Sistemas de deshielo de techos

Mecanismo de formación de hielo

Figura 1
Formación de hielo y carámbanos en un techo cálido (DE-VI):
1 – nieve;
2 – agua;
3 – hielo;
4 – flujo de calor

La precipitación en forma de nieve, al estar en el techo, no representa ningún peligro. Sin embargo, si se crean las condiciones para que la nieve se derrita bajo la influencia de cualquier fuente de calor, se convierte en agua. Si el agua derretida formada no tiene forma de salir rápidamente del techo, al inicio de la temperatura negativa correspondiente, se congela y se convierte en hielo. Dado que las condiciones de fusión (y la velocidad de fusión) del hielo y la nieve son diferentes, con la siguiente acción a corto plazo de la fuente de calor, no es posible que se derrita, sino, por el contrario, un aumento del tapón de hielo. Tal mecanismo de formación de hielo puede conducir a la formación de carámbanos de decenas de metros de largo y cientos de kilogramos de peso..

Las fuentes de calor son:

• Calidez atmosférica. Si las temperaturas diarias del aire fluctúan con una amplitud que alcanza los 15 ° C, entonces con fluctuaciones en el rango +3 0: +5 ° C durante el día y -6 0: -10 ° C por la noche, se crean las condiciones más favorables para la formación de hielo. En la primavera, puedes agregarles radiación solar. Aunque las superficies de nieve y hielo reflejan la mayor parte de la radiación que incide sobre ellas, incluso una pequeña capa de suciedad aumenta drásticamente el coeficiente de absorción. Además, las áreas expuestas del techo se calientan rápidamente y se descongela desde el lado interno de la capa. Por tanto, la formación de hielo en primavera es siempre más intensa que en otoño..
• Disipación de calor inherente al techo.. La disipación de calor tiene lugar en cualquier techo. Esto ocurre mínimamente en techos con ático ventilado. Sin embargo, el uso recientemente generalizado del espacio del ático para vivir (ático) o como piso técnico (donde se instala una gran cantidad de equipos potentes para calefacción, ventilación y aire acondicionado) cambia drásticamente los requisitos para la estructura del techo. El aislamiento térmico insuficientemente efectivo conduce al hecho de que debajo de la superficie de la nieve que se encuentra en el techo (que es un buen aislante térmico) hay un derretimiento constante de nieve por goteo, y este proceso ocurre en toda la superficie del techo. Tales techos se pueden llamar cálidos. Se caracterizan por la formación de hielo en un rango más amplio de temperaturas del aire, lo que en realidad puede significar el peligro de formación de carámbanos durante casi toda la estación fría..

Hoy en día, la forma más común de combatir la formación de hielo es el uso de sistemas antihielo basados ​​en cables calefactores..

Sistemas antihielo basados ​​en cables calefactores

Figura 2
Aplicación de un sistema de deshielo de cable calefactor

La introducción de sistemas antihielo basados ​​en cables calefactores, sujetos a un diseño correcto, teniendo en cuenta las peculiaridades del diseño del techo, permite eliminar por completo la formación de hielo a precios relativamente bajos y un consumo de energía insignificante y también garantizar la operatividad del sistema de drenaje organizado en los períodos de primavera y otoño..

Fig. 3
Instalación de cables calefactores

El funcionamiento de sistemas antihielo a temperaturas inferiores a -18 ° …- 20 ° C suele ser innecesario. En primer lugar, a tales temperaturas, la formación de hielo no se produce por el primer mecanismo y la cantidad de humedad por el segundo disminuye drásticamente. En segundo lugar, en estas condiciones, la cantidad de precipitación en forma de nieve también disminuye..

En tercer lugar, para derretir la nieve y eliminar la humedad a lo largo de un camino suficientemente largo, se necesita una gran potencia eléctrica..

A la hora de instalar el sistema hay que tener en cuenta que el proyectista debe asegurarse de que el agua que aparece como consecuencia de la ‘operación’ del sistema tenga un camino libre de drenaje completo desde el techo..

Figura 4
Un ejemplo de calentar un valle.
1 – Abrazadera
2- Sección de calentamiento
3 – Soporte
4 – Tira de cobre

También hay límites para la capacidad de la parte de calefacción de los sistemas, establecidos sobre la base de la práctica, cuyo incumplimiento conduce a un funcionamiento ineficaz del equipo en el rango de temperatura especificado, y un exceso significativo de este último solo conduce a un consumo excesivo de energía eléctrica sin ninguna mejora en el funcionamiento del sistema..

Éstos incluyen:

• Potencia específica de los cables calefactores instalados en las partes horizontales del techo. La potencia específica total por unidad de superficie de la parte calentada (bandeja, tolva, etc.) debe ser de al menos 180-250 W / m2;
• potencia específica del cable calefactor en las canaletas: corresponde al menos a 25-30 W / por metro de longitud de la canaleta y aumenta a medida que la canaleta se alarga a 60-70 W / m.

Todo lo anterior nos permite sacar varias conclusiones generales:

• Los sistemas antihielo generalmente «funcionan» solo durante las temporadas de primavera y otoño y durante los deshielos. El ‘funcionamiento’ del sistema en el período frío (-15 ° …- 20 ° C) no solo es innecesario, sino que puede ser perjudicial.
• El sistema debe estar equipado con un sensor de temperatura y un termostato especializado correspondiente, que más bien se puede llamar una mini estación meteorológica. Debe controlar el funcionamiento del sistema y permitir la posibilidad de ajustar los parámetros de temperatura, teniendo en cuenta las características específicas de la zona climática, ubicación y número de plantas del edificio..
• Los cables calefactores deben instalarse a lo largo de todo el recorrido del agua de deshielo, comenzando desde canaletas y bandejas horizontales y terminando con salidas de canaletas, y si hay entradas a alcantarillas pluviales, hasta colectores por debajo de la profundidad de congelación..
• Es necesario cumplir con los estándares para la capacidad instalada de cables calefactores para varias partes del sistema: bandejas y canaletas horizontales, canaletas verticales.

Soluciones constructivas típicas

Las tareas principales en el diseño de sistemas de techado antihielo son hacerlos efectivos, relativamente económicos y aplicar métodos de sujeción que no dañen los componentes muy críticos del techo y no estropeen la apariencia del edificio. En este caso, los puntos de fijación deben ser fiables, duraderos y no dañar la funda de los cables calefactores..

Uno de los principios básicos del diseño de sujetadores es utilizar los mismos materiales que para el techo, o compatibles con ellos..

Figura 4
Bolsillo de nieve calefactado

En la Fig. 4, 5, 6 muestra ejemplos de tendido de cables de calefacción y distribución en varios nodos de techos inclinados (los más comunes). En primer lugar, se refieren a cubiertas cubiertas con hierro galvanizado, láminas de cobre y tejas metálicas..

Cabe señalar que se utilizan métodos especiales para cables calefactores no dañinos para techos blandos. En las bandejas de retención y remoción de nieve ampliamente utilizadas, es muy recomendable colocar cables calefactores en un cemento (o solera de cemento y arena). Esto, además de proteger el cable de daños, aumenta significativamente la eficiencia de calefacción debido al uso de las propiedades de almacenamiento de calor del hormigón..

Figura 6
Calefacción de canalones con embudo calentado

Requerimientos de seguridad

Se imponen requisitos básicos en términos de seguridad contra incendios y eléctrica..

Para satisfacerlos, se deben cumplir varias condiciones:

• el sistema debe incluir solo cables calefactores con los certificados correspondientes, incl. Se requiere un certificado de seguridad contra incendios. Normalmente, se trata de cables no combustibles o no combustibles. Para su uso en sistemas antihielo, se requieren las recomendaciones del fabricante;
• la parte de calefacción del sistema debe estar equipada con un RCD o un disyuntor diferencial con una corriente de fuga de no más de 30 mA (para requisitos de seguridad eléctrica, 10 mA);
• Los sistemas antihielo complejos deben dividirse en secciones separadas con corrientes de fuga en cada parte que no excedan los valores anteriores..

Los cables calefactores de los principales fabricantes cuentan con todos los certificados necesarios y se han probado repetidamente como parte de los sistemas antihielo..

Pruebas y evaluación de desempeño

Las pruebas de sistemas antihielo se pueden dividir en dos grupos: pruebas de aceptación y pruebas periódicas..

Las pruebas de rutina generalmente comienzan con la prueba de la resistencia del aislamiento de los cables de calefacción y distribución. Se están probando RCD (o difavtomats). Se elaboran protocolos adecuados con valores específicos. Las más informativas son las pruebas de rendimiento, durante las cuales se verifica la eficiencia del sistema..

Cabe señalar que los sistemas antihielo no son sistemas instantáneos. Están diseñados para funcionar en modo de espera y se encienden inmediatamente cuando se producen precipitaciones. Si el sistema no se encendió al comienzo de la temporada y se ha acumulado una capa de nieve en el techo, tomará de 6 horas a un día quitarla..

Hay dificultades cuando el sistema se pone en marcha en la estación cálida. Al mismo tiempo, se verifica el correcto funcionamiento del equipo de control, se simulan las señales de los sensores, se verifica la transición del sistema al modo de encender la carga, apagar las bandejas y luego apagar los desagües..

Las pruebas periódicas se llevan a cabo, por regla general, a principios de otoño para verificar el estado técnico del sistema y prepararlo para el funcionamiento. En primer lugar, se comprueba la resistencia del aislamiento para identificar las áreas dañadas. Luego se verifica el estado del equipo, se realiza su conmutación de prueba. Después de verificar la configuración de los termostatos, el sistema se enciende y permanece en modo de espera..

Composiciones antihielo hidrofóbicas

Las composiciones hidrofóbicas antihielo no previenen la formación de hielo, pero proporcionan un rápido descenso del hielo de agua recién formado durante los ciclos repetidos de congelación-descongelación, evitando que se forme en grandes carámbanos y goteos de hielo..

Dichas composiciones hidrófobas se aplican a metal, hormigón y otros sustratos a mano, con brocha, rodillo o rociado sobre superficies limpias, secas y libres de polvo, libres de óxido, aceite, grasa, etc. Las composiciones se endurecen a temperaturas superiores a +5 0С.

Según la Academia Internacional del Frío (MAX), la fuerza de adhesión del hielo de agua con los materiales del techo del edificio es muy alta (acero 3 – más de 0.16 MPa, concreto – más de 0.22 MPa), durante las pruebas de extracción, la estructura interna del hielo se destruyó y sus restos se permaneció en la superficie de los materiales. Al mismo tiempo, la fuerza de adhesión del hielo recubierto con una composición antihielo está casi completamente ausente y es inferior a 0,22 MPa..

Los recubrimientos antihielo son impermeables, anticorrosión, respetuosos con el medio ambiente, tienen alta resistencia y elasticidad, conservan altas propiedades físicas y mecánicas en un amplio rango de temperatura, son resistentes a la radiación UV y la precipitación atmosférica.