Система снеготаяния и антиобледенения

Система снеготаяния предназначена для предотвращения накопления снега и льда на различных поверхностях: лестницы, дороги, тротуары, крыши, водостоки.

Существует два основных типа систем снеготаяния: электрические и жидкостные, каждая из которых имеет свои особенности, преимущества и недостатки.

При выборе системы снеготаяния важно учитывать такие факторы, как мощность, климатические условия, тип поверхности и бюджет. Правильный выбор системы поможет обеспечить безопасность и комфорт в зимний период, а также продлить срок службы покрытий.

Электрические системы снеготаянияиспользуют греющие кабели или маты, которые устанавливаются под поверхностью. Они обеспечивают быстрый и эффективный нагрев, что позволяет быстро растопить снег и лед. Главное преимущество электрических систем снеготаяния – это гибкость решений и простота установки. Однако они могут потреблять значительное количество электроэнергии, что требует наличия достаточной электрической мощности и может привести к высоким затратам на электроэнергию в зимний период.

Электрические системы снеготаяния используются, как правило, для обогрева небольших по площади или криволинейных поверхностей: водостоков, желобов, оконечности крыш, ступеней входных групп.





>Нагрузка на систему снеготаяния составляет 200-300 Вт/кв.м. И, если речь идёт о площади снеготаяния более 30кв.м, где взять такую электрическую мощность?!

Для больших систем снеготаяния используется жидкостная система.



Жидкостная система снеготаяния работает на основе циркуляции нагретого теплоносителя (антифриза) через трубы, расположенные под поверхностью. В этом и кроются основные преимущества и недостатки жидкостных (гидронных) систем снеготаяния.

Преимущества жидкостных (водяных) систем снеготаяния

Жидкостная система снеготаяния может быть подключена к существующим системам отопления, использовать резерв запроектированной отопительной мощности, тепло промышленных процессом, а также восстанавливаемых ресурсов (солнечные коллекторы, тепловые насосы, котлы на биомассе и отработанном топливе и т.п.), что делает их более экономичными в эксплуатации.

Жидкостные системы снеготаяния используются на больших площадях:

• пешеходные дорожки, внутренние дворы, атриумы;
• автостоянки жилых и торговых комплексов, бизнес-центров, медицинских и детских учреждений, таун-хаусов и коттеджей;
• места погрузки-выгрузки, подъезда, стоянки автотранспорта промышленных предприятий и торговых центров;
• стадионы, спортивные площадки;
• взлетно-посадочные полосы и вертолетные площадки;
• плоские и эксплуатируемые кровли



Минусы водяной системы снеготаяния:

• требует проектирования и грамотного расчета гидравлики и оборудования
• более сложная в установке и обслуживании, чем электрическая система
• применение на малых площадях, тонких или криволинейных поверхностях экономически и технически не целесообразно
Жидкостная система снеготаяния состоит из трубопроводов, насосного или теплообменного узла, распределительных коллекторов, незамерзающего теплоносителя и автоматики управления.

Трубы для системы снеготаяния

В современных системах снеготаяния и подогрева грунта используются трубы из термопластов. Сегодня широко применяются трубы PERT. Которые устойчивы к ультрафиолету, имеют длительный срок службы, выдерживают большие колебания температур и давлений, обладают небольшим линейным удлинением при нагреве.
В зависимости от площади системы применяются трубы диаметром 16, 20, 25 (26) или 32
мм. Трубы диаметром 20мм применяются для систем снеготаяния до 300м². Для систем большей площади рекомендуются трубы 25 (26)мм. Труба диаметром 32мм применяется при необходимости укладки длинных контуров системы снеготаяния, на больших площадях, либо при повышенных требованиях к отопительной нагрузке на систему.

В случае, если требуется обеспечить маленький радиус изгиба трубы, например система снеготаяния на ступеньках, а также для небольших площадей 20-30м², можно применять трубу диаметром 16мм.

Гидравлика -важнейший показатель при расчете контуров системы снеготаяния. Неверный гидравлический или теплотехнический расчет может привести не просто к плохой работе системы снеготаяния, а к полному отсутствию результата.

Рекомендуемые длины контуров системы снеготаяния и правил расчета приведены в кратком руководстве по проектированию системы снеготаяния. 



В качестве теплоносителя в жидкостных системах снеготаяния используются незамерзающие жидкости на основе этилен- или пропиленгликоля. Температуру замерзания теплоносителя выбирают исходя из минимальных температур климатической зоны, рекомендованных строительными нормами и правилами. Следует помнить, что чем выше концентрация незамерзающей жидкости, тем меньше тепловая эффективность греющего контура: ниже теплоемкость теплоносителя (меньше способность переноса тепла), выше вязкость, как следствие, снижается производительность циркуляционного насоса.

Теплообменный узел является сердцем жидкостной системы снеготаяния



Теплообменные узлы с теплообменниками применяются для разделения теплоносителей, а также для понижения температуры теплоносителя, поступающего от источника теплоснабжения до настроечного значения, и подачи теплоносителя потребителю. Т.е. в теплообменном узле теплоносители с разных сторон не смешиваются, а только обмениваются теплом, находясь по разные стороны пластин.
Теплообменный узел часто применяется отбора и использования вторичного тепла от различных технологических процессов (например, от испарителей холодильных агрегатов, рубашек охлаждения двигателей или машин).

Для использования по назначению требуется производить расчет параметров теплообменника (температуры и перепад температур на первичном и вторичном контурах), подбор циркуляционного насоса, характеристик запорной арматуры и трубопроводов с учётом отопительной нагрузки и для конкретной системы, в которой применяется изделие.

Компания ABC-ELEMENTS (АБЦ-ЭЛЕМЕНТС) производит линейку готовых теплообменных узлов серии «Е» под определенные условия применения. Характеристики и условия применения теплообменных узлов приведены в технической документации.

Главная особенность АВС-теплообменных узлов – они компактны (глубиной всего 120 мм) и помещаются в стандартный шкаф оборудования для водоснабжения и отопления. При изменении мощности теплообменного узла его компоновка не меняется, а лишь незначительно изменяется высота узла за счет разного количества пластин теплообменника. Такая компоновка значительно упрощает подбор теплообменника, его замену и обслуживание.




Поддержание заданной температуры теплоносителя в системе снеготаяния (вторичный контур) осуществляется за счет управления термостатическим клапаном на первичном контуре. Кроме того, такая компоновка значительно проще, надежнее, не требует использования в схеме двух- или трехходовых клапанов, специализированной и дорогой автоматики по управлению такими клапанами.

Управление системой снеготаяния

Системы снеготаяния активируются при определенных условиях, таких как отрицательные температуры и наличие влаги (снега, льда). Датчики, установленные в системе, определяют, когда необходимо включить обогрев, что позволяет экономить энергию и снижать эксплуатационные расходы.

В качестве системы автоматизации используется готовый контроллер системы снеготаяния.

Основное назначение контроллера – автоматическое включение системы снеготаяния и энергосбережение. Экономия при автоматизированном управлении системой снеготаяния составляет 70% и более по сравнению с системой, работающей в ручном режиме.

Принцип работы автоматики снеготаяния.

Датчик температуры и влажности устанавливается в месте наибольшей вероятности образования снега. При этом система может работать в следующих режимах:
-только при попадании снега и срабатывании датчика влажности (сигнал «снег идет», температурный режим заблокирован);
-только при срабатывании «температура в назначенном диапазоне» (датчик влажности заблокирован); при срабатывании двух сигналов одновременно «снег идет» и «температура в назначенном диапазоне» (от +2ºС до -5ºС);
- «принудительный запуск системы с таймером» (блокируются все датчики, система выключается через 1-6 часов в зависимости от установки таймера).




При срабатывании датчика «наличие снега», если температура наружного воздуха находится в заданном (на контроллере) диапазоне, включается система снеготаяния: в жидкостных системах замыкается выходное реле и подается питание на насос и/или двух-, трехходовой клапаны.

Какие коллекторы используются в системе снеготаяния?

Для небольших площадей и труб диаметром 16 и 20 мм используются те же самые коллекторы, что и для стандартной системы водяных теплых полов, только без расходомеров и, как правило, без термостатических клапанов.
Если есть возможность сделать все контуры одинаковой длины, то можно установить коллекторы без балансировочных клапанов – это дополнительно удешевит систему.



Автоматика системы снеготаяния и теплообменные узлы устанавливаются внутри помещений, т.к. не предназначены для работы при низких температурах и высокой влажности.

Коллекторы системы снеготаяния монтируются обычно вблизи зон системы снеготаяния, которые они обслуживают,  либо устанавливаются внутри помещения, если системы снеготаяния прилегают к зданию (подъездные или пешеходные дорожки, периметр здания, погрузочно-разгрузочные площадки и т.п.).

Для труб диаметром 25 (26) и 32 мм используются коллекторы из труб большого диаметра (50, 75, 110 мм и более) с отводами на расстоянии 0,5м.
В данных коллекторах нет балансировочных клапанов, поэтому гидравлический расчет производится по особой методике.




Конструкция «пирогов» жидкостной системы снеготаяния

Толщина слоя над трубами должна быть максимально возможной в соответствии с эксплуатационными характеристиками покрытия. 150-200 мм - максимальная глубина укладки трубы. Оптимальная толщина покрытия над трубой - 50-100 мм.

В качестве дренажной системы используется та же система, что и в летнее время для дождевых стоков. Для бетонных и асфальтовых систем - это уклоны поверхности и ливневые стоки, для системы с тротуарной плиткой и газонами - ливневые стоки и дренаж из гравия.

Система снеготаяния на площадях с тротуарной плиткой

Трубы укладываются в слой песка под тротуарной плиткой.


Рис. 4. Система снеготаяния на площадях с тротуарной плиткой

  Система снеготаяния для бетонных поверхностей

Система идентичная ”бетонной” напольной системе отопления. Трубы крепятся
к арматурной сетке с помощью пластиковых хомутов, либо при монтаже используются пластмассовые рельсы. Желательно обеспечить минимально возможный слой бетона над трубами 30-40 мм. Система должна находится под давлением до окончания работ по укладке бетона.


Рис. 5. Система снеготаяния для бетонных поверхностей

Система снеготаяния для асфальтированных поверхностей

При монтаже труб используются пластмассовые рельсы. Максимальная температура асфальта при укладке +120^оС.

Во время укладки асфальта необходимо обеспечить циркуляцию холодной (20-25^оС) воды в трубах. Система должна находится под давлением до окончания работ по укладке асфальта. При укладке асфальта техникой, труба не должна нести нагрузки, для этого используется специальная арматура.


Рис. 6. Система снеготаяния для асфальтированных поверхностей


Система снеготаяния для газонов и поверхностей с травяным покрытием

Трубы укладываются в слой земли. При монтаже труб используются пластмассовые рельсы. Допускается использование арматурной сетки и хомутов для крепежа трубы при монтаже. Желательно обеспечить минимально возможный (защитный) слой земли над трубами - 30-40 мм. Система должна находится под давлением до окончания работ по укладке земли/дёрна.

Рис. 7. Система снеготаяния для поверхностей с травяным покрытием



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 архитектурная задача. Большое распространение получают здания с плоскими эксплуатируемыми кровлями, с обустройством на них зон отдыха, смотровых площадок, садов, стоянок автотранспорта и т.п. Очень часто в устройстве подогреваемой кровли заинтересованы сами инвесторы-застройщики для создания большей инвестиционной привлекательности своих объектов и снижения сроков окупаемости инвестиций.

Конструктивно система подогрева кровли аналогичны устройству, подключению и принципу действия жидкостных систем снеготаяния. Отличия только в устройстве непосредственно «пирога» кровли с подогревом, исходя из назначения и конструктивных особенностей (более детально см. краткое руководство систем снеготаяния):


-«Дышащие» кровли из наплавляемых рулонных материалов
- Инверсионные кровли с гравийной засыпкой
- Кровля для пешеходов
- Кровля с озеленением
- Кровля, доступная транспорту
- Наклонные (скатные) кровли




Какие эксплуатационные затраты систем снеготаяния?
 
Процесс снеготаяния можно разделить на две стадии: нагрев снега до 0ºС и перевод снега в жидкое состояние (плавление снега).

Энергия, необходимая для нагрева снега до нуля градусов:
Qv =0,578 x S x (0-Ts)

где:
S - интенсивность снегопада (мм водяного столба в час)
TS - температура снега (ºC)
Например, для нагрева 5 мм водяного столба осадков от -20ºС до 0ºС потребуется:
QV =0,578*5*(0-(-20))=57,8 Вт/час на 1 м²

Перевод снега в жидкое состояние:
Qm = 92,5 x S

где:
92,5 - скрытая теплота плавления льда

Т.о., для плавления 5 мм водяного столба снега понадобится тепловая мощность:
QM =92,5*5= 462,5 Вт/час м²

На выбор необходимой мощности системы снеготаяния на 1 кв.м влияет большое количество факторов: интенсивность снегопада, положение площадки относительно розы ветров, скорость ветра, температура воздуха, инерционность системы (зависит от типа греющей панели, толщины и типа верхнего нагреваемого слоя) и т.п.

В построении такой сложной системы расчетов, а затем и системы управления, основанных на всех этих факторах, нет необходимости. На практике (для нормальных условий) пользуется значением:
расчетная мощность системы снеготаяния составляет 200-300 Вт/час м² Т.о. для площадки площадью 30м² (стоянка машин у дома) нагрузка на систему составит 6-9кВт/час. Если есть такая свободная пиковая электрическая мощность, то можно применять электрические кабельные системы снеготаяния.

А что с годовым потреблением системы снеготаяния?

Для нагрева и таяния снежного покрова толщиной 5 мм водяного столба от -20ºС до 0ºС необходимо, приблизительно, 0,5 кВт энергии. 
Плотность свежевыпавшего снега составляет 0,05 г/см³, во время метели же плотность снега может доходить до 0,12..0,18 г/см³.

Для нагрева 1 кв.м бетонной плиты толщиной 50 мм (теплоёмкость бетона 840 Дж/кг*С; плотность
бетона 2400 кг/м3) от -10ºС до +5ºС потребуется 420 Вт/час тепла.

При годовой норме выпадения осадков 600 мм/год приблизительно 1/3 выпадает в виде снега (200 мм), а система снеготаяния включается (в среднем) 50* раз за зиму.

При отсутствии теплоизоляции (см. ниже типовые конструкции систем) около 10% составляют потери тепла в землю.
Т.о. для того, чтобы убрать снег с 1 квадратного метра необходимо прямых затрат энергии около
45* кВт/год кв.м:

(0.5кВт*(200мм/5мм)+0.42кВт*50раз)*1.1= 45

Т.е. годовые затраты на систему снеготаяния площадки 30 м² составят 1350 кВт/год.

*Все расчеты сделаны при условии установки автоматики (контроллера управления системы
снеготаяния).

При непрерывной работе (в ручном режиме, без автоматики) системы снеготаяния требуется
отопительная нагрузка до 200 кВт/ кв.м год и более. Т.е. для площадки 30 м2 годовые затраты
составят около 6000 кВт (!).

Сегодня для обогрева плоских кровель применяется фольгированная система (детали см. описание системы «теплый пол без стяжки»). Она обладает малым весом, хорошей теплоизоляцией, но быстрой и эффективной теплоотдачей, легко монтируется, не требует обслуживания.

Системы снеготаяния находят широкое применение в строительстве и эксплуатации зданий, особенно в регионах с холодным климатом. Они помогают предотвратить накопление снега и льда, что снижает риск повреждений и обеспечивает безопасность на дорогах и тротуарах.
Но расчет и подбор оборудования, выбор конкретной схемы и технического решения целиком зависит от назначения и площади системы снеготаяния.