Обогрев кровли: как предотвратить обледенение крыши?

В переходное время года от холодного сезона к теплому перед владельцами домов актуален вопрос того, как предотвратить обледенение крыши. До сих пор превалирующим способом считалась уборка вручную. Но метод этот уже устарел. Такая работа трудоемкая и опасная, а результат кратковременный. Есть более современный, безопасный и эффективный способ – обогрев кровли.

Снег и наледь на крыше, сосульки на карнизе, лёд в трубах водостоков – всё это доставляет много проблем. Значительно увеличивается нагрузка на стропильную систему, страдают прохожие, повреждаются архитектурные элементы кровли. Профнастил покрывается ржавчиной; разрушается материал, из которого изготовлены прокладки под крепежными элементами. Когда лед начинает таять естественным путем, кровля протекает.

Причин обледенения несколько:

• Неправильно подобран кровельный материал. Металлы, шифер и черепица больше склонны к образованию ледяных масс, чем мягкие кровельные материалы или листы с полимерным покрытием. На рельефной крыше задерживается больше снега, чем на гладкой, особенно при уклоне меньше 10-15 градусов. Правильно выбранный материал и большой уклон лишь отчасти решают эту проблему, и способ применим лишь для частных домов, но не для типовых городских построек.
• Особенности климата. Погода во многих регионах нашей страны переменчива. Наледь на крыше может образовываться не только по весне, но и в переходный период от осени к зиме и даже теплой зимой.
• Нарушена система водоотвода. Проблем с обледенением кровли было бы меньше, если бы вся влага уходила по водостоку вниз. Неправильно сконструированная система отвода, засоры или повреждения препятствуют этому процессу. Большая часть воды задерживается на карнизе и замерзает, а вместе с ней промерзает и водосток.
• Некачественная теплоизоляция кровли. Утепление кровли изнутри нужно не только для того, чтобы в помещении поддерживался комфортный уровень тепла, но и для того, чтобы не нагревалась поверхность кровли.

Решение проблемы заключается в регулировании температуры поверхности крыши. Она должна быть одинаковой с температурой окружающей среды. Ни один из широко применяемых способов борьбы с сосульками и льдом на крыше не работает таким образом.

Управляющие компании продолжают гонять сотрудников домовой службы с лопатами и страховкой на крыши многоэтажек. Владельцы частных домов взбираются на крыши самостоятельно. И те, и другие рискуют своим здоровьем и используют инструменты, которые портят кровлю. При механическом воздействии лопатой изнашивается поверхность кровельного материала. В поврежденных местах со временем образуются течи.

Существует и альтернативный способ: на корку льда и сосульки кистью наносят химический состав, который «съедает» лёд. И совсем нетипичный для России вариант – использование горячего пара. Бегать по скользкой крыше с кипятком в чайнике вдвойне небезопасно и попросту абсурдно, а профессиональное оборудование стоит запредельно дорого. Единственный эффективный способ предотвратить обледенение домов – обогрев кровли и водостоков.

Преимущества обогрева:

• Система автономна и оснащена защитными механизмами. Она подключается к отдельному УЗО и в случае любой непредвиденной ситуации отключается автоматически.
• Наличие нескольких видов антиобледенительных систем. Они бывают электрическими, водяными и инфракрасными.
• Просто настраивать и регулировать вручную при необходимости.
• Высокая эффективность в борьбе с обледенениями. Прогревается и кровля, и карниз, и водосток, что предотвращает появление сосулек и льда.

• Все элементы системы поддаются ремонту, можно заменять их частично при поломке.
• Увеличивается срок службы кровельного материала. Практически все материалы для обшивки кровли страдают при перепаде температур. Они становятся более хрупкими, быстрее теряют цвет, портится крепежная система, что приводит к протечкам. Обогрев решает все эти проблемы.
• Установка системы не влияет на эстетический облик здания. Её не видно с земли.

Плюсы системы нивелируют недостатки, но, тем не менее, они есть:

• сложный монтаж требует профессионального участия;
• высокая стоимость системы и комплектующих;
• затраты на электроэнергию и другие способы отопления – чем больше площадь крыши, тем дороже будет обходиться эксплуатация системы.

Антиобледенительные системы бывают двух видов: электрические и водяные. Электрические, в свою очередь, делятся на кабельные и инфракрасные.

Система на основе нагревательного кабеля пока является самой распространенной. Её комплектация достаточно проста:

• распределительная сеть;
• блок управления и нагревательные элементы;
• крепежи.

Блок управления – «сердце» системы. Он контролирует все датчики, терморегуляторы и систему аварийного отключения. Датчики определяют уровень осадков и температуру крыши и воздуха. При необходимости они автоматически запускают работу нагревательного кабеля.

Распределительная сеть обеспечивает связь между всеми элементами системы и обеспечивает электропитание кабелей. Это своеобразный проводник от источника энергии к нагревательным элементам. Обогревающий (нагревательный) кабель – это наружная часть системы, которая закреплена на кровле, карнизе, водостоке. Элементы внутри кабеля превращают электрическую энергию в тепловую, происходит таяние снега и льда.

Нагревательный кабель представлен в двух вариантах: резистивный и саморегулирующийся. Резистивный кабель устроен проще и стоит дешевле. У него фиксированная погонная мощность (то есть его способность отдавать тепло на 1 квадратный метр площади поверхности). Для обогрева кровли нужен кабель с мощностью в 20Вт/м при подключении к 220-230В. Число, которое показывает общую мощность на всей площади, должно делиться на 3, максимально допустимое отклонение – 15%.

Виды резистивного кабеля:

• Одножильный. Его функционал ограничен, поэтому цена самая низкая. Внутри него находится только одна металлическая жила, по которой проходит электрический ток. Его необходимо подключать с двух концов. Это означает, что уложив кабель на крыше, его второй конец нужно подвести обратно к блоку управления и свести концы в одной точке. Кабель должен быть цельным, его нельзя разрезать на отдельные фрагменты. При монтаже разветвленной системы каждый кабель нужно вернуть в исходную точку, чтобы система заработала.
• Двужильный. Как уже понятно из названия, проводящих жил в нем не одна, а две. Преимущество такого кабеля в том, что его можно подключать только одним концом. Второй конец, который останется на крыше, закрывается герметичной муфтой. Это значительно упрощает монтаж, хотя и стоит дороже.

Нагревательные жилы резистивного кабеля защищены изоляционным слоем, сверху на нём есть медная оплётка, покрытая наружной оболочкой. Эта многослойность защищает кабель от перегрева и промерзания, влаги, механических повреждений. Для жестких кровельных материалов (профнастил, шифер, черепица) можно использовать кабель в любой оболочке. Для материалов, содержащих битум (рубероид, ондулин, ондувилла, мягкая черепица) – только кабель с оболочкой из фторполимера.

Саморегулирующийся греющий кабель имеет преимущество перед резистивным. Он высокочувствителен к перепадам температуры, может регулировать уровень отдаваемого тепла. В тени он будет нагреваться больше, чем на солнце, в жару – меньше, чем в холод. Это обеспечивает качественное антиобледенение и экономичный электрообогрев, потому что энергия не расходуется впустую. Внутри саморегулирующегося кабеля находятся медные жилы, регулирующая теплоотдачу матрица, защитная оболочка и оплетка, а сверху – универсальная оболочка.

Плюсы кабельного обогрева:

• Гибкость кабеля. Его удобно монтировать с маленьким шагом и можно использовать на кровле любой сложности.
• Устройство максимально защищено от повреждений. Ему не страшны температурные перепады, перегрев, жидкость от талого снега.
• Обогрев работает по мере необходимости, а не в режиме нон-стоп, что экономит расходы на электроэнергию.
• Гарантия и долгий срок службы.

Минусы обогревающего кабеля:

• Самым эффективный вид стоит дорого, а окупается медленно.
• Прокладка кабеля – трудоемкий процесс.
• Повышаются расходы на электроэнергию.
• В случае отключения электричества работать не будет.
• Нельзя применять на большой площади.
• На кабель не должны попадать сухие листья и легко воспламеняющийся мусор. Он не нагревается до такой температуры, чтобы они могли вспыхнуть, но в качестве профилактики от них лучше избавляться.

Для российского рынка инфракрасное тепловое оборудование остается новинкой. Оценить его по достоинству пока сложно, поскольку используют его нечасто, особенно в качестве антиобледенительной системы для кровли. И это большое упущение, потому что ИК-системы во многом превосходят кабельный и водяной обогрев. Основное их отличие – в способе теплового воздействия. Электрическая энергия преображается элементами в инфракрасное излучение, которое по своим свойствам аналогично солнечному свету.

Система состоит из основы, нагревательных элементов, проводников электроэнергии и защитной плёнки. Основа изготавливается из высокопрочного полипропилена и лавсановой подложки. Первый слой – стабилизирующий и защитный, поэтому ИК-обогреватели для кровли не боятся влаги и холода, а второй выполняет роль экранирующей поверхности, чтобы тепло не уходило вниз. Нагревательные элементы выполнены из карбонового волокна. Оно отдает 98% тепла.

Преимущества ИК-систем:

• Максимально высокий КПД и равномерная отдача тепла.
• Простой и более дешевый монтаж, чем у кабельных систем.
• Отрегулировать температуру можно за несколько секунд с точностью до градуса.
• Экономичное обслуживание. Толщина элементов не больше 5 миллиметров, поэтому не требуется электроэнергия на обогрев лишних слоев в конструкции.

• Карбоновые пластины внутри пленки работают как автономные системы. То есть если повредится один участок, на остальные это не повлияет. При поломке резистивного кабеля его придется заменить целиком.
• Для обогрева крыши разработана максимально надежная защита от влаги, это обеспечивает ее долгосрочное использование.
• ИК-подогрев можно устанавливать там, где запрещено тянуть электропроводку.
• Можно защитить инфракрасной пленкой отдельные элементы, например, трубы водопровода. Ик-пленку удобно разрезать на фрагменты, для этого на нее нанесены линии разреза.

Недостатки:

• При всей своей экономичности он все же работает от электричества. Вместе с тарифом растут и расходы.
• Система зависит от перебоев электроэнергии.
• И пленочный, и стержневой ИК-обогрев представляет собой узкий и длинный полипропиленовый прямоугольник, который неудобно монтировать поверх крыши, его нужно устанавливать непосредственно под кровельный материал, что в некоторых случаях сложнее, чем укладывать на поверхность.
• Сложно монтировать на крышу замысловатой архитектурной формы.
• Не получится обогреть трубы водостока.

По принципу действия он напоминает кабельные системы антиобледенения: на (или под) поверхность кровли монтируются трубы, по которым течет горячая вода. Представлен в двух видах: система, которая работает от электрического или газового котла, и комбинированный электроводяной обогрев.

В первом случае вода подается в трубы из отдельного котла, в котором нагревается до нужной температуры, а во втором трубы уже заполнены жидкостью и внутрь вмонтирован резистивный кабель. В котле нет необходимости, трубы подключают к системе управления практически как кабель.

Преимущества водяного обогрева:

• система на газу в десятки раз дешевле в обслуживании, чем электрическая;
• не зависит от перебоев с электричеством;
• она автоматизирована и безопасна;
• срок эксплуатации дольше, чем у других систем

Недостатков у водяного обогрева все же больше:

• сложный монтаж системы;
• трубы более толстые и менее гибкие, чем кабель, поэтому свернуть их с маленьким шагом не получится;
• горячая вода остывает по мере того, как продвигается по трубам через весь периметр кровли, к концу цикла её температуры может оказаться недостаточно для таяния льда;
• при поломке восстановлению не подлежит;
• нельзя допускать промерзания труб, они могут треснуть;
• труднее регулировать уровень тепла, чем при использовании электрообогрева;
• система работает в режиме ожидания – запускать ее нужно до того, как произойдет обледенение, иначе эффективность снижается.

Архитектура современных домов может быть очень замысловатой. Встречаются не только здания с необычными фасадами и планировкой, но и крыши нестандартной формы. Среди возможных вариантов – плоская, односкатная, двускатная, щипцовая, многощипцовая, вальмовая, шатровая, мансардная, купольная, сферическая, фигурная. Встречаются даже вогнутые кровли.

Играет роль и другая классификация: холодные, теплые и горячие крыши.

• «Холодные» крыши – это поверхности с минимальным излучением тепла. Оно наблюдается в домах, где под кровельным пространством не организовано теплых помещений (кладовок, жилых комнат, зон отдыха). Снег тает только с естественным повышением температуры окружающей среды. Холодными крышами обычно бывают такие, под которыми мало свободного пространства. Это асимметричные двускатные, разные виды шипцовых, сложные фигурные кровли. Для них достаточно минимальной мощности обогревательной системы. Подойдет кабельное отопление с использованием резистивного одножильного кабеля до 20 Кв/м. Также неплохим решением может стать водяная система, поскольку ее КПД снижается по ходу цикла и максимальной эффективности не дает.

• «Тёплые» крыши – это поверхности, на которых снег начинает таять при небольшой минусовой температуре из-за теплопотерь. Такое происходит по нескольким причинам: слишком маленький угол уклона ската, плохо смонтирована изоляция, под крышей имеется техническое помещение, дом очень старый, бреши в теплоизоляции образовались естественным образом. «Тёплой» бывает крыша любой формы, но преимущественно это сферические, вальмовые и двускатные крыши, под которыми скапливается тепло. Наиболее эффективны в борьбе со снегом и льдом будет кабельный и ИК-подогрев. При маленькой площади крыши достаточно водяного контура.

• «Горячие» крыши – это поверхности с максимально большими теплопотерями. Нагреваться кровля может из-за неумелого монтажа изоляционной системы, наличия жилого помещения и отопительной системы в мансардном этаже, аварийного состояния кровли. Или она имеет уклон ската не больше 5 градусов.

В качестве жилых помещений обычно используются мансарды под высокими двускатными крышами и кровлями мансардного типа. Минимальный уклон встречается только у плоских крыш. Снег на них тает очень активно, даже если на улице -10 и ниже. Водяной контур для мансардных крыш неэффективен. В качестве антиобледенительной системы лучше использовать саморегулирующийся кабель с мощностью выше 20 Кв/м. Альтернативный вариант – отделка кровли изнутри рулонной ИК-плёнкой. Это одновременно поможет сохранить тепло внутри жилого помещения в мансарде.

Обогрев плоской крыши самый сложный. Помимо того, что снег с ровной поверхности никуда не скатывается и активно тает, некуда сливаться и образующейся жидкости. При минимальном уклоне она просто остается лужей на поверхности кровли, поэтому необходимо обустройство сливных воронок. Воронки тоже нуждаются в обогреве. Система водоотвода может быть двух типов: традиционная с использованием сливных отверстий и гравитационно-вакуумная.

В первом случае вода уходит в сливные отверстия самостоятельно, это происходит медленно и требует хоть какого-то уклона крыши. Во втором жидкость буквально всасывается в сливную систему за счет наличия сифонов.

Для плоской крыши подойдёт ИК-обогрев и комбинированная система. Плёнкой оборачиваются участки труб сливной системы, чтобы не промерзали, а кабель монтируется по поверхности кровли в нескольких местах. Или же трубы и кровля с нижней стороны оборудуются ИК-плёнкой. Мощность системы нужна максимальная.

Монтаж антиобледенительных систем требует подготовки, специальных навыков и строгого соблюдения техники безопасности. Это может оказаться сложнее, чем предполагалось, поэтому работы лучше доверить профессионалам. Если минимальные навыки работы с электрооборудованием уже имеются, систему можно подключить самостоятельно. Монтаж осуществляется в три этапа: расчетная деятельность, подготовка и собственно установка.

Разработка проекта – первое, за что нужно взяться при монтаже обогревательной системы для кровли и прилегающих элементов. Поскольку установка электрооборудования на крышу – потенциально небезопасное усовершенствование жилого помещения, его необходимо зафиксировать на бумаге. При отсутствии проектной документации изменение не будет считаться законным и станет препятствием при попытке продать дом.

Проект разрабатывается пошагово:

• Измерение периметра кровли, определение угла наклона ската и типа крыши. Эти данные понадобятся для определения необходимой мощности и количества материалов.
• Выявление сложных мест, в которых с большой вероятностью будет задерживаться снег.
• Расчёт мощности обогревательной системы, вычисление типа кабеля и его общей длины.
• Выбор комплектующих.
• Нанесение раскладки нагревательных секций на чертеж кровли.

Готовый проект должен содержать информацию о том, как расположены нагревательные элементы на крыше, какова общая мощность системы, где находится УЗО, соблюдены ли требования правил устройства электроустановок и противопожарные меры.

Принципы укладки кабеля:

Здесь важно учитывать уклон ската и тип крыши. На холодной крыше с уклоном не больше 15 градусов достаточно обогрева системы слива и карниза. С увеличением наклона увеличивается и площадь, которую нужно отапливать. По краю карниза змейкой укладывают кабель на высоту до 40 см. Шаг, с которым сворачивается кабель, для одножильных кабелей – 10-15 см, для двужильных – около 30. Нельзя превышать рекомендованное производителем расстояние между зигзагами.

Если крыша теплая и пологая, кабель прокладывается по краю на высоту 30 см, а также по водосточным трубам. Если уклон крыши увеличивается, повышается риск схода наледи, поэтому увеличивается и прогреваемая площадь. Максимально допустимая зона обогрева по ширине для пологой крыши достигает 50 см.

Плоскую крышу отапливают по краю, обогревают систему слива воды. При необходимости прокладывают кабель по центру. Ширина отапливаемой поверхности – 30-40 см. Вокруг сливных воронок кабель укладывается так, чтобы в любую сторону от отверстия он был не короче 50 см. Конец заводят петлей внутрь сливного отверстия до того уровня, где температура воздуха уже плюсовая.

По местам скопления снега. В проблематичных местах кабель монтируется с маленьким шагом, чтобы прогревалась вся поверхность и не оставалось льда. К сложным участкам относятся места, где стыкуются части ската кровли: ендовы и сточные грани, места примыкания ската к вертикальной поверхности. По высоте ендов достаточно проложить кабельную змейку на 2/3 длины. Важно учитывать, что в местах примыкания к стене от нее нужно отступить не меньше 5 см.

Бывает так, что в конструкции крыши отсутствуют элементы слива воды как таковые. Если нет водостока, кабель необходимо зафиксировать по самой кромке кровли методом, который называется «капающая петля» (для уклона от 15-20 градусов) и «капающая грань» (меньше 15 градусов, плоские кровли). Петли монтируются с припуском 50-80 мм с расчетом на то, что талая вода будет стекать на землю по ним.

Если жёлоб есть, то кабель укладывают и над ним, по краю кровли, и в нём. Внутри желоба он должен лежать двумя-тремя параллельными линями, без зигзагов. Конец кабеля должен петлёй уходить в водосток. Также нужно зафиксировать внутри трубы стока обогревательную спираль.

Длина складывается из всех элементов, которые необходимо обогревать. У разных крыш участки могут быть разными. Например, для вычисления обогрева желоба и трубы понадобится выполнить несколько действий:

• Измерить длину желоба и водостока.
• Кабель внутри желоба укладывают в 2 или 3 ряда (зависит от ширины). Соответственно, нужно умножить длину на 3. Это L1.
• Внутри трубы нагревательная нить укладывается по спирали, поэтому нужно умножить ее длину на 1,5 или 2, чтобы хватило на витки. Это L2.
• Средняя мощность, необходимая для обогрева кровли, равна 20 Кв/м. Суммарная мощность высчитывается по формуле: общая длина кабеля * мощность/квадратный метр. Получаем: (L1 + L2) х 20 Кв/м.

В последнюю очередь выбирают комплектующие: крепежные элементы и подходящий блок управления. Затем определяют место расположения блока. Он должен быть защищен от воздействия влаги и солнца, но расположен в доступном месте для ремонта ручного перезапуска при необходимости.

На этапе подготовки решаются две важные задачи:

• Проверка элементов нагревательной системы на предмет неисправности и дефектов. Кабель должен быть ровным, одинаковым по толщине в любой точке, без повреждений на оболочке, заломов и вмятин. Полный комплект состоит из 3 видов кабеля (соединительный, питающий, греющий), коробки управления, температурных датчиков, терморегулятора и других регуляторных элементов, муфты, крепежных клипсов.
• Проверка рабочей поверхности. Основа для укладки кабеля очищается от мусора, пыли, просушивается от воды. Еще нужно проверить, чтобы на участках кровли, где будет проложен кабель, не было острых углов и потенциально опасных для целостности кабеля деталей.

И профессиональный монтаж, и установка своими руками осуществляются одинаково поэтапно:

• Осмотр места укладки кабеля на кровле.
• Предварительная укладка кабеля без крепления на клипсы, хомуты или клей. Можно использовать малярный скотч. Основой для укладки служит схема подключения, занесенная в проект.
• Если кабельные секции совпали по длине с обогреваемыми участками, лишнюю длину можно отрезать (у двужильного резистивного кабеля и саморегулирующегося) и закрыть муфтами.
• Закрепление нагревательных элементов на кровле.

На этом этапе нужно установить монтажные коробки, «прозвонить» нагревательные кабели для проверки целостности жил, замерить сопротивление.

• Если фраза «прозвонить кабель» вызывает вопросы – это верный признак того, что браться за монтаж самостоятельно не стоит.
• Если проверка прошла успешно, можно монтировать термостатные датчики и остальные кабели.
• Монтаж щитка управления.
• Проверка остальных кабелей тем же способом прозвона.
• Проверка работы системы безопасности (аварийного отключения).
• Финальная настройка термостата, пусконаладочные работы.

Чтобы система работала долго и правильно, важно соблюсти некоторые тонкости в процессе монтажа:

• Укладывают кабель в теплую погоду.
• Повысить эффективность и снизить энергозатратность помогает комбинирование видов кабеля. Дорогой саморегулирующийся устанавливают в водосток, а резистивный – на карниз.
• Внутри сливной трубы кабель укладывают витками. Книзу расстояние между витками сокращается, поскольку у земли труба более холодная.
• Наслаивать нагревательные элементы друг на друга запрещено.
• Учитывать рекомендации производителя при самостоятельном выставлении нижнего порога температуры для включения системы.

Советы для продления срока службы:

• ежегодно нужно проводить профилактический осмотр элементов системы и производить проверку величины сопротивления;
• очищать кровлю и водосток от пыли и мусора;
• проверять работоспосбность датчиков и терморегулятора до наступления холодов;
• настраивать систему так, чтобы обогрев включался до образования ледяной корки;
• проверять работоспособность УЗО и аварийной системы.

Самостоятельный выбор систем обогрева может оказаться непосильной задачей. Сложно разобраться, нужен резистивный или самонагревающийся кабель, тепловая или инфракрасная система, различаются ли антиобледенительный и антигололедный кабели в обогреве кровли. Ошибки не критичны, но приводят к трудностям при монтаже и удорожают стоимость обслуживания системы за сезон. Имеет смысл приобретать готовые комплекты.

На отечественном рынке пока представлено немного производителей антиобледенительного оборудования для кровли. Но несколько марок уже успели завоевать доверие. Среди них:

• немецкий производитель электрооборудования Hemsted;
• французский концерн Nexans, специализирующийся на кабельно-проводниковой продукции;
• Thermopads родом из Великобритании;
• польская фирма Profi Term;
• американский производитель Thermo.

О том, как правильно осуществлять обогрев кровли, смотрите в следующем видео.