов борьбы с образованием наледи в ендовах, желобах и водостоках кровли, а также борьбы с сосульками на карнизах и водоприемных воронках системы водослива оптимальным является кабельный электроподогрев элементов системы водослива. Хорошо отлаженная методика расчета АОС, доступность и разнообразие нагревательных кабелей, предлагаемых рынком, и, кроме того, практическая проверка работы АОС крыш в российских условиях обусловили широкое применение именно электрообогревательного метода.

Несомненное преимущество кабельной АОС – это то, что она выполняет функцию предотвращения образования наледи, а не борьбы с сосульками и забитыми льдом водостоками. Но при этом сам принцип работы АОС – превращение снега в воду – требует больших энергозатрат: такова природа снега и льда, обладающих очень большими значениями теплоемкости и удельной теплоты плавления!

Природу, конечно, не обманешь. Вместе с тем разработанные к настоящему времени саморегулирующиеся кабели, «умные» метеостанции с цифровым управлением и отдельные технологические приемы позволяют добиться значительной экономии электроэнергии.

Как известно, АОС включает в себя:

1. Греющую часть, состоящую из нагревательных кабелей и аксессуаров для их крепления на кровле. В нее также могут входить воронки со встроенным подогревом, элементы снегозадержания, способствующие эффективной работе кабельной системы обогрева.

2. Распределительную и информационную сеть, обеспечивающую питание всех компонентов 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, специальные терморегуляторы, датчики температуры, осадков и воды, пускорегулирующую и защитную аппаратуру, соответствующую мощности системы и классу исполнения шкафа управления.

Каждая из этих частей, равно как и вся система в целом, может быть оптимизирована с целью повышения энергоэффективности обогрева кровли.

Саморегулирующиеся кабели

В настоящее время в системах АОС применяются два типа нагревательных кабелей: резистивные, с постоянным удельным сопротивлением, и саморегулирующиеся, с переменной теплоотдачей, которая зависит от внешней температуры и наличия влаги на поверхности кабеля.

Резистивные кабели имеют более длительный гарантийный срок эксплуатации, чем саморегулирующиеся. Кроме того, они дешевле последних в 4–5 раз. Однако отдельные участки резистивных кабелей, не покрытые снегом, могут работать «вхолостую», неэкономно расходуя электроэнергию.

Саморегулирующиеся кабели автоматически подстраиваются под внешние условия, увеличивая теплоотдачу при понижении внешней температуры или нахождении во влажной среде (мокрый снег, вода). Они не боятся самопересечения, не перегорают в случае скопления в желобах листвы и хвои. Если поверхность саморегулирующегося кабеля сухая, то теплоотдача снижается в два раза. Только одно это свойство «самрегов» может до 50 % сократить потребление энергии, если сравнивать с аналогичной по параметрам АОС на основе резистивных кабелей.

Саморегулирующиеся секции используются для обогрева водосточных труб, желобов, лотков, карнизов, капельников, ендов и площадок между ними. Для обогрева длинных и линейных по форме лотков, желобов, водосточных труб, в процессе эксплуатации которых возможны значительные механические воздействия на нагревательные элементы, применяют бронированные секции постоянной мощности.

При расчете мощности и необходимого количества нагревательных кабелей следует придерживаться следующих рекомендаций:

• Номинальная мощность нагревательных кабелей, устанавливаемых в водосточные трубы, в отсутствие воды колеблется от 20 до 60 Вт на 1 пог. м и зависит от длины и диаметра трубы.

• Линейная номинальная мощность обогрева водосточных желобов и лотков зависит от площади водосбора, приходящейся на 1 м желоба (лотка). При площади водосбора до 5 м2 мощность обогрева может не превышать 20 Вт/м, увеличиваясь до 50 Вт/м при площади водосбора 25 м2 и более.

• Мощность обогрева кровли за парапетами должна на 30 % превышать мощность обогрева желобов. Водометы в парапетах - весьма опасные места, способствующие накоплению льда. Рекомендуется обогревать дно водомета и площадку перед ним (не менее 1 м2), исходя из мощности 300 Вт/м2.

• Плоские кровли рекомендуется обогревать бронированными резистивными кабелями, исходя из удельной мощности 250-350 Вт/м2. Большие мощности нужны в тех условиях, когда на кровлях могут скапливаться значительные снежные заносы.

Современные системы управления работой АОС

Несмотря на всю привлекательность саморегулирующихся систем, установка их без терморегулятора приведет к бессмысленной трате энергии, например, если АОС не отключить при температуре наружного воздуха ниже -10…-15 °С, когда осадки маловероятны, а легкий снежок обычно не накапливается и не намерзает на хорошо утепленной кровле. Простейшая система управления, работающая в заранее установленном диапазоне температур, например -7…+3 °С, не обеспечивает экономичную работу АОС, так как не контролирует состояние желобов и наличие осадков, а просто работает в наиболее «опасном» температурном диапазоне. Однако практика показала, что работающие по этому принципу терморегуляторы (например, Devireg™316, производства датской компании DEVI) оказались самыми востребованными для крыш с относительно небольшой установленной мощностью благодаря своей невысокой стоимости.

Более экономичны электронные терморегуляторы с датчиком температуры воздуха и датчиком влажности (* Датчик влажности представляет собой резистивный элемент с двумя электродами, оснащенный подогревателем весьма малой (2-5 Вт) мощности. При попадании снега на электроды сопротивление уменьшается, и система получает сигнал о наличии осадков. Для лотков и водостоков оправдано использование датчиков присутствия влаги, основанных на том же принципе. Их применение позволяет определить момент ухода воды с горизонтальных частей кровли, после чего можно отключить встроенный подогреватель), имеющим постоянную настройку на определенную влажность среды. Они относятся к средней ценовой категории.

Для крупных объектов с установленной мощностью 20 кВт и больше следует применять современные системы управления, так называемые метеостанции. Метеостанции включают в себя микропроцессорные терморегуляторы с цифровыми датчиками влажности/температуры. Они позволяют автоматически определять вид осадков (дождь, мокрый или «сухой» снег), контролируя состояние обогреваемых участков, и при этом точно включают систему на время, необходимое для таяния снега. Такие сложные системы управления достаточно дороги, некоторые из них осуществляют многоканальное независимое управление различными зонами.

В качестве примера можно привести терморегулятор Devireg™850, который позволяет независимо управлять обогревом крыши и наземной площадкой одного коттеджа. В одной зоне можно установить несколько датчиков температуры/влажности с различным приоритетом работы. В некоторых разработках предусмотрены возможности для их дальнейшего развития, например, встраивание терморегулятора в компьютерную систему диспетчеризации дома или предприятия.

Другой пример – многофункциональный контроллер PT200E «Теплоскат» (компания ССТ), который состоит из электронного блока управления со встроенными реле и датчиками температуры воздуха и кабеля, осадков, талой воды. Раздельное управление обогревом кровли, водосточных лотков и труб позволяет тратить ровно столько электроэнергии, сколько необходимо для очистки поверхности кровли и водосточных труб от воды.

При использовании метеостанций оптимизация энергопотребления заключается в установке температурного диапазона работы системы и чувствительности датчиков к влажности применительно к конкретному объекту. Наиболее точно это можно сделать только в процессе эксплуатации, на что необходимо обращать внимание заказчика. Необходимость такой «подгонки в ходе эксплуатации» обусловлена практической невозможностью определить степень обогрева кровли «паразитным» теплом самого здания. Этот параметр зависит от большого количества факторов, которые могут к тому же меняться в течение сезона.

«Веерное включение» электричества

В случае с организацией АОС на крышах большой площади и (или) со сложной конфигурацией часто приходится обогревать помимо желобов и вертикальных водостоков «узкие» места на кровле, так называемые снежные карманы, ендовы, а также дренажную систему. В этом случае отдельные обогреваемые участки могут находиться в разных условиях с точки зрения снеготаяния. Например, южная сторона крыши дома чистая, а на северной еще лежит снег после обильного снегопада. Процесс таяния снега достаточно инерционный: нет пока еще АОС, моментально превращающей снег в воду, если за сутки выпадает месячная норма осадков. Как быть в таком случае? Установка многозональной системы с независимым управлением неизбежно связана с неоправданно высокими капитальными затратами. В какой-то мере может помочь «веерное включение» электроэнергии: АОС разбивается на несколько независимых зон, подключаемых к одному терморегулятору вручную по мере необходимости. Такой энергоэкономичный способ управления поможет также в случае, когда установленная мощность АОС превышает отпущенный лимит для конкретного дома. Этот прием, например, использовался при разработке и монтаже системы противообледенения кровли спорткомплекса «Крылатское».

Антиобледенительные композиции

Существует и все более широко используется еще одна система профилактики образования наледи – использование сверхскользких полимерных гидрофобных покрытий, работающих по принципу тефлоновой сковородки: на поверхности, покрытой таким составом, величина сцепления льда с кровельным материалом чрезвычайно мала. Это позволяет свежевыпавшему снегу легко соскальзывать с крыши даже при очень малых уклонах, порядка 20°.

Антиобледенительные композиции наносятся кистью, валиком или распылителем на проблемные участки кровли. Основа этих композиций – синтетический каучук, кремнийорганические или фторопластовые составы. После нанесения на поверхность кровли составы отверждаются и образуют прочные гидрофобные пленки, стойкие к УФ-излучению, коррозии и кислотным дождям. Одна из таких разработок – отечественная полимерная композиция «Прол-Кровля», предназначенная для защиты элементов металлической и мягкой кровли и водостоков от образования наледи, сосулек и коррозии. Данная композиция наносится на край ската и образует прочное и сверхскользкое покрытие. Даже в случае обмерзания сила сцепления льда с поверхностью в несколько раз меньше, чем с кровельным материалом, не защищенным этой композицией.

Сошел снег с кровли без образования опасной наледи и сосулек, значит, меньше работы для АОС и, следовательно, – меньше расход электроэнергии.

Подводя итоги, скажем, что, комбинируя различные методы борьбы с обледенением крыш, можно подобрать оптимальную комбинацию нагревательных кабелей, терморегулятора, датчиков, покрытия кровли, которая для конкретного объекта будет наиболее энергоэффективной и в то же время не окажется чересчур дорогой.

Даже при таком управлении периоды включения АОС не всегда соответствуют изменяющимся погодным условиям. Это связано не с техническими нюансами, а с самим способом определения наличия осадков. Перекрытие датчика влажности намерзшим снегом или корочкой льда при ветреной погоде и недостаточном подогреве сенсоров датчика может привести к отказу работы всей системы.

Редакция выражает благодарность за помощь в подготовке статьи Александру Луцько, инженеру технической поддержки отдела продаж кабельных систем отопления FH-E ООО «Данфосс».

Статья подготовлена при содействии компаний:
ООО «Фирма Домо+» официальный партнер фирмы HTS Global; ООО «ССТ»

Игорь Романов, технический специалист ООО «ССТ»

В настоящее время современные саморегулирующиеся кабели могут служить дольше, чем резистивные, за счет своих интеллектуальных свойств. Саморегулирующийся кабель менее требователен к уходу, благодаря автоматической регуляции он не перегревается, не требуется чистить лотки, как у резистивного.

Владимир Королев, технический специалист ООО «Фирма Домо+»

При оптимизации энергозатрат систем противообледенения обычно ограничиваются вопросами построения оптимальной системы кабельного обогрева для каждой конкретной кровли. Однако максимальный эффект снижения энергозатрат в подавляющем большинстве случаев может быть достигнут путем учета возможности кабельного обогрева на этапе проектирования и монтажа кровли и водосточной системы. Приведем несколько типичных примеров.

Козырек над входом имеет такой уклон, что снег «сползает» на головы входящих и выходящих людей, а водосточная система не предусмотрена. В случае применения АОС придется укладывать большое количество кабеля в виде змейки по краю козырька или по всему козырьку. Если же предусмотреть козырек, имеющий скаты на боковые стороны, то, возможно, что кабельный обогрев будет вообще не нужен. Или легче будет установить водосточную систему (желоба и трубы), обогрев которой потребует меньшего количества кабеля.

Другой пример - промышленные сооружения, стены и кровля которых возведены с применением сэндвич-панелей. Для обогреваемого помещения теплоизоляции кровли в большинстве случаев недостаточно. Снег, падающий на нее, подтаивает, замерзает и образует наледь. В какой-то момент эта наледь скатывается с крыши глыбами, круша все вокруг. Устройство кабельного обогрева во многих случаях вообще невозможно или требует установки снегозадержания и укладки большого количества кабеля.

Следующий пример - реставрация старых зданий с устройством мансардного этажа, образованного ломаной кровлей. В этом случае водосточные желоба, если они есть, традиционно устанавливаются у нижнего края кровли. При кабельном обогреве кроме снегозадержания необходимо применение большого количества кабеля по краю кровли с малым уклоном, а также в желобах, водосточных трубах и на козырьке, рядом с желобами, который обычно присутствует на таких кровлях. Возможно, что установка водосточного желоба не у нижнего края кровли, а у края кровли с малым уклоном, решила бы большинство проблем. В этом случае при кабельном обогреве потребуется значительно меньшее количество кабеля.

Грамотный учет на этапе проектирования особенностей поведения снега на будущей кровле способен значительно сократить места необходимого кабельного обогрева, а следовательно, сократить энергозатраты. При прочих равных условиях наличие водосточной системы также позволяет оптимизировать систему кабельного обогрева, а, следовательно, снизить энергозатраты.

В остальном проблемные места для каждой кровли индивидуальны (ендовы, примыкания и т.п.). Методики, позволяющие более точно определить, где на данной кровле будет скапливаться снег, где он будет подтаивать и образовывать наледь, а где срываться с кровли в виде глыб, вряд ли будут созданы в ближайшее время. Слишком много факторов влияет на эти процессы.

Основной способ оптимизации при кабельном обогреве проблемных мест – стараться не класть лишний кабель. Наиболее эффективен этот способ в случае, если кровля уже эксплуатировалась без обогрева несколько зимних периодов и проблемные места известны. Но этот способ связан с другими затратами – на ремонт кровли и водосточной системы.