Системы снеготаяния

Основная причина образования наледей – это перепад температуры меж центральной частью кровли и краем крыши с расположенными на нем водостоками, который может появляться по нескольким причинам.

Системы снеготаяния

I. Предпосылки образования наледей.

До того как рассматривать технические решения систем снеготаяния нужно осознать с чем нам предстоит биться, другими словами нужно осознать механизм образования наледей и сосулек.

Основная причина образования наледей – это перепад температуры меж центральной частью кровли и краем крыши с расположенными на нем водостоками, который может появляться по нескольким причинам. Причина техногенного нрава: паразитный обогрев центральной части Рис. 1, который утежеляется последующими обстоятельствами:

1) Отсутствием проветриваемых чердачных помещений.
2) Размещение в подкровельном пространстве технических этажей с отоплением, также мансард. При всем этом появляется технологическая задачка производства так именуемой совмещенной крыши [1]. Теплотехническая сторона этой задачки достаточно сложна, но основной вывод сводится к необходимости вентилирования внешним воздухом подкровельного места в конструкции, что, кстати, установлено в нормативных документах ВСН-35-77. Это требование, но, производится очень изредка (Рис. 2).
3) Расположением на чердаках тепловыделяющего оборудования (коллекторов отопления, расширительных бачков и другого) без подабающей термоизоляции, которое нередко дает локальное ухудшение «ледовой» обстановки на кровле.
4) Устойчивым снежным покровом на кровле, который существенно улучшает теплоизолирующие характеристики покрытия кровли.
снега=0,16 Вт/м оC
Формированию снежного покрова содействуют маленькие уклоны кровли, ее непростая форма: наличие внутренних углов (ендов), горизонтальных площадок, выступающих «воротников» кровельных окон и т.д..

Все эти моменты нужно учесть при проектировании и монтаже систем снеготаяния. Не считая привнесенных обстоятельств, которые могут быть или устранены, или очень ослаблены правильным проектированием крыш, есть предпосылки природного нрава, которые делают условия льдообразования даже на безупречной крыше. (Броский пример – навесы над заправочными станциями). Более принципиальная – это солнечная радиация, которая делает неравновесные условия по температуре (для средней полосы это более проявляется в вешние месяцы) и дневные колебания температуры с переходом через 0oС. Хотя незапятнанный снег отлично отражает солнечное излучение, мельчайшие загрязнения приводят к резкому падению коэффициента отражения. Не считая того, части кровли, свободные от снега, могут иметь очень маленький коэффициент отражения, и активное таяние может происходить на границе снегового покрова. По данным метеонаблюдателей за прошедшую зиму зафиксировано около 70 переходов температуры через 0oС. Дневные колебания температуры с переходом через 0oС вечерком приводят к резвому остыванию воздуха и, соответственно, водостоков, тогда как массы снега на кровле, совместно с элементами самой кровли, могут сохранять положительную температуру еще некое время, создавая, таким макаром, перепад температуры меж водостоками и центральной частью, приводящий к активному льдообразованию. Это отлично известные вешние сосули, которые наблюдаются фактически на всех крышах в вешнее время. Соединение же техногенного и природного причин делают льдообразование вероятным в течение всего зимнего сезона.

Итак, предпосылки установки системы снеготаяния понятны, как понятна и ее основная задачка: сопроводить образующуюся на крыше воду до уровня Земли, не дав ей замерзнуть на элементах кровли и водостоков. Разумеется, что мощность системы подогрева будет тем выше, чем ниже температура воздуха, при которой может быть таяние снега либо льда на кровле, другими словами конкретно малая температура таяния является параметром, определяющим качество крыши в теплотехническом отношении.

К огорчению, этот параметр можно получить только из периодических наблюдений за поведением кровли в зимнее время. Таких данных нет в проектной документации, и при проектировании системы снеготаяния приходится воспользоваться косвенными данными и интуицией.

Условимся делить все крыши, как это предложено в DEVI, на прохладные, с возможностью таяния снега на кровле при температуре не ниже -5oС, теплые – с малой температурой таяния снега -5 – -10oС (к этому типу относится большая часть крыш старенькых административных построек с чердаком), жаркие (очень теплые) – ниже -10oС. Для прохладных крыш система обогрева если и требуется, то малой мощности (соответственной западноевропейским советам). Для теплых крыш нужно полномасштабная система снеготаяния, при этом лучше использовать кабели завышенной мощности (25-35 Вт/м). В конце концов, для жарких крыш проектирование и установка кабельной системы представляет значимые трудности, и фуррор далековато не всегда предопределен. Разглядим механизмы теплопередачи для различных режимов работы системы снеготаяния и главные суждения, которыми приходится воспользоваться при оценке мощности.

II. Установка кабеля на кровле.

Вообщем, вероятны различные варианты зависимо от типа кровли, но для оценок выберем более всераспространенный для городка тип стальной кровли с организацией стока при помощи отбойника.

Для кабельной дорожки водостоков с отбойником теплоотдачи можно оценить по СНИПовским величинам коэффициентов теплопотери – внешнее.

Для наружной поверхности крыши можно грубо считать н=23 Вт/м2 K. Для внутренней стороны н=17 Вт/м2 K Итого общие теплоотдачи таковой дорожки составляют порядка 40 Вт/м2 К. Это очень большая величина!

Обычно, если система выполнена кабелем с удельной мощностью 18-20 Вт/м с шагом 5 см, то удельная мощность на 1 м2 составляет 360-400 Вт/м2 и, соответственно, малая температура, при которой такая система работоспособна, не ниже -10oС (это теплая крыша).

Отдельный и достаточно непростой вопрос о ширине дорожки (Рис.3). Ширина определяется несколькими моментами.
1) Одна нить не выдерживает критики при сколько-либо приметном снежном покрове. Такая система просто перекрывается снегом с образование снежной пещеры и процесс идет выше кабеля и водостока. (Рис. 4)

Из этих суждений кажется, что ширина дорожки должна быть сравнима с высотой снежного покрова. Из нашего опыта следует, что обычно довольно четырех-шести нитей. Бывают осложняющие происшествия. К примеру, при большенном выносе края крыша под стенкой, точка замерзания талой воды возможно окажется в зоне, где отсутствует кабель. Такая ситуация не приводит к забиванию льдом водостоков, но делает ледяной валик с подпором воды и следующими протечками. (Рис. 5). В данном случае ширина обогреваемой дорожки должна быть существенно увеличена, фактически до уровня стенки строения. Отдельный вопрос – дополнительные нити кабеля по капельнику. Если поглядеть на устройство железных крыш, то можно узреть, что часто водосток отстоит от края кровли на метр и поболее. На площади вне водостока обычно находится некое количество снега, но он не вызывает особенных беспокойств, потому что эта часть кровли не имеет паразитного обогрева (Рис. 6).

Время от времени могут появляться мелкие сосули, в период оттепели которые также не представляют суровой угрозы. Ситуация, но, очень усугубляется, если имеются протечки в водоотбойнике. В этом месте появляется огромная сосуля, которая вырастает всегда, пока работает система снеготаяния. С одной стороны это как бы не вина фирмы-установщика системы снеготаяния, но заказчик бывает недоволен и такие ситуации необходимо клеветать на стадии проектирования системы. В значимой степени положение выручает нить кабеля, пущенная по капельнику, другими словами по полосы отрыва воды на краю крыши.
Форма капельника может быть различная, потому нужен простый опыт с поливом водой и наблюдением точки отрыва капель для определенной конструкции (Рис. 7).

Разглядим попутно и таковой момент. Открытая дорожка на крыше подвержена воздействию сходящих масс снега (это аналог лавины в горах). Для предотвращения механических повреждений, кабель очень лучше защитить. Это делается или установкой дополнительного снегоотражателя выше кабельной дорожки, или методом накрывания кабеля листами, подобными покрытию кровли. Последний вариант нам кажется более желаемым, потому что позволяет защитить кабель не только лишь от механических повреждения, и от деяния солнечного ультрафиолета, также существенно облегчить процесс чистки кабельных дорожек от листьев и семян деревьев.

Итак, мы получили некоторые обобщенные советы по установке кабеля на кровле в водостоках с отбойником. Какие еще варианты встречаются на практике? 2-ой по распространенности тип установки – это крыша с навесным водостоком (Рис. 8).

В подавляющем большинстве случаев система подогрева устанавливается исключительно в желобе. Для желобов с соответствующим размером 100 мм (стандартные системы большинства западных кровельных компаний) довольно 2-ух нитей кабеля мощностью 20-30 Вт/м. При огромных размерах желобов количество нитей соответственно возрастает. Но все таки главным вопросом в этой ситуации остается вопрос: делать либо не делать подогрев края кровли. Совершенно точно ответить на это можно только методом наблюдений за таковой кровлей в течение зимнего сезона (что снова таки не всегда приемлимо и не всегда может быть). Косвенными признаками являются угол наклона кровли (чем он больше, тем меньше возможность скопления снега и образования наледей на краю) и вынос края крыши над стенкой (чем он больше, тем больше возможность намерзания талой воды с отрицательными последствиями для работы системы снеготаяния). Последующим типом крыши, который мы разглядим, будет мягенькая кровля. (Рис. 9). Как правило это кровля с малыми уклонами и внутренними водостоками, проходящими через теплое помещение. В таковой конструкции обмерзанию подвержены участки, конкретно примыкающие к водосливным воронкам и сами воронки.

Ситуация разрешается методом подогрева площадки, примыкающей к сливу. При всем этом кабель или закладывается в стяжку (аналог теплого пола) с удельной мощностью 300-400 Вт/м2 и площадью около 1м2, или укладывается сверху на кровлю, выдерживая приблизительно те же характеристики по мощности и площади. В трубу опускается обычно одна-две петли кабеля так, чтоб они гарантировано доставали до теплого помещения.

Определенные трудности при таковой конструкции делают два момента:
- во-1-х, если кабель уложен в стяжке над гидроизоляцией, то выход его петли через гидроизоляцию для подогрева» трубы просит особых мероприятий по герметизации этого места;
- во-2-х, если слив, проходя через теплое помещение, выходит в конце концов на улицу, то появляется неувязка подогрева этого выходного патрубка, удаленного от крыши, где находится основная система подогрева. В этой ситуации приходится или устанавливать отдельный кабель, или прокидывать кабель по длине трубы через теплое помещение (при всем этом применимым вариантом может считаться установка саморегулирующегося кабеля, потому что условия по длине трубы изменяются очень очень).

Не считая этих главных типов крыш могут встречаться и другие варианты либо сочетания разных вариантов в одной конструкции. Очередное замечание относится к подогреву внутренних углов (так именуемых ендов). В принципе, подход к подогреву этих частей таковой же, как и водостоков на кровле. Геометрия площадок подверженных подогреву определяется местами скопления снега. Обычно обогревать ендовы по всей длине не имеет смысла, потому что место скопления снега находится в нижней половине ендовы либо даже в нижней трети по длине.

III. Водосточные трубы.

Вертикальные водосточные трубы являются более напряженными элементом в системе снеготаяния. Это разъясняется тем, что трубы совсем лишены паразитного обогрева, отлично обдуваются ветром и, не считая того, талая вода, по мере продвижения вниз, теряет припас тепла. Обычно замерзание водостоков начинается конкретно с труб. Создадим оценку мощности обогрева для стандартной трубы на теплой крыше (Рис. 10):
Qm – массовый расход воздуха (при конвективном течении) кг/с
Qm = pSv, где р – плотность воздуха, S – сечение трубы, v – скорость конвективного течения.

,
g = 9,8м/с2 – ускорение свободного падения.

Формулу для а просто получить, если вспомнить, что выталкивающая сила:
,
другими словами изменению плотности нагретого воздуха.

Тогда:
,

и окончательная формула:
– полная мощность, нужная для поддержания конвективного потока при данном перепаде. Принимая для оценки
р = 1,3 кг/м3
d = 150 мм (S = 0,018 м2)
T =10К
Т = 273 К
h = 25м

Получаем Р = 700 Вт либо удельная мощность на метр трубы: р = 30 Вт/м Заметим, что данная величина получена без учета теплопотерь через боковые стены. Утраты через боковые стены по порядку величины:


где Sбок. пов.- боковая поверхность трубы,
н – коэффициент теплопотери для внешних поверхностей, взятый из СНиПа. При наших параметрах эти величина составляет уже около 1350 Вт либо 54 Вт на каждый метр трубы.

Из приобретенных данных видно, что уже для теплых крыш поддержание водосточных труб в незамерзающем состоянии представляет делему. Величины удельной мощности мы оценивали в среднем, но, условия по высоте неравномерны и более напряженным местом трубы является ее нижняя часть. Опыт также указывает, что, обычно, замерзание труб начинается снизу. Исходя из этих суждений, предложено и интенсивно употребляется в Рф последующее решение. Изготовляется гильза из кровельного железа длиной 0,5 м, на которую с шагом 5 см намотана петля кабеля, заложенного в трубу. Гильза устанавливается в прямолинейном участке понизу. (Рис. 11). Не считая этого полезно сделать постоянную либо съемную заглушку, ограничивающую сечение трубы и уменьшающую тем
самым конвективный унос тепла ввысь (Рис. 12). Сочетание этих 2-ух мер, как указывает опыт, делает работу труб намного эффективней. Разглядим сейчас аварийную ситуацию, когда по любым причинам лед в трубе уже появился. (Временное отключение электроэнергии, по ошибке выключенная система снеготаяния и т.д.). Условия работы системы снеготаяния в данном случае усугубляются тем обстоятельством, что лед имеет очень неплохую теплопроводимость = 2,3 Вт/м К и интенсивно отводить тепло от поверхности кабеля.

Постановка задачки при это последующая (Рис. 13):
Р – линейный источник тепла, Вт/м
2а – поперечник кабеля
2R – поперечник трубы, заполненной льдом
Тo – температура внешнего воздуха.
Из независимости термического потока в предположении нескончаемой длины по оси
следует отлично известное решение: (см. к примеру [2])
,
где Т – температура поверхности кабеля,
– удельная теплопроводимость льда.

Считая, что для таяния нужно, чтоб Т = 0oС (это не совершенно так), и добавляя перепад температуры меж наружной стеной трубы и внешним воздухом, определяемый коэффициентом теплопотери н = 23 Вт/м2К, получаем совсем выражение для критичной температуры внешнего воздуха, при котором еще может быть таяние на поверхности кабели и система может без помощи других стартовать.

На рис. 14 приведены графики этой зависимости (как параметр задается удельная мощность кабеля Р, Вт/м). Видно, что для обыденного кабеля, мощностью 18-20 Вт/м и труб обычно применяемого поперечника способности старта системы из аварийного состояния ограничиваются -6oС -7oС. То, что употребляется не одна, а две либо больше нитей кабеля для данной ситуации несущественно и фактически не меняет критичную температуру.

Из рассмотрения приобретенных данных следует несколько увлекательных выводов. Если
мы желаем обеспечить надежную работу системы для «обыденных» крыш, то должны прирастить удельную мощность кабеля до 30-35 Вт/м при стандартной конструкции системы снеготаяния. Если же мы желаем достигнуть такого же результата при применяемых на данный момент кабелях 18-20 Вт/м, то нужно значительно поменять конструкцию системы водослива.

Зададимся вопросом: для чего в зимнее время держать свободным ото льда сечение трубы поперечником 150-200 мм, рассчитанное на слив потока воды от летних ливней? Зимние потоки неизмеримо меньше и для их отвода полностью довольно трубы сечением 20-30 мм. Если же подставить такое значение поперечника в наши оценочные формулы, ситуация с критичными параметрами системы снеготаяния изменяется коренным образом. К примеру, величина мощности, нужная для поддержания конвективного потока из рассмотренного ранее примера при подмене поперечника 150 мм на 30 мм будет составлять 28 Вт, другими словами 1,1 Вт/м, а оценка утрат через боковую поверхность будет: 270 Вт либо около 10 Вт/м. Такие характеристики просто обеспечить «обыденным» кабелем. Не считая того, критичная температура старта системы при 20 Вт/м растет до -20oС, что довольно, фактически, для хоть какой крыши. Конструкцию, основанную на этой идее, окрестили «зимняя труба». Рис. 15. Две подобные системы смонтированы и удачно отработали первую зиму. Главные трудности при монтаже «зимней трубы» связаны с согласованием потоков воды для «зимней» и обыкновенной труб и угрозой засорения тонких «зимних» труб. Но, эти трудности не имеют принципного нрава.

Очередной сдерживающий фактор – не традиционность решения, что вызывает недоверие к таковой системе со стороны заказчиков. Кстати, о засорении труб.

Основной неприятностью для систем снеготаяния является засорение листьями и семенами деревьев. Наблюдалось несколько случаев выхода из строя в итоге перегрева нагревательных кабелей в желобах и горизонтальных участках водосточных труб, заполненных листьями и сосновыми иголками. Методы борьбы с схожим злом:
- закрывание кабельных дорожек железным листом
- внедрение в трубах саморегулирующегося кабеля
- повторяющаяся прочистка водостоков после осенних листопадов

IV. Несколько замечаний об применяемом оборудовании.

Беря во внимание все выше произнесенное, выясняется, что в текущее время нет подходящего универсального типа кабеля для установки на крышах.
- кабель типа DSOT, который начал поставляться годом ранее, не подходит для открытой установки по пожарным суждениям.
- кабели DTIP-18 и DSIG20 не обеспечивают нужной мощности.
- кабель DSVG в текущее время снят с производства.

В эталоне хотелось бы иметь кабель с самозатухающей (по последней мере!) наружной оболочкой, стойкой к солнечному ультрафиолету и наружным условиям, позволяющий получать погонную мощность 30-35 Вт/м.

И компания Деви выпустила линейку нагревательных кабелей соотвествущих этим требованиям, это нагревательные кабеля DTCE-20 и DTCE-30 на 220Вт. и на 380 Вт.

Вопрос о широком использовании саморегулирующегося кабеля просит специального рассмотрения. Не считая высочайшей цены этого кабеля есть сомнения в его работоспособности при низких температурах. С другой стороны в Рф есть и положительные примеры использования саморегулирующегося кабеля (компании Raychem) в системах снеготаяния на крышах. (Большой Кремлевский Дворец) Система управления на основеdevireg-610 не считая высочайшей цены вызывает ряд приреканий:
- наблюдаются достаточно нередкие выходы из строя датчиков влажности и температуры
- для критерий русской зимы недостающая мощность системы обогрева датчика, (таяние снега на датчике влажности происходит при температурах не ниже -5oС)
- не считая того неудачна форма датчика и советы по его расположению на крыше.

Сам процессорный блок довольно надежен и к его работе замечаний фактически нет.
В целом можно сказать, что благодаря полученному опыту надежность работы систем снеготаяния на крышах существенно возросла по сопоставлению с первыми установками. Появились аспекты оценки характеристик кабельных систем, нужных для обеспечения работы на данной крыше. Ряд проблем, которые остались и которые все таки пока делают проектирование системы снеготаяния на крыше быстрее искусством, чем ремеслом, обоснованы беспристрастной сложностью данного объекта.

Вопрос с терморегулятором тоже решен это красивый и превосходный терморегулятор Devireg-850-3 c набором датчиков для грунта и крыши
Системы снеготаяния для крыш. Выводы.

Системы кабельного подогрева, устанавливаемые на крышах, являются более сложными исходя из убеждений проектирования и оценки их главных характеристик. Тому есть несколько обстоятельств.

1. Во-1-х, существует довольно много видов конструкций крыш и еще более схем их выполнения, что делает различные условия работы кабельной системы на таких крышах.
2. Условия работы кабеля и, а именно, теплоотвод с его поверхности, находится в зависимости от погодных причин, наличия снега, льда либо воды в элементах водоотводной системы и, потому, подвержены сильным изменениям в течение рабочего сезона.
3. Очень нередко нереально получить беспристрастную информацию о теплотехнических параметрах конструкции крыши.
4. Фактически всегда отсутствуют наблюдательные данные о поведении кровли зимой, наличии наледей, местах их большего скопления, температурных критериях начала обмерзания водостоков и т.д..
Таким макаром, при проектировании систем снеготаяния для крыш фактически всегда требуется выезд на объект, тщательное обследование и обмер конструктивных частей кровли.

Статья «Системы снеготаяния (по материалам компании «DEVI»)»

Аналогичные записи: Вы можете оставить комментарий, или ссылку на Ваш сайт.

Оставить комментарий

Вы должны быть авторизованы, чтобы разместить комментарий.