Система антиобледенения

Обогрев кровли и водостоков: монтаж эффективной системы снеготаяния своими руками

Снежные зимы, доставляющие столько приятных моментов взрослым и детворе, приносят множество проблем коммунальным службам и владельцам частных домов. И если скопление снега на дорогах, тротуарах и садовых дорожках убрать относительно несложно, то борьба со снежными наносами и образованием наледи на крыше требует несоизмеримо больших затрат сил, времени и финансов. Ни один заботливый хозяин не пустит подобную ситуацию на самотёк, ведь ледовые наросты на карнизах и элементах водоотвода не только представляют опасность для окружающих, но и способствуют быстрому разрушению крыши и фасада. Исправить ситуацию сможет система, которая вовремя растопит снег и не позволит образоваться льду на крыше.

Содержание

Причины обледенения кровли и способы их устранения

Из всех факторов, влияющих на долговечность и целостность кровли, образование льда является наиболее разрушительным. Наледь образуется из воды, которая появляется на крыше в зимний период при определённых условиях:

  • чередование положительной и отрицательной температуры окружающего воздуха, которое способствует постоянному таянию снега;
  • усложнённая конструкция крыши с большим количеством внутренних углов, башенок, воротников и горизонтальных площадок, на которых скапливаются снежные шапки;
  • несовершенная система теплоизоляции кровли, способствующая потерям тепла через перекрытие. На крыше с высокими теплопотерями нижний слой снегового покрова тает даже при отрицательных внешних температурах.

Надо сказать, что даже на построенной по всем правилам крыше скопления снега тают под воздействием солнечной энергии. Вода, как ей и положено, должна бы попадать в водостоки и покидать кровлю, но при отрицательных температурах воздуха она не успевает достичь земли, замерзая в холодных воронках, желобах и трубах. Процесс протекает лавинообразно — со временем ледовая корка достигает такой толщины, что полностью перекрывает проходные сечения элементов водоотводящей системы.

Замерзание водосточных желобов
Таяние снега зимой часто приводит к лавинообразному сходу с кровли воды, которая тут же замерзает и перекрывает водосточные каналы

Опасность этого явления заключается в следующем:

  • вода попадает в кровельный слой, где при замерзании расширяется и разрушает материалы покрытия;
  • влага способствует гниению утеплителя и деревянных элементов стропильной системы крыши;
  • снег и наледь создают повышенную нагрузку на крышу, снижая срок её эксплуатации;
  • вода стекает по фасаду и повреждает отделочное покрытие, стены и фундамент;
  • на подоконниках, карнизах и других внешних деталях строений образуются сосульки и ледяные глыбы, которые создают опасность для жизни окружающих и могут стать причиной повреждения автотранспорта и других материальных ценностей.

Борьбу с образованием льда на поверхности крыши сегодня можно вести несколькими способами.

Механическое удаление снега и льда

Механическая очистка длительное время оставалась единственной возможностью избавиться от снеговых навалов и наледи. Казалось бы, самый простой и дешёвый вариант, не так ли? На самом деле, для проведения работ на крыше понадобится штат обученных сотрудников, спецтехника и необходимость перекрывать тротуары (а в некоторых случаях и дороги). Однако не это является основным недостатком очистки вручную. Опасность этого метода заключается в том, что лопаты, скребки и ледорубы даже при самом осторожном обращении неизбежно повреждают кровельное покрытие и водосточную систему.

Сброс снега с крыши
Для механической очистки крыш от снега нередко привлекают промышленных альпинистов

Использование ультразвуковых, лазерных и электроимпульсных систем противообледенения

В ультразвуковых установках разрушение льда происходит благодаря мощному импульсу на частотах от сотен кГц до нескольких МГц. Работающие по этому принципу приборы используются лишь благодаря очень низким энергозатратам, поскольку в остальном метод разрушения ультразвуком имеет много недостатков, в числе которых высокая стоимость оборудования (до 200 евро на 1 м карниза), негативное воздействие на человека и высокие эксплуатационные затраты.

Ещё больше вложений требует лазерное оборудование, использующее энергетические установки с накачкой CO2 и мощностью пучка до 250 Вт. Тем не менее оно также находит своё применение на стратегически важных объектах народного хозяйства.

Электроимпульсные установки впервые начали использоваться в 1967 году для предотвращения обледенения фюзеляжа и крыльев самолётов. Чуть позже такие системы антиобледенения начали устанавливать и на зданиях. Метод электроимпульсной очистки заключается в монтаже проводников на водоотводящих воронках, желобах и трубах. Несколько раз в сутки установка передаёт импульс, предотвращающий образование льда. Довольно высокая стоимость защиты одного погонного метра водостока (от 20 до 60 евро) и немалые затраты на обслуживание ограничивают использование этого способа даже несмотря на сверхнизкие затраты энергии (потребляемая установкой мощность составляет от 20 до 50 Вт).

Нанесение химических реактивов

Защита при помощи химических средств состоит в том, что плоскости крыши покрываются специальной эмульсией, препятствующей кристаллизации жидкости и переходу вещества в твёрдое состояние. Использование специальных реактивов является довольно затратной технологией, срок их действия пока ещё невелик, а для нанесения требуется специальное оборудование и обученный персонал. Именно поэтому этот способ оправдан лишь в том случае, если нет возможности воспользоваться другими вариантами.

Реагент для удаления льда
Химические реагенты успешно справляются с растапливанием снега и льда, однако имеют высокую стоимость

Обогрев кровли

Системы обогрева наиболее проблемных зон основаны на свойствах проводников с высоким внутренним сопротивлением нагреваться при протекании электрического тока. Простота и дешевизна подобных систем антиобледенения способствует росту их популярности у владельцев частных домов, поэтому расскажем об этом методе подробнее.

Система обогрева кровли и водостоков: устройство и особенности

Обогрев наиболее проблемных зон крыши и водостоков позволяет предотвратить образование наледи, устранить опасность накопления снега и обеспечить своевременное отведение влаги в зимний период. Работоспособность системы антиобледенения обеспечивают электрические нагревательные кабели, которыми оснащают:

  • плоские поверхности кровли у карнизов и водосборных элементов;
  • ендовы;
  • желоба;
  • воронки и лотки, которые используются для сбора воды;
  • водосточные трубы.

Для эффективной работы водостока нагревательными кабелями необходимо оборудовать ещё и потенциально опасные элементы дренажной системы — места для перераспределения воды у водосборников ливневой канализации, примыкающие к поверхности грунта лотки, желоба и т. д.

Система обогрева кровли и водостоков
Греющие кабели располагаются в самых проблемных зонах кровли и водостока

Конструкция систем снеготаяния во многом сходна с устройством электрических тёплых полов. Работоспособность системы обеспечивают:

  • отдельные контуры из нагревательного кабеля;
  • сигнальные и силовые проводники;
  • датчики влажности и температуры;
  • автоматические устройства управления и защиты.

В простейших системах обогрева кровли для включения нагревателей используется механический или электронный термостат. Подача напряжения осуществляется лишь в зависимости от состояния датчика температуры на крыше, поэтому не исключены случаи, когда подогрев крыши будет происходить при полном отсутствии снега. Чаще всего простые системы антиобледенения используют в ручном режиме, делая выводы о необходимости их включения на основании визуальных наблюдений.

Конструкция системы «антилёд»
Кроме нагревательных элементов система снеготаяния включает в себя блок управления, датчики, сигнальные и силовые провода

Более дорогостоящие конструкции предполагают установку блока управления, который принимает решение о необходимости включения нагревателей на основании показаний датчиков температуры, влаги и осадков. Обогрев происходит только тогда, когда кровля и элементы водостока покрываются снегом и льдом. При этом датчик воды должен сигнализировать о минимальной влажности, что возможно лишь тогда, когда жидкость переходит в твёрдое агрегатное состояние. Как только лёд растает, сигнальный сенсор намокает и подача электричества прекращается. Такие системы отличаются экономичностью, а их работа не требует участия человека.

Следует вспомнить и о самых «продвинутых» установках снеготаяния, анализирующие не только температуру и влажность, но и данные с метеостанции, которая входит в их состав. Интеллектуальные системы лишены инерционности и могут работать «на опережение», поэтому являются наиболее эффективными и экономичными.

Как выбрать систему обогрева кровли и водостоков

В системах обогрева крыши используется резистивный или саморегулирующийся нагревательный кабель с тепловой мощностью не менее 20 Вт на погонный метр.

  1. Тепловыделяющий элемент резистивного нагревателя работает на принципе омических потерь в проводнике и состоит из одной или двух металлических жил с высоким внутренним сопротивлением. Защитный слой из термостойкого пластика, армирование металлической оплёткой и верхнее покрытие из прочного и пластичного ПВХ делает кабель неуязвимым для влаги и механических воздействий. Тепловыделение резистивного нагревательного элемента достигает 30 Вт/м, а температура — 250 °C. Эти параметры, как и сопротивление внутренних проводников, являются постоянной величиной, поэтому теплоотдача по всей длине греющего кабеля не меняется. Преимуществом нагревателей этого типа является их простота, низкая стоимость и стабильность характеристик. Недостатками резистивной технологии являются:
    • высокий расход электроэнергии;
    • возможность локальных перегревов в местах перехлёста и скопления мусора;
    • необходимость точного расчёта длины нагревателей;
    • ограничения по длине кабеля;
    • выход из строя всего контура из-за перегорание нагревателя в одном месте.
      Устройство резистивного кабеля
      Резистивный кабель имеет простое устройство и невысокую цену, но расходует много электроэнергии и часто выходит из строя
  2. Указанных выше недостатков лишён саморегулирующийся кабель. В отличие от резистивного нагревателя его токоведущие жилы находятся в слое особого термопласта с множеством графитовых включений. Зёрна углерода составляют длинную цепочку, играя в ней роль переменных резисторов с параллельным подключением. Сопротивление полимерной матрицы зависит от температуры, поэтому регулировка степени нагрева осуществляется в автоматическом режиме. Сверху саморегулирующийся кабель защищён двойной термопластичной оболочкой, между слоями которой расположен сетчатый металлический экран. Максимальная длина саморегулирующегося кабеля для подключения к сети 220 В составляет 150 м. При необходимости увеличить обогреваемую площадь, используют несколько контуров, включённых параллельно.
    Устройство саморегулирующегося кабеля
    Саморегулирущийся кабель имеет чувствительную к температуре оплётку и производит регулировку степени нагрева автоматически

К недостаткам высокотехнологичных нагревателей относится более высокая стоимость и нестабильность параметров с течением времени. В процессе эксплуатации токопроводящие свойства полимерной матрицы падают и тепловая мощность кабеля уменьшается.

Чтобы соорудить долговечную, эффективную и экономичную систему кровельного обогрева, лучше всего использовать кабели обоих типов. При этом резистивный нагреватель следует установить на участках большой площади и протяжённости — именно там будет полностью востребована его высокая удельная мощность. Саморегулируемый кабель идеально подходит для оснащения элементов водоотведения — воронок, желобов, труб и лотков.

Для коммутации нагревателей бюджетной системы обогрева можно использовать простой термостат со встроенными твердотельными или электромагнитными реле. С его помощью можно отрегулировать граничные температуры включения и выключения нагревателей. Если мощность обогревающих кабелей превышает допустимую нагрузку, то для их подключения используют промежуточные коммутирующее оборудование — контакторы, магнитные пускатели и т. д.

Подключение резистивного кабеля
В простой системе с регулировочным термостатом можно использовать резистивный кабель с одной или двумя жилами)

Более совершенную систему можно построить с помощью контроллеров с метеостанцией. В этом случае потребуется монтировать не только термодатчики, но и сенсоры, показывающие наличие осадков, влажность и т. д. Этот вариант обойдётся намного дороже конструкции с термостатом, однако именно он рекомендован специалистами для районов с высокой влажностью.

Видео: как работает саморегулирующийся кабель

Как установить систему антиобледенения

Прежде чем приступать к монтажу установки снеготаяния, следует определить наиболее проблемные зоны кровли и подсчитать, сколько кабеля потребуется для их обогрева. Зная удельную мощность 1 погонного метра нагревателя, нетрудно рассчитать общее энергопотребление системы. Эти данные потребуются в дальнейшем при подборе коммутирующей и защитной аппаратуры.

Какие места на крыше надо обогревать

Для того чтобы сделать систему «антилёд» производительной и в то же время экономичной, следует проанализировать конструкцию крыши и выделить на ней зоны, нагрев которых позволит своевременно и эффективно удалять с крыши осадки. В первую очередь обогревающая система должна охватывать наиболее проблемные места.

Карнизы и прямолинейные участки кровли

Решение о количестве нагревателя и способе его укладки зависит от покатости ската. На поверхностях с уклоном до 30° кабель монтируют «змейкой», охватывая карниз и нижний участок ската на расстоянии не менее 30 см от проекции несущей стены. На более пологих склонах кровли кабелем дополнительно оборудуют места примыканий к водосборным воронкам. При этом обогреваемая площадь должна составлять не менее 1 м2. Примыкания и парапеты достаточно оборудовать одной веткой нагревателя, уложенной вдоль сооружения.

Обогрев карнизов
При обогреве кровель с уклоном до 30 градусов нагревательный элемент укладывают змейкой вдоль карниза

Крыши, скаты которых имеют наклон более 45°, освобождаются от снега естественным путём и поэтому в монтаже нагревателей не нуждаются. Это не относится к установленным на них водостокам — там греющий кабель будет как нельзя кстати.

Ендовы

Ендовами (разжелобками) называются участки, в которых стыкуются смежные скаты кровли. Как и любые внутренние углы, они в первую очередь подвергаются образованию снежных шапок, а во время снеготаяния создают опасность подтопления подкровельного пространства. Для обогрева разжелобка достаточно одной или двух петель нагревательного кабеля, которым оборудуют от 1/3 до 2/3 ендовы в нижней её части. Шаг нагревателя зависит от удельной мощности и варьируется в пределах 10–40 см.

Обогрев ендов
Разжелобки обогревают несколькими параллельными линиями обогревающего кабеля

Элементы водоотводящей системы

В лотках и желобах используют две параллельные ветки кабеля, которые крепят у самого дна. Воронки и участки вокруг них оборудуют нагревателем таким образом, чтобы охватить участок в радиусе не менее 50 см. При этом нагреватель должен опускаться по водораспределителю в виде петли с двумя параллельными линиями на противоположных его сторонах и проникать ниже линии верхнего перекрытия. Точно так же оснащают и участки кровли возле водомётов с той лишь разницей, что нагреватель укладывают по дну водосборников.

Обогрев водостоков
Обогрев водостоков требует самого пристального внимания, поскольку больше всего влияет на эффективность работы системы снеготаяния

При укладке нагревателя в вертикальный водосток петлю сооружают в его нижней части. Кабель крепят к стенкам трубы или стальному тросу — всё зависит от протяжённости водосточной трубы.

При монтаже обогревающего кабеля в вертикальных трубах длиной более 6 м его фиксацию выполняют посредством стального троса, который крепят к кровле у верхнего края водостока.

Сколько нагревающего кабеля понадобится для обогрева крыши

Зная удельную мощность 1 погонного метра обогревающего кабеля, нетрудно подсчитать, сколько нагревателя потребуется для обогрева того или иного участка кровли и водостока. Специалисты рекомендуют вести расчёт тепловой мощности, основываясь на таких практических данных:

  • вдоль желобов и ендов понадобится 250–300 Вт тепловой мощности на 1 м2;
  • для обогрева карнизов — не менее 180–250 Вт/м2;
  • в трубах и лотках, диаметр или ширина которых составляют более 100 мм — 36 Вт/м;
  • в трубах и лотках шириной или диаметром менее 100 мм — 28 Вт/м.

Основываясь на схеме кровли с нанесёнными размерами, устанавливают плотность укладки и расход греющего элемента в метрах. Чтобы рассчитать общую электрическую мощность системы обогрева, найденное значение умножают на величину удельной мощности одного погонного метра обогревающего кабеля.

Порядок монтажа системы обогрева кровли и водостоков своими руками

К монтажу приступают лишь после того, как поверхность крыши будет полностью очищена от накопившихся там листьев, грязи и мусора. Следует внимательно осмотреть те места, где будут установлены нагреватели. Все выступающие части и острые углы, которые могут повредить защитную оболочку силового, сигнального или обогревающего кабеля, должны быть сглажены.

К установке системы снеготаяния лучше всего приступать с первыми заморозками — это позволит не только смонтировать оборудование, но и провести испытания. Вместе с тем требованиями СНиПа 3.05.06–85 допускается вести монтажные работы при температуре до -15 °С, так что затягивать с обустройством крыши и ждать, пока она покроется снегом и наледью, не рекомендуется — это значительно усложнит процесс.

Монтажная схема системы снеготаяния
Перед началом работ необходимо составить подробную схему расположения датчиков, нагревателей и устройств автоматики системы антиобледенения кровли

Монтажные работы ведут в строгой последовательности.

  1. Устанавливают датчики осадков, температуры и влажности. Первые располагают под открытым небом, тогда как последние крепят на дне водосточных желобов и на краю участков, примыкающих к воронкам. Термодатчики закрепляют так, чтобы исключить влияние на них солнечной радиации, а также тепла от внутридомовых инженерных систем.
    Установка датчика влажности
    Сигнальные датчики располагают в местах, которые в первую очередь покрываются талой водой
  2. При помощи специальных пластиковых кронштейнов и полимерных стяжек укладывают сигнальную проводку и силовые кабели. Все проводники проверяют на отсутствие обрыва, а питающие цепи — ещё и на сопротивление изоляции, которое должно составлять не менее 10 МОм/м.
  3. Согласно разработанной ранее схеме, по поверхности скатов раскладывают нагревательные элементы. Их фиксацию выполняют при помощи предусмотренных производителем кронштейнов и зажимов, но при отсутствии таковых можно воспользоваться и перфорированной лентой для крепления гипсокартонных профилей. Необходимо исключить возможность провисания кабелей и проследить за тем, чтобы резистивные нагреватели не перехлёстывались. При использовании кустарных фиксаторов надо быть предельно внимательным, чтобы не повредить оболочку электрических кабелей. В местах, где кабели и датчики могут повреждаться сходящими со скатов снежными шапками и глыбами льда, следует установить заградительные сооружения.
    Кронштейн для обогревающего кабеля
    Для монтажа нагревательного кабеля применяют специальные зажимы и перфорированные ленты
  4. Монтаж нагревателей в элементах водоотводящей системы ведут последовательно, начиная от вертикальных элементов конструкции и заканчивая водосборниками. Сначала нагреватели монтируют в водосточных трубах, для чего петлю кабеля подают внутрь и крепят стальными зажимами возле водоприёмника. Далее параллельные линии нагревательного элемента фиксируют на расстоянии 5 см в нижней части вертикального водостока со стороны дома. В воронке кабель следует уложить и закрепить в виде кольца. Если вертикальный водосток состоит из нескольких труб, то кабель необходимо закрепить стальными зажимами в начале и конце каждого участка.
    Схема укладки обогревающего кабеля
    Обогревающий кабель внутри водосточной трубы крепится к опущенному в неё тросу, а также к водостоку в начале и конце каждого участка
  5. Монтируют распределительные коробки и шкаф управления.
  6. Концы кабелей соединяют согласно схеме подключения и тщательно изолируют.
  7. Устанавливают блок управления системой снеготаяния и подключают к ней силовые кабели и выходы сигнальных сенсоров. Шкаф управления соединяют с контуром защитного заземления, монтируют автоматические выключатели и УЗО.
    Электрическая схема обогрева кровли
    Система антиобледенения кровли должна подключаться к электрической сети через УЗО и автоматический выключатель
  8. Выполняют подключение системы к электрической сети.

Испытание системы обогрева кровли и водостоков проводят при минусовой температуре. Сначала осуществляют пробное включение и замеряют силу тока во всех контурах. При больших расхождениях с расчётными значениями следует найти и устранить причины неполадок. После этого систему тестируют в течение 1–2 часов, наблюдая за тем, насколько своевременно происходит отключение нагревателей.

При чистом небе и отсутствии осадков проверку можно провести, поливая датчики водой.

Видео: как сделать обогрев водостоков своими руками

Рекомендации по обслуживанию и эксплуатации систем кровельного обогрева

Для того чтобы обеспечить долгую и беспроблемную работу оборудования, к его обслуживанию нельзя допускать случайных людей. Рабочие должны пройти инструктаж (в том числе и по технике безопасности) и обладать соответствующей квалификацией. Система обогрева кровли и водостоков является довольно надёжным сооружением, однако она будет радовать своей безотказной работой лишь при качественном и своевременном обслуживании.

Для этого в начале каждого сезона поверхность кровли освобождают от опавших листьев и прочего мусора — именно он становится причиной перегрева нагревателей. Для работы используют только мягкие щётки и метёлки, иначе можно повредить изоляцию кабелей. После того как места установки кабелей и датчиков будут очищены, производят тщательный осмотр защитных оболочек токопроводящих элементов. При необходимости изоляцию восстанавливают, а сильно повреждённые участки кабелей вырезают и заменяют.

Очистка крыши от листьев
Опавшие листья и другой мусор являются самой распространённой причиной перегрева нагревательных элементов

Каждый квартал следует инспектировать надёжность креплений датчиков, нагревателей и удерживающих тросов. Поскольку система работает под высоким напряжением, периодически проводят ревизию точек подключения заземления и проверяют скорость срабатывания устройств защитного отключения.

Для установки устройств снеготаяния совсем необязательно обращаться в специализированные компании. Работу по монтажу системы обогрева кровли и водостоков можно выполнить своими руками. Всё, что для этого понадобится, можно приобрести комплектом или в виде отдельных деталей и узлов. Залогом успешно проделанной работы станут навыки электромонтажных работ, предельная аккуратность и соблюдение правил техники безопасности.