Борьба с обледенением крыш, используя обогрев кровли и водостоков

Обрушение снега и льда с крыш каждый год становится причиной травм тысяч людей. Борьба с обледенением поверхности кровли ведется веками, испробованы самые разные методы. Очевидно, что проблему проще предотвратить, чем решить. Современная система анти обледенения кровли и водостоков – единственный способ избежать естественного образования опасных сосулек и ледяных глыб. Она не позволяет образовываться льду, а значит, и бороться будет не с чем.

  • Причины и предпосылки образования сосулек
  • Электроимпульсная система анти обледенения
  • Кабельные системы против обледенения кровли
  • Системы с одножильным резистивным кабелем
  • Особенности технологии с двужильным кабелем
  • Секционный кабель в системах обогрева крыши
  • Управление работой резистивной системы теплой кровли
  • Достоинства и недостатки резистивных нагревательных кабелей
  • Системы с саморегулирующимся кабелем
  • Монтаж кабельной греющей системы
  • Видео: монтаж системы антиобледенения
  • Причины и предпосылки образования сосулек ↑

    Чтобы понять, как бороться с обледенением кровли, нужно понять причины образования льда на крыше.

    Обледенение кровли и водостоков

    По строительной терминологии все крыши делятся на холодные и теплые. У холодной кровли температура поверхности практически не отличается от температуры окружающей среды. Это достигается либо наличием неотапливаемого продуваемого чердака, либо очень хорошим утеплением.
    У теплой крыши температура поверхности в холодное время выше уличной, поскольку тепло из отапливаемого дома пробивает теплоизоляционный слой (если он вообще есть)
    . Современные утеплители не дают стопроцентной отсечки тепла, поэтому любая кровля с жилым подкровельным пространством является теплой.

    Нагревательные элементы на сложной кровле

    Физика процесса состоит в следующем:

    1. При температуре от 0 до -10 градусов на теплую кровлю падает снег.
    2. Снег тает, и вода стекает по скату вниз.
    3. Любая конфигурация имеет так называемые свесы – часть кровли, выступающая за стену дома наружу. Свесы предохраняют стену дома от дождя, ширина их обычно от 40 до 100 сантиметров.
    4. Вода с теплой кровли попадает на холодный свес и замерзает. Так образуются сосульки.
    5. Когда масса льда превышает критическую, ледяная глыба внезапно обрушивается на головы прохожих.

    Если крыша оборудована водосточной системой, то вода замерзает в желобах и водосточных трубах. Тогда возможно обрушение льда вместе с водостоками.

    Механическая очистка кровли

    Для борьбы с обледенением крыш есть разные способы:

    • Механический – с помощью лопаты, скребка и лома рабочие очищают крышу ото льда и снега. В большинстве случаев ведет к повреждению кровельного покрытия. К сожалению, в наших городах сейчас это основной способ для многоквартирных домов.
    • Химический – крыша покрывается специальной эмульсией, не дающей воде замерзать. Способ дорогой и применяется редко.
    • Установка системы антиобледенениякрыши – чаще всего используется в частных домах и офисах богатых организаций.

    Как правило, в системах используют греющий кабель, но в нашей стране есть и другие интересные разработки.

    Электроимпульсная система анти обледенения ↑

    Система была разработана еще в 60-е годы прошлого века. Первоначально применялась она в авиации для борьбы с обледенением крыльев. Изобретена электроимпульсная система в Советском Союзе, автор – студент Московского авиационного института И.А. Левин. Со второй половины 80-х годов технологии стали применяться на крышах домов.
    Основа этой системы – электромагнитные катушки без сердечника (индукторы), закрепленные с небольшим зазором под свесами кровли. При подаче на них короткого электрического импульса возникают кольцевые токи, и материал кровли испытывает импульсную деформацию (удар). Наледь на кровле разрушается и в виде ледяной крошки ссыпается вниз. Сила удара рассчитывается так, чтобы не повредить кровельное покрытие.

    Электроимпульсная система анти обледенения разрушает лед импульсами

    Достоинства электроимпульсной системы анти обледенения:

    • высокая степень очистки;
    • малое энергопотребление (2-3 импульса в сутки);
    • надежность и простота обслуживания.

    Недостатки:

    • высокая стоимость;
    • необходимость монтажа под кровельным покрытием;
    • невозможность установки в водосточных трубах;
    • применение только на жестких кровлях (металлочерепица, профлист и т.д.)

    Высокая стоимость и ограничения по использованию электроимпульсной системы обусловили ее редкое применение. Кроме того, о существовании такой технологии вообще мало кто знает.

    Кабельные системы против обледенения кровли ↑

    Кабельная система

    Наибольшее распространение получили системы на основе греющего кабеля. Принцип работы таких приспособлений очень прост – кабель, проложенный вдоль свесов кровли и водостоков, нагревается и не дает замерзать воде до ее стекания на землю (в каналы водоотведения). Существуют системы аниобледенения на основе резистивного и саморегулирующегося кабеля.

    Кабель превращает лед в воду

    Системы с одножильным резистивным кабелем ↑

    В резистивном кабеле нагревание происходит за счет проводника с высоким активным сопротивлением. При прохождении электрического тока такой проводник выделяет тепло по всей длине, причем, чем выше сопротивление, тем больше выделяется тепла.
    Выделяют три вида резистивного кабеля:

    • одножильный;
    • двужильный;
    • секционный (зональный).

    Одножильный кабель

    В таком кабеле одна нагревательная жила заключена в изоляцию, сверху идет экран (медная оплетка или тонкая фольга), и затем – защитная оболочка. Экран – компонент обязательный, поскольку он подавляет электромагнитные помехи и, главное, выполняет функцию заземления. В случае пробоя изоляции человек будет защищен от поражения электрическим током.
    Одножильный кабель – самый недорогой из резистивных
    . Его существенным отличием является необходимость укладки таким образом, чтобы начало и конец сходились в одну точку.

    Особенности технологии с двужильным кабелем ↑

    Двужильный кабель

    В двужильном кабеле в изоляции проложено два проводника, либо оба греющих, либо один с низким сопротивлением – питающий, его еще называют возвратным. В конце кабеля смонтирована специальная муфта, соединяющая обе жилы.

    Двужильный кабель

    дороже одножильного, но зато заканчиваться при прокладке он может где угодно. Кроме того, поскольку токи в жилах текут во встречном направлении, уровень электромагнитного излучения намного ниже.

    Укладка кабеля в области водостока

    Существенным недостатком резистивных кабелей является невозможность отрезать от бухты кусок нужной длины. Дело в том, что количество тепла, выделяемого каждым метром, зависит от сопротивления всего кабеля и должно находиться в пределах 10-20 Вт. Если уменьшить длину вдвое, то и сопротивление упадет в два раза, соответственно вдвое вырастет выделение тепла на каждом участке, что может привести к перегоранию. Этот параметр учитывается изготовителем, и такой кабель продается готовыми кусками разной длины.

    Секционный кабель в системах обогрева крыши ↑

    Секционный кабель

    Это следующий шаг в развитии резистивных кабелей. Он представляет собой два проводника низкого сопротивления, заключенных в изолирующую оболочку. Поверх оболочки наматывается проволока с высоким сопротивлением (как правило, из нихрома). Эта проволока через равные промежутки (обычно через метр) поочередно подключается то к одному, то к другому проводнику.
    Получается ряд параллельно включенных греющих секций, при этом мощность каждой не зависит от количества соседних секций. Это позволяет отрезать куски необходимой длины непосредственно в процессе монтажа. Кроме того, при выходе из строя одной секции (обрыв проволоки) остальные будут продолжать работу.
    Главным недостатком секционного кабеля является его более высокая стоимость по сравнению с остальными резистивными.

    Управление работой резистивной системы теплой кровли ↑

    Резистивная система может находиться в двух состояниях:

    • включено, при этом она постоянно выделяет тепло и, соответственно, потребляет электрическую энергию;
    • выключено, при этом сосульки растут, невзирая на наличие греющего кабеля.

    Понятно, что систему анти обледенения кровли и водостоков нужно включать при опасности образования наледи и выключать в сухую теплую или наоборот, морозную погоду.

    Самый простой вариант – включать и выключать обогрев вручную, по желанию владельца. Но это не всегда возможно, особенно при дачном варианте, когда хозяева бывают наездами. Для управления системой в автоматическом режиме предназначены такие устройства, как терморегулятор и метеостанция.

    • Терморегулятор измеряет наружную температуру и включает систему в заданном диапазоне ее значений. Обычно система обогрева включается при -8 градусах и выключается при +3, но в большинстве приборов этот диапазон можно изменить.
    • Метеостанция – более сложное, но и более дорогое изделие. Метеостанция учитывает,помимо температуры, влажность окружающей среды. Кроме того, может быть установлен датчик, определяющий наличие снега на крыше. В данном случае процесс управления полностью автоматизирован.

    Достоинства и недостатки резистивных нагревательных кабелей ↑

    К достоинствам этой технологии обогрева поверхности кровли можно отнести:

    • относительно невысокую стоимость;
    • простоту монтажа;
    • отсутствие высоких пусковых токов.

    Недостатки, конечно, тоже присутствуют, это:

    • высокое энергопотребление, а следовательно – ощутимые расходы на борьбу с сосульками;
    • кабель греет постоянно и равномерно по всей длине, независимо от наличия снега и льда на отдельных участках;
    • возможность перегорания при перехлесте;
    • необходимость применения специальных устройств для автоматизации работы.

    Системы с саморегулирующимся кабелем ↑

    Саморегулирующийся кабель

    Саморегулирующийся греющий кабель можно назвать умным– это продукт высоких технологий. По своему строению он похож на обычный двужильный кабель плоского сечения с двумя медными проводниками. Суть заключается в материале, проложенном между жилами – так называемой полимерной матрице.
    Полимерная греющая матрица по виду напоминает плотный полиэтилен, но на деле представляет собой полупроводник, который меняет свои свойства в зависимости от температуры
    . Чем ниже температура, тем больше в теле матрицы возникает токопроводящих путей. При протекании тока по этим путям выделяется тепло. Чем больше токопроводящих путей, тем сильнее матрица нагревается.

    Автоматизация обогрева

    Представим кабель, проложенный по сложной крыше. В одном месте намело снега, в другом чисто. Отрезок, лежащий под снегом, автоматически будет греться до тех пор, пока снег не стает, причем остальной кабель выделять тепло не будет.
    Такая система анти обледенения кровли не требует автоматики и не боится перехлестов
    . За счет работы участками и только при необходимости значительно экономится электроэнергия. Этот кабель можно резать кусками любой длины.

    Крепеж на сетку

    Но, как и всё в этом мире, саморегулирующийся кабель имеет ряд недостатков:

    • ограниченный срок службы матрицы;
    • высокие пусковые токи;
    • главный недостаток – высокая цена, что делает сомнительной выгоду от экономии электроэнергии.

    Монтаж кабельной греющей системы ↑

    Для монтажа греющего кабеля в желобах водосточных систем используют монтажную ленту. На кровле ленту дополнительно фиксируют герметиком. В трубах также используют ленту или термоусадочные трубки. В воронах ленту закрепляют при помощи специальных заклепок.

    Укладка кабеля вдоль свеса

    Обогрев водостока

    Работы проводят в три основных этапа:

    1. Установка греющего кабеля на поверхности кровли и в водостоках.
    2. Монтаж датчиков температуры и автоматики.
    3. Тестирование и отладка всей системы против обледенения.

    Каждая кровля индивидуальна и для каждой требуется свой расчет укладки кабеля. Существуют общие правила:

    • Греется не вся кровля, а только свесы, ендовы и водосливная система.
    • По кровле кабель укладывается змейкой с шагом 20–60 см и на ширину свеса.
    • Для теплой кровли обычно берут мощность от 70 Вт на квадратный метр.
    • По водосточной системе кабель вытягивают в одну – две нитки.
    • В желоба устанавливают одну или две нити.
    • На линии схода воды с капельника рекомендуется использовать две нити.

    Следует заметить, что система антиобледенения кровли и водостоков – довольно сложная инженерная конструкция, и ее расчет и монтаж лучше всего доверить профессионалам. Только так можно гарантировать обезопасить и экономичность всех элементов.

    Видео: монтаж системы антиобледенения ↑

    Жизнь северных регионов страны неизбежно связана со снегопадами, ранними заморозками и весенними оттепелями. Все это приводит к накоплению снега на крыше и формированию сосулек. Конечно, белоснежная крыша и играющие на солнце льдинки сосулек смотрятся красиво, но в условиях города таят в себе немало опасностей. Каждый сталкивался с информацией о снежных обвалах или оторвавшихся сосульках, повреждающих не только припаркованные машины, но часто и травмирующие человека.

    Зачем нужна система обогрева крыши

    Как только выпал первый снег, тысячи работников коммунальных служб выходят на борьбу с ним. Особое внимание всегда уделяется антиобледенению кровель. Конечно, правильно спроектированная кровля, с хорошей теплоизоляцией практически не даёт формироваться сосулькам и скапливаться большим сугробам снега.

    Но в условиях реальной жизни, к сожалению, это не так часто встречается. Многие здания проектировались более 100 лет назад и не предусматривались современные технологии эксплуатации, многие кровли не ремонтировались десятки лет и имеют высокую теплопотерю, многие крыши ремонтировались с нарушением технологии, что привело к формированию зон повышенной опасности формирования наледи.

    Для борьбы с этим злом коммунальщиками чаще всего используется обычная лопата. Крышу чистят, сосульки и лёд сбивают руками. Во-первых, этот процесс довольно трудоёмкий, во-вторых, приводит к повреждению кровли и в дальнейшем только усиливает вред от обледенения.

    Более прогрессивный способ — использование химических реагентов антилёд или покрытие кровли специальными составами. Но, к сожалению, способ достаточно дорогой и, в свою очередь, наносит вред кровле. Более того, наносит экологический вред, а в условиях города это очень опасно.

    В значительной мере проблему может решить обогрев крыши от снега.

    Виды обогревателей кровель

    Существует много технологических решений подогрева крыш. Все они исходят из принципа — выявление опасных мест формирования снежных заносов и возникновения наледи. Далее по этим местам прокладывается подогревающий кабель. Система довольно простая и сильно напоминает технологию тёплых полов. Только кабели используются более толстые и с большей теплоотдачей.

    В настоящее время существует несколько видов таких кабелей:

    1. Резистивные.
    2. Саморегулирующиеся.
    3. Зональные как разновидность саморегулирующихся.

    Резистивные кабели

    Самый простой вариант. Резистивный провод состоит из одной или двух нагревающих жил в изоляционной оболочке. Сверху идёт металлическая оплётка, которая играет роль заземления и экрана, чтобы избежать возникновения индукционных токов и как следствие радиационных помех. Далее все это покрывается наружной оболочкой, как правило, из ПВХ-пластика. Мощность относительно небольшая, примерно 15−30 Вт/м. Это позволяет достигать рабочей температуры 250 ⁰ С, и эффективно применять его при достаточно низких температурах.

    Система настолько проста и эффективна, что позволяет с лёгкостью её использовать практически в любых условиях и самостоятельно монтировать. Последовательное включение в электрическую цепь и простое управление не требуют включения особых знаний. Гибкость провода делает монтаж удобным.

    Главное — знать, что разрезать такой кабель нельзя. Все стыки должны быть только промышленного производства. Кроме того, не разрешён монтаж внахлёст.

    К сожалению, при относительно низкой цене и простоте монтажа такая система имеет существенные недостатки:

    • Любое повреждение выводит из строя всю цепь.
    • Равномерный прогрев на всю длину приводит к потерям энергии.
    • За мощностью, подаваемую на кабель, нужно следить в ручном режиме.

    Зональные кабели

    Более сложным вариантом резистивного кабеля является зональный. Такие кабели выпускаются двужильными с накрученной спиралью из проволоки высокого сопротивления. Чаще всего используется нихром. Во внутренней оболочке имеются контактные окна, через которые идёт последовательное замыкание спирали с одним из проводов, соответственно, формируются различные зоны обогрева. Длина такой зоны обычно составляет от 0,7 до 2 м. Для такого кабеля уже предусмотрена нарезка по месту укладки. Главное, соблюдать деление на зоны.

    Среди недостатков можно выделить:

    • В местах перехлёста может произойти выгорание кабеля.
    • Относительно низкая механическая прочность.
    • Поиск повреждённых зон затруднён.

    Саморегулирующиеся кабели

    Саморегулирующийся кабель имеет более сложное строение, чем резистивный. Здесь уже применяется полупроводниковая прослойка — матрица. Такая матрица позволяет менять сопротивление токопроводящей жилы в зависимости от температуры окружающей среды. При более низкой температуре кабель нагревается больше.

    Несмотря на более высокую начальную стоимость, за счёт экономии электроэнергии эксплуатация такого кабеля более низкая. Другие преимущества:

    • его можно монтировать внахлёст;
    • при повреждении отдельного участка вся цепь продолжает работать;
    • монтажная схема позволяет формировать участки разветвления;
    • средняя длина цепи может достигать 100−150 м.

    Стоимость обслуживания аналогична обычному резистивному.

    Способы монтажа систем обогрева

    Прежде чем приступать к монтажу подогрева кровли и водостоков, необходимо тщательно изучить архитектурные особенности кровли, тепловые особенности тех или иных участков, посмотреть, как идёт снеготаяние. Нет смысла обогревать те места, которые не являются критичными с точки зрения формирования наледи или снежных заносов.

    Принято выделять следующие конструктивные элементы:

    • край кровли;
    • ливневки, водосборные жёлоба;
    • ливнестоки и водосточные трубы;
    • воронки, водомёты и направляющие лотки;
    • ендовы;
    • карнизы и капельники;
    • сборы возле водосточных воронок;
    • выделяются плоские кровли;
    • места сброса из водосточных труб.

    Монтаж по краю кровли

    Электрообогрев края кровли, как правило, осуществляют с помощью кабеля, уложенного змейкой от края на 30 см и высотой от 60 до 120 см. В нижней точке витка часто делают «капельку», свисающую по кровле. Крепление осуществляют с помощью кровельных саморезов и специальных зажимов. «Капельки» по вертикальной части кровли крепятся хомутами.

    Такие зажимы и хомуты можно изготовить самостоятельно из нержавеющей стали.

    Предполагается, что тающая вода, скатываясь с кровли, будет стекать непосредственно с кабеля. Для этого и делают на витках змейки вертикальные «капельки» длиной примерно 5−8 см.

    По волнистой кровле кабель укладывают внутри жёлоба.

    Укладка кабеля в ендовах и местах примыкания к стене

    В ендовах рекомендуется укладывать кабель в две нитки на 2/3 длины. Это позволяет создать тепловой коридор, который не даёт сформироваться наледи и снежным заносам.

    Аналогично и в местах примыкания кровли к стенам кабель укладывается в две нитки на 2/3 высоты ската. Между стеной и кабелем должно оставаться расстояние 5−8 см. Между нитями кабеля обычно принято делать разрыв 10−15 см.

    Обогрев в желобах

    Особенно внимательным надо быть при использовании нагревательного кабеля для водостоков. Являясь местом сбора стоков с большой площади кровли, горизонтальные жёлоба водостоков могут концентрировать большое количество воды и снега. При резких изменениях температуры формируются весьма опасные участки твёрдой воды. При большом количестве и низких температурах кабелю непросто растопить такую массу.

    В горизонтальных желобах, как правило, укладывается несколько нитей кабеля. При ширине жёлоба более 20 см их должно быть не менее трёх. Для закрепления кабеля используют обычно специальные пластиковые клипсы или монтажную ленту, места креплений в стенках стоков обрабатывают герметиком. Расстояние между клипсами от 30 до 50 см.

    Использование для обогрева водостоков кровли саморегулирующегося кабеля позволяет избежать значительных потерь электроэнергии. Как правило, нет смысла поддерживать одинаковую температуру по всей длине водостока, достаточно выделять отдельные участки.

    В водостоках

    Все точки сброса воды — воронки, водомёты, направляющие лотки и прочее всегда являются зоной особого контроля. Это самые узкие места прохождения большого количества воды, и любая задержка приводит к образованию наледи.

    Не менее важным является обогрев водосточных труб греющим кабелем. В тонких трубах диаметром до 10 см достаточной одной нитки. Для большего диаметра необходимо несколько. На входе в трубу кабель обязательно закрепляют скобами. Верхняя, нижняя часть трубы и все колена нуждаются в усиленном подогреве. Здесь нужно формировать петли или использовать несколько дополнительных ниток кабеля.

    Для крепления кабеля в вертикальном положении используют трос.

    Порядок монтажа и используемое оборудование управления

    Монтаж греющего кабеля может осуществляться по простой схеме — без автоматического регулирования и контроля за окружающей средой. Такой способ относительно дешёвый, но, к сожалению, становится затратным при эксплуатации. Особенно в климатических зонах с высоким снежным покровом и низкими температурами. Использование систем автоматического управления позволяет экономить до 80% электроэнергии. Такие системы состоят из:

    • греющего кабеля, уложенного в один или несколько контуров;
    • крепёжных и изолирующих элементов;
    • силовых и сигнальных кабелей;
    • переключающих и коммутирующих устройств;
    • датчиков температуры, осадков, воды;
    • метеостанции или блока автоматизированного управления.

    Различные контуры обогрева включаются только при определённых показателях температуры и снежного покрова или замерзания жидкости.

    Недостатки и преимущества систем обогрева

    Система подогрева различных элементов кровли показала своё преимущество по отношению к любым другим схемам защиты крыш. В экстремальных зимних условиях, низких температурах и парниковом эффекте городов при правильной эксплуатации ей трудно найти замену. Она позволяет при относительно невысоких ценах на монтаж и эксплуатацию:

    • значительно увеличивать срок эксплуатации кровли без дополнительного ремонта;
    • избегать снежных обвалов и падения сосулек.

    К сожалению, как и любое техническое решение, требует определённой квалификации при её эксплуатации:

    • необходимо регулярно кровлю и все элементы ливневых стоков очищать от грязи, особенно это касается осеннего листопада;
    • регулярная профилактика всех элементов электроподогрева;
    • соблюдения мер электробезопасности.

    Формат статьи не позволяет описать все преимущества и недостатки обогревающей системы. Тем более не ставится целью дать технические решения по монтажу. При желании установить систему подогрева кровли следует использовать специализированную техническую литературу или обращаться в проектные организации. При выборе используемого кабеля, прокладке контуров и особенно использовании метеостанции важно все правильно рассчитать. Только в этом случае система будет эффективно работать.