Накопление снега и льда на крышах зданий, ступенях, тротуарах, дорогах и т.д. становится причиной их постепенного разрушения и часто приводит к травмированию людей. Иногда механически устранить такую проблему чрезвычайно сложно, поэтому для ее решения лучше использовать автоматические системы антиобледенения и снеготаяния
Система антиобледенения и снеготаяния (САС) – это комплекс оборудования для преобразования электрической энергии в тепловую и для обеспечения свободного отвода талой воды, а также для исключения образования слоя льда на определенной поверхности.
В Украине данная технология только начинает приобретать популярность. Но на рынке уже имеется множество предложений производителей, таких как Nexans, DEVI и др. Изготовлением нагревательных кабелей для САС занимается и отечественный производитель «Одескабель».
В состав системы антиобледенения и снеготаяния входят следующие компоненты:
- Нагревательный кабель.
- Монтажный, или «холодный» кабель – используется для подключения системы к электросети, при этом не нагревается.
- Соединительная муфта – герметичное электромеханическое соединение нагревательного и монтажного кабеля.
- Концевая муфта (для двужильного кабеля).
- Блок питания (используется редко).
- Устройство защитного отключения.
- Терморегуляторы.
- Самые важные компоненты в САС – нагревательные кабели и терморегуляторы. Их характеристики непосредственно влияют на энергоэффективность САС в целом.
Виды нагревательных кабелей
Нагревательный кабель (НК) – основа системы антиобледенения и снеготаяния. Если у обычного электрического провода главная задача - это минимизация потерь энергии из-за сопротивления проводника току, то в нагревательном кабеле – наоборот.
Условия использования нагревательного кабеля для САС довольно жесткие. Например, летом температура на кровле крыши может достигать 80°С, а зимой – опускаться до минус 50°С. Кроме того, НК может использоваться для подогрева дороги, размещаясь под слоем асфальта, температура при укладке которого составляет 165°С. При этом кабель должен сохранить свои диэлектрические и механические качества, учитывая огромное усилие асфальтоукладчика во время прессования дорожного покрытия. Такие нагрузки, к примеру, может выдерживать нагревательный кабель Woks-30.
Внутри нагревательного кабеля может быть одна или две токопроводящие жилы. В двужильном кабеле ток подается в разных направлениях, таким образом, нивелируется электромагнитное излучение. В связи с этим, использование двужильных кабелей более целесообразно там, где могут постоянно пребывать люди. Одножильные кабели чаще всего используют на промышленных объектах, при подогреве тротуаров, дорог, почвы и пр. Кроме того, они обычно дешевле двужильных.
В зависимости от конструкции, различают два основных типа НК: резистивные и саморегулирующиеся.
Резистивный нагревательный кабель имеет одинаковую мощность и уровень теплоотдачи на всех участках по всей его длине. Теплоотдача такого кабеля, по сути, зависит только от силы приложенного к нему тока. В таком случае, если количество снега в том месте, где находится кабель, будет разным, часть энергии может использоваться непродуктивно. Это делает резистивные кабели менее энергоэффективными. Но этот недостаток компенсируется его относительной дешевизной, а также простотой при эксплуатации и монтаже.
В свою очередь, резистивные НК делятся на последовательные и секционные (зональные). Конструкция последовательного кабеля, на примере Woks-23, представлена на рис. 1. Внутри кабеля размещен медный провод в отдельной изоляции, поверх которого проложен металлический плетеный экран, который уменьшает уровень электромагнитного излучения, защищает от механических повреждений, а также выполняет функцию заземления. Наружный слой изоляции защищает кабель от воздействия внешней среды.
Рис. 1. Резистивный кабель Woks-23
Поскольку последовательный резистивный НК не способен регулировать уровень теплоотдачи на отдельных участках, нужно постоянно контролировать его состояние во время эксплуатации. Так, наличие на крыше или в желобе листьев, хвойных иголок и т. д., которые контактируют с кабелем, могут способствовать его перегреву и, впоследствии, перегоранию. При этом, выходит со строя весь кабель. По этой же причине не допускается монтаж кабеля внахлест.
Рис. 2. Секционный (зональный) нагревательный кабель
Строение секционных, или зональных, нагревательных кабелей изображено на рис. 2. Благодаря точечным соединениям нихромового провода с основными жилами, образуется параллельное соединение. Таким образом, перегорание медного проводника в одном месте не приведет к выходу из строя всего кабеля. Однако, эти кабели, все же, не рекомендуется монтировать внахлест, поскольку это приведет к выгораниям их отдельных участков. Также, благодаря параллельному соединению, провод можно нарезать на части нужной длины.
Особенностью саморегулирующегося нагревательного кабеля является способность отдельных его участков выделять разное количество тепла, в зависимости от внешней температуры. Такой эффект достигается благодаря его особенной конструкции, которая изображена на рис. 3. В таком кабеле, две токопроводящие жилы соединены между собой специальной полупроводниковой матрицей. Углеродный материал, из которого она состоит, может изменять величину своего сопротивления, реагируя на изменения температуры внешней среды. Если температура на отдельном участке кабеля увеличивается, тогда растет и сопротивление матрицы, а нагревание самого кабеля уменьшается, и наоборот. Благодаря такой технологии исключается возможность перегорания НК из-за перегрева. Саморегулирующиеся кабели можно монтировать внахлест, а также нарезать на части разной длины. Такие кабели более экономны, хотя их стоимость, как правило, ощутимо выше цены резистивных кабелей.
Рис. 3. Саморегулирующийся нагревательный кабель Woks-SR
Автоматизация управления системой антиобледенения и снеготаяния
Автоматизировать управление САС можно с помощью терморегуляторов. В обычных терморегуляторах имеется двухдиапазонный датчик температуры. Производители рекомендуют устанавливать верхнее значение диапазона на уровне 1,5–3°С, а нижнее, в зависимости от мощности САС, от мину 8°С до минус 15°С. При более низкой температуре таяние снега не происходит, а удельной мощности системы не хватит для обеспечения стабильного отвода талой воды.
Для увеличения энергоэффективности всей системы вместе с датчиком температуры можно использовать датчик влажности. Он реагирует на количество воды (влаги), которая находится на его поверхности, и подает сигнал о необходимости включения или отключения системы. Использование обоих устройств позволяет эффективнее реагировать на изменения метеорологических условий. Также, на рынке представлены комбинированные терморегуляторы, сочетающие в себе функции сразу нескольких датчиков.
На крышах со склонами, ориентированными на разные стороны горизонта, снег накапливается по-разному, и они нагреваются солнечными лучами неодинаково. Чтобы избежать перерасхода энергии, рекомендуется для каждого склона обустраивать отдельную САС с собственным терморегулятором.
Выбор удельной мощности
При расчете параметров для САС исходят из принципа, что чем больше ее удельная мощность, тем надежнее выполняются функции САС. Наиболее целесообразно использовать нагревательный кабель мощностью от 20 до 30 Вт/м.
Если САС устанавливается на крыше здания, то необходимо учитывать уровень ее теплоизоляции. По уровню теплоизоляции различают:
- Холодная крыша – теплоизоляция на высоком уровне, либо помещение под ней не отапливается. Снег начинает таять при внешней температуре не менее –5°С. Удельная мощность системы для такой крыши должна составлять 250-300 Вт/м².
- Теплая крыша– теплоизоляция несколько хуже, либо под ней находится отапливаемое помещение. Снег здесь начинает таять при температуре окружающей среды не менее –10°С. Здесь используется нагревательный кабель удельной мощностью в пределах от 350 до 400 Вт/м².
- Горячая крыша – теплоизоляция на ней отсутствует или она очень неэффективна. Снег здесь начинает таять при внешней температуре ниже –10°С. Сооружать САС на такой крыше до улучшения ее теплоизоляции не рекомендуется, так как даже максимальной мощности системы не хватит, чтобы обеспечить стабильный проток талой воды.
Стоит учесть, что максимальная удельная мощность системы антиобледенения и снеготаяния для крыши составляет 500 Вт/м².
При выборе схемы расположения нагревательного кабеля на крыше здания помимо наклона нужно учитывать особенности ее формы и наличие на ней конструктивных элементов, таких, как мансардные окна, люкарны, ендовы и пр. Также, необходимо обеспечить проток талой воды по всему водостоку. В таблице 1 представлены значения удельной мощности САС с учетом элементов водостока.
Таблица 1. Удельная мощность САС для элементов водостока
Типичная схема расположения нагревательного кабеля на здании изображена на рис. 4.
Рис. 4. Схема расположения нагревательного кабеля САС для здания
Системы антиобледенения и снеготаяния можно использовать для подогрева сложных транспортных развязок, мостов, погрузочно-разгрузочных площадок или тротуаров. В зависимости от места использования, рекомендуется применять следующие значения удельной мощности САС:
- Ступени, изолирование от земли: 230 – 260 Вт/м².
- Не изолированные ступени, тротуары, подъездные пути, дорога, автостоянки – 260-300 Вт/м².
- Погрузочно-разгрузочные площадки, пандусы, рампы: 300 – 330 Вт/м².
- Мосты, эстакады, путепроводы, транспортные развязки: 350 – 400 Вт/м².
Нагревательный кабель для подогрева почвы на спортивных площадках, стадионах или в теплицах должен быть стойким к воздействию кислотно-щелочной среды. Кроме того, чтобы избежать пересушивания почвы, его удельная мощность не должна быть слишком большой: от 18 до 20 Вт/м². Для таких целей производители разрабатывают специальные модели нагревательных кабелей, как, например, Woks-18 от «Одескабель».
Таким образом, чтобы обеспечить эффективное выполнение системой антиобледенения и снеготаяния своих функций нужно учесть множество факторов, а также правильно подобрать все компоненты еще на стадии проектирования САС. Сконструированная должным образом САС позволит избежать повреждений кровли, водостока, разрушения фасадов зданий или дорожного покрытия. САС оберегает от несчастных случаев из-за падения ледяных сосулек и нависшего снега с крыш. Использование нагревательных кабелей высокого качества обеспечит работу такой системы в течение десятков лет, а автоматизированные средства терморегуляции обеспечат ее высокую энергоэффективность.
Більше важливих статей і новин в Telegram-каналі та корисні відео на Youtube-каналі та у TikTok. Долучайтесь!
Переглянуто: 5 888
