Технические решения снеготаяния и антиобледенения

В современном строительстве подогрев кровли рассматривается не только как часть вопроса ресурсо- и энергосбережения, снижения эксплуатационных затрат и увеличения срока службы здания, но и как часть архитектуры. С одной стороны, жилые и офисные здания стремительно устремились ввысь, а с другой – постепенно в городском строительстве все большее распространение получают объекты с плоскими эксплуатируемыми кровлями с внутренней ливневой канализацией. Иногда на такие кровли выносится технический этаж, делаются смотровые, вертолетные площадки для службы МЧС, обустраиваются зоны отдыха. 

Масштабы городского строительства в подобном архитектурном стиле приобретают массовый характер, и сразу встает вопрос об эксплуатации данных кровель в зимний период. Задуваемый ветром снег скапливается во всех проблемных местах, образуются сугробы и наледь, что очень затрудняет эксплуатацию кровли. Утилизация снега с эксплуатируемой кровли представляет большую проблему, поскольку механическая очистка снега влечет за собой сброс его на землю, а это недопустимо.

В то же время за городом возводится множество коммерческих и промышленных объектов, огромные площади кровли которых также требуют особого подхода, так как неквалифицированный рабочий с лопатой способен быстро привести в негодность даже самую дорогостоящую мягкую кровлю, отремонтировать которую будет стоить владельцу здания огромных средств.

Сегодня многим известны кабельные (электрические) системы подогрева кровли различных производителей, достаточно хорошо себя зарекомендовавшие. Тем не менее напомним, что система антиобледенения представляет собой сложную электротехническую систему, предназначенную для защиты в зимнее время крыш и водосточной системы от снега и наледи. 

Наибольшее распространение данная технология получила в настоящее время на скатных кровлях, где ее применение особенно актуально в роли защиты людей и фасадов зданий от риска падения вниз ледяных и снежных глыб. Но не менее активно используется она и на плоских крышах. При этом для каждого объекта система обледенения проектируется индивидуально.

Система снеготаяния по принципу «теплый пол»

В отличие от технологии кабельного обогрева система «теплый пол» на кровле – явление совершенно новое. Принцип работы системы прост: в кровельный «пирог» закладывают трубы, в которые закачивают антифриз. Подогрев системы может происходить от разных источников: от центральной системы отопления или от автономной системы. 

Недостаток такой системы – создание дополнительной нагрузки на кровлю и коммуникации. Кроме того, существует риск, что трубы могут потечь. 

Главная задача системы антиобледенения – обеспечить отвод талой воды. На крышах с внешней системой водоотвода прогреваются площадка вокруг парапета и водосток целиком.

Типовое решение кабельного обогрева для плоской кровли с внутренним водостоком представляет собой систему нагревательных кабелей, которые обеспечивают непрерывный сток воды. Нагревательный кабель должен быть уложен по всему периметру и в сточных гранях плоской крыши. В зависимости от общей схемы укладки кабеля рекомендуется также предусмотреть обогрев участков примыканий кровли к вертикальным стенам, поскольку там создаются условия для накопления снега и образования протечек.

Как и на всякой другой кровле, на плоских крышах кабель устанавливается в местах наибольшей концентрации талых и дождевых вод – в районе водосточных воронок. Возможно применение обогреваемых воронок. Это готовые изделия мощностью 50 Вт, встраиваемые в водоприемные воронки. В других случаях проходимость воронок обеспечивается пропусканием в них петли кабеля до теплой зоны.

Единственная проблема в применении данной системы может возникнуть из-за недостатка мощностей для ее работы на кровлях больших площадей (в среднем требуется порядка 300-400 Вт тепла на 1 м2). Применение системы обогрева только вокруг водосточных воронок снижает мощность, потребляемую системой. Однако следует учитывать, что в таком случае сохраняется необходимость механической уборки снега в снежные зимы, так как на остальной площади кровли он все равно скапливается.

Еще одна трудность – подведение электрического питания, поскольку система, как правило, устанавливается на крыши, изначально на нее не рассчитанные. Для этого выполняется внешняя проводка по крыше, которая закладывается в гофрированные трубы или кабель-каналы. 

 При устройстве подогрева «дышащих» кровель (см. рис. 4) трубы системы снеготаяния укладываются на слой минераловатной теплоизоляции, в цементно-песчаную стяжку. Немаловажным моментом при устройстве подогреваемых кровель такого типа является создание уклонов, которые принимаются в соответствии с нормами проектирования зданий и сооружений. Как правило, уклон составляет от 2 до 10 % .
 

В инверсионных кровлях на стяжку, выполненную на бетонном перекрытии и создающую необходимые уклоны, настилается гидроизолирующий ковер. Поверх гидроизоляции плотно друг к другу укладываются полистирольные плиты теплоизоляции с торцевым ступенчатым исполнением и фильтрующий слой из синтетических волокон (геотекстиль). Для неэксплуатируемых кровель по геотекстилю устраивается пригрузочный слой из гравия толщиной не менее 50 мм. В этом слое и укладываются трубопроводы системы снеготаяния.

На эксплуатируемых кровлях помимо обогрева водосточной системы возможна укладка кабеля под плитку, в бетонно-песчаную стяжку. При этом, чтобы не повредить кабель при его закладке, необходимо соблюдать особую осторожность. Нагревательный кабель после укладки засыпается тонким слоем песка (20–30 мм), на который в дальнейшем укладывают тротуарную плитку. Толщина плитки обычно составляет 60–100 мм. Поскольку общая толщина слоя над кабелем достигает 100–130 мм, для более эффективной работы системы снеготаяния желательно увеличивать установочную мощность на 10–15 %. 

Это решение имеет свои достоинства и недостатки, основным из которых является высокая потребляемая мощность всей системы. Так как часть выделяемой энергии поглощается плиткой и стяжкой, а на больших высотах еще и «сдувается» ветром, при расчете кабельной системы закладывается большая мощность, чем обычно. Выделяемая им мощность выбирается из расчета не менее 400 Вт/м2. 

На крышах многоэтажных зданий и вертолетных площадках меньшая выделяемая мощность кабеля приведет к тому, что по всей площади кровли может образоваться «ледяной каток». Если средняя площадь кровли около 2000 м2, легко рассчитать, что общая потребляемая мощность составит не менее 800 кВт. Такого запаса нет ни у одного здания. Работа метеостанций в таких условиях ожидаемого результата не даст. Можно включать систему секционно и поочередно, но эффективность работы системы будет очень низкой.

В стяжку рекомендуется закладывать резистивный кабель, поскольку у него нет свойства «старения матрицы» и он имеет небольшие пусковые токи (необходимы значительные дополнительные мощности). Перед монтажом кровельного покрытия все ветки кабеля «прозванивают» поскольку потом для его замены площадку придется вскрывать. 

Как и в случае с кабельной системой подогрева в качестве пригрузочного, защитного и одновременно эксплуатационного, слоя на эксплуатируемой кровле с системой подогрева «теплый пол» используется настил из тротуарных или керамических плит. Подогрев кровли (трубы контуров системы снеготаяния) монтируются в слое песчано-гравийной (песчаной, цементо-песчаной и т.п.) засыпки толщиной не менее 30 мм.

При использовании плоской кровли для стоянки (проезда) транспорта или для вертолетных площадок особое значение приобретают вопросы устойчивости к нагрузкам и долговечности тепло- и гидроизоляционных слоев. Поэтому, как правило, применяют экструзионный (дорожный) полистирол (слой теплоизоляции), поверх которого дополнительно укладывают технологический гидроизоляционный слой (например, полиэтиленовую пленку).

Экспериментальная система с устройством снегоплавилен
 

Как один из вариантов организации системы обогрева вертолетных площадок и эксплуатируемых кровель на высотных зданиях, компания «Вам-элит» разработала оригинальное решение с устройством снегоплавилен на основе воздуховодов. Ее суть проста. Специальные теплосьемники монтируются в вентиляционных шахтах. Теплый воздух, выходящий из вытяжной вентиляции в вентиляционную шахту, преобразуется и равномерно распределяется по контурам, проложенным по всей площади эксплуатируемой кровли. Контуры представляют собой специальные трубы, по которым циркулирует жидкий теплоноситель. Температура циркулирующей жидкости позволяет поддерживать поверхность кровли в определенном температурном диапазоне и не дает задерживаться на кровле снегу и наледи. Недостаток такой системы – низкий КПД работы, что вызывает у скептиков насмешку. Однако это тепло из «воздуха». Потребляемая системой мощность соизмерима с работой двух электрических чайников.