Zimową porą na krawędziach dachów i w rynnach często tworzą się sople lodu, nawisy śnieżne oraz zatory lodowe. Mogą one powodować wiele problemów: uszkodzenia rynien od zalegającego lodu, przecieki wody z topniejącego śniegu (przy niedrożnych rurach spustowych), obciążenie konstrukcji dachu, a także stanowić zagrożenie dla przechodniów (spadające sople). Aby temu zapobiec, stosuje się elektryczne systemy przeciwoblodzeniowe dachów i rynien, oparte na kablach grzejnych. Ich zadaniem jest podgrzewanie newralgicznych stref (rynny, okapy dachowe, rury spustowe) w czasie mrozu i opadów śniegu tak, by zapewnić drożność odpływu wody i likwidować tworzący się lód. Efektywność energetyczna takich systemów jest niezwykle ważna – pracują one na zewnątrz budynku i potrafią mieć sporą moc zainstalowaną, więc powinny działać tylko wtedy, gdy zachodzą odpowiednie warunki pogodowe. Poniżej omawiamy, jak radzą sobie z tym wyzwaniem kable stałooporowe i samoregulujące oraz jakie stosuje się metody sterowania, by uniknąć nadmiernego zużycia prądu.
Stałooporowe kable grzejne na dachach i w rynnach
Kable stałooporowe stosowane w systemach przeciwoblodzeniowych dachów i rynien to zwykle przewody o stałej mocy liniowej rzędu 20 – 30 W na metr bierzący. Układa się je wzdłuż rynien (często podwójnie, dwoma równoległymi odcinkami) oraz w rurach spustowych, a na połaciach dachów tworzy się z nich zygzakowate pętle na okapie (obejmujące dolne ~0,5 m dachu). Taka konfiguracja zapewnia wytopienie śniegu i lodu w strefach, gdzie zwykle się on gromadzi, umożliwiając swobodny spływ wody do gruntu. Stała moc oznacza, że gdy kabel jest włączony, cały czas oddaje maksymalną ilość ciepła – niezależnie od tego, czy w danym momencie leży w śniegu, w lodzie, czy w suchym, mroźnym powietrzu. Jeśli więc pozostawić taki system włączony na stałe przez całą zimę, będzie on zużywał znaczną ilość energii, także w okresach bez opadów śniegu. Tego oczywiście należy unikać. Celem jest, by kable pracowały tylko w razie potrzeby, a przez resztę czasu pozostawały wyłączone.
Podstawą energooszczędności systemu stałooporowego na dachu jest automatyka sterująca. Najprostsze rozwiązanie to manualny wyłącznik – użytkownik włącza ogrzewanie rynien tylko podczas mrozów z opadami. Jest to jednak mało precyzyjne i wymaga stałej uwagi. Dlatego stosuje się termostaty pogodowe lub bardziej zaawansowane sterowniki dedykowane. Typowy termostat załącza zasilanie kabli przeciwoblodzeniowych, gdy temperatura spadnie np. poniżej +1°C…+3°C (czyli w pobliżu 0°C) i wyłącza powyżej, zapobiegając działaniu systemu w odwilż czy latem. To jednak wciąż nie rozwiązuje kwestii braku opadów – same niskie temperatury nie oznaczają potrzeby grzania, jeśli nie ma śniegu lub lodu. Dlatego najlepsze efekty dają inteligentne sterowniki z czujnikami temperatury i wilgoci (opadu). Przykładem jest sterownik do ogrzewania rynien z pełną automatyką, wyposażony w czujnik temperatury oraz wilgotności. Taki układ włącza system tylko wtedy, gdy jednocześnie wystąpi mróz i obecność opadu (wilgoci) – np. pada śnieg przy -5°C lub topniejący lód tworzy wilgoć przy czujniku w rynnie. Gdy warunki te ustąpią (śnieg przestaje padać, lód się rozpuści, lub temperatura wzrośnie powyżej progu), sterownik sam wyłącza ogrzewanie. Dzięki takiej automatyce system pracuje tylko przez ułamek czasu w sezonie zimowym, choć jest stale gotowy do działania. Zapobiega to zarówno oblodzeniu (bo reaguje od razu na opady), jak i niepotrzebnemu poborowi energii (nie grzeje na darmo, gdy jest sucho albo ciepło). Dla zobrazowania oszczędności: jeśli w danym miesiącu mroźna pogoda z opadami śniegu panowała łącznie przez 5 dni, a przez pozostałe 25 dni było mroźno lecz sucho – to system będzie aktywny tylko te 5 dni, zamiast pracować przez cały miesiąc. To kolosalna różnica w zużyciu energii.
Stałooporowy kabel przeciwoblodzeniowy zazwyczaj dobiera się mocowo do warunków klimatycznych i charakterystyki dachu. Przyjmuje się pewne wartości orientacyjne zapotrzebowania na moc: np. dla rynny o średnicy ~100 mm z tworzywa sztucznego potrzeba około 30 – 40 W na każdy metr bieżący rynny, aby skutecznie topić lód, a dla rynny metalowej o podobnej wielkości około 40 – 60 W/mb (metal szybciej odbiera ciepło, więc wymaga nieco większej mocy). Powyższe moce uzyskuje się układając dwa kable grzejne w rynnie (np. dwa równolegle po 20 W/m, co daje sumarycznie 40 W/m). Na dachu (okapie) typowo stosuje się pętle z dwóch kabli – ich gęstość (odstęp między serpentynami) dobiera się tak, by dostarczyć ok. 250 – 300 W/m² powierzchni okapu. Są to moce znaczne, ale należy pamiętać, że system pracuje tylko okresowo. Energooszczędność polega tu na wysokiej skuteczności w krótkim czasie. Lepiej jest dostarczyć dużą moc i szybko stopić lód (a potem wyłączyć system), niż grzać małą mocą ciągle. W praktyce zauważono, że zastosowanie wyższej mocy kabli pozwala skrócić czas topienia śniegu, dzięki czemu system pracuje krócej – co w ujęciu dobowym może oznaczać porównywalne lub nawet mniejsze zużycie energii niż system słabszy, działający nieprzerwanie. Innymi słowy, większa moc z automatycznym wyłącznikiem jest często korzystniejsza energetycznie niż mniejsza moc bez automatyki.
Trzeba wspomnieć o kwestiach montażowych i eksploatacyjnych: kable stałooporowe do dachów i rynien są fabrycznie zakończone określoną długością i nie można ich skracać w razie nadmiaru. Dlatego system trzeba zaprojektować tak, by zużyć pełne odcinki (np. rozplanować pętle na dachu i trasę w rynnach pod konkretną długość kabla). Nadmiarowego odcinka nie wolno np. upchnąć i zewinąć w rynnie – groziłoby to jego przegrzaniem. Również nie wolno krzyżować lub nakładać na siebie stałooporowych kabli grzejnych podczas montażu, gdyż każdy kontakt dwóch gorących odcinków może skutkować ich uszkodzeniem (wysoka temperatura punktowa). Dlatego do mocowania na dachu używa się specjalnych klipsów utrzymujących kable w odpowiednich odstępach, a w rynnach stosuje się uchwyty dystansowe lub ciężarki napinające kabel w rurach spustowych, by zapobiec przesuwaniu i stykaniu kabli. Wszystkie te zabiegi służą nie tylko bezpieczeństwu, ale i efektywności – prawidłowo rozłożony kabel topi śnieg równomiernie tam, gdzie trzeba, i nie marnuje energii na przegrzewanie jednego punktu.
Podsumowując, stałooporowe systemy przeciwoblodzeniowe mogą być prowadzone energooszczędnie wyłącznie w oparciu o automatykę pogodową. Sam kabel nie “wie”, czy jest akurat potrzebny – będzie grzał zawsze, gdy dostanie zasilanie. Dlatego to zadaniem sterownika jest dostarczyć mu to zasilanie tylko wtedy, gdy mróz i śnieg mogą tworzyć lód. W nowoczesnych instalacjach stosuje się sterowniki mikroprocesorowe, które pozwalają precyzyjnie ustawić progi temperaturowe, czułość czujnika wilgoci (np. wykrywanie świeżego śniegu) oraz czas, przez jaki system ma jeszcze pracować po ustaniu opadów (aby osuszyć rynnę). Dzięki temu kable grzejne działają w sposób niemal niewidoczny dla użytkownika, zapobiegając zamarzaniu orynnowania, a jednocześnie minimalizując zużycie prądu – rozwiązanie to zapewnia zarówno bezpieczeństwo budynku, jak i kontrolę nad kosztami eksploatacji.
Samoregulujące kable grzejne na dachach i w rynnach
Kable samoregulujące idealnie sprawdzają się w systemach ochrony rynien i dachów, łącząc zalety wysokiej wydajności grzewczej z automatycznym oszczędzaniem energii. Jak już opisano, ich specyfika polega na zmiennej mocy zależnej od temperatury otoczenia. W kontekście oblodzenia dachów oznacza to, że przewód sam czuje, czy jest otoczony śniegiem czy suchym powietrzem i odpowiednio dostosowuje swoją temperaturę. Gdy tylko robi się cieplej – czy to za sprawą wzrostu temperatury powietrza, czy też gdy śnieg w otoczeniu przewodu się stopi – kabel zmniejsza oddawaną moc. Taka cecha ma ogromne znaczenie praktyczne. Na przykład, kabel ułożony w rynnie w śniegu może oddawać ~30 W/m, aby skutecznie topić lód, ale ten sam kabel wiszący luźno w powietrzu przy +5°C zredukuje moc może do ~16 W/m lub niżej. I tak na przykład producent systemu Raychem podaje konkretną charakterystykę: przewód FroStop Black rozwija 28 W/m w śniegu lub lodzie, a ~16 W/m w powietrzu przy +5°C. Różnica ta obrazuje, jak samoregulacja ogranicza pobór prądu w korzystniejszych warunkach. Innymi słowy, kabel sam z siebie działa jak “lokalny termostat” na całej długości – w każdym miejscu daje dokładnie tyle ciepła, ile potrzeba do utrzymania się ponad punktem zamarzania.
Z punktu widzenia energooszczędności, samoregulujące kable przeciwoblodzeniowe są bardzo efektywne, zwłaszcza gdy weźmie się pod uwagę zmienną pogodę. Weźmy typową sytuację zimową: nocą mocno sypie śnieg przy -5°C – kabel pracuje na pełnej mocy, topiąc śnieg w rynnach. Rano śnieg przestaje, a w ciągu dnia wyjrzy słońce i temperatura wzrośnie do +2°C – w rynnach jest już głównie woda i mokry śnieg, przewód więc obniża moc, bo otoczenie jest cieplejsze. Po południu zaś wszystko zamarza przy -1°C – przewód znów nieco zwiększy grzanie, ale ponieważ nie ma nowych opadów, to tylko utrzymuje drożność. Taki cykl pokazuje, że kabel samoregulujący dynamicznie zmienia swoje zużycie energii, ciągle balansując na minimalnym wymaganym poziomie. Gdyby zastosować kabel stałooporowy sterowany tylko prostym termostatem (on/off na 0°C), to w powyższym scenariuszu: całą noc i przedpołudnie byłby cały czas na pełnej mocy, dopiero po przekroczeniu np. +2°C by się wyłączył, by znów wieczorem się włączyć. Można łatwo zauważyć, że samoregulacja pozwala zaoszczędzić sporo energii w tych okresach przejściowych – zamiast “cała moc albo nic”, mamy płynne dostosowanie. W skali sezonu grzewczego przekłada się to na realne oszczędności na rachunkach. Producent jednego z kabli podaje, że dzięki tej właściwości można zaoszczędzić nawet do ~40 – 50% energii w porównaniu do systemów bez samoregulacji (zależy to jednak od klimatu i sposobu użytkowania).
Warto podkreślić, że kable samoregulujące też wymagają zasilania i sensownego sterowania ogólnego, choć są bardziej “wyrozumiałe” w użytkowaniu. Oznacza to, że nadal najlepiej jest zastosować sterownik pogodowy, który wyłączy zasilanie całego systemu, gdy panuje np. dodatnia temperatura przez dłuższy czas lub latem. Sam fakt, że kabel w cieple zużywa mało prądu, nie oznacza, że nie zużywa go wcale – dlatego np. wyłączenie takiego systemu na miesiące letnie jest jak najbardziej wskazane (po co miałby w ogóle pracować). Natomiast podczas mrozów można pozwolić mu działać ciągle pod napięciem, bo sam zadba o optymalizację. Nowoczesne inteligentne sterowniki, takie jak np. Raychem Elexant, są oczywiście w pełni kompatybilne z kablami samoregulującymi i równie dobrze z nimi współpracują, jak ze stałooporowymi. W istocie połączenie kabla samoregulującego z inteligentnym sterownikiem daje maksymalne oszczędności: kabel reaguje na mikro-zmiany warunków w każdej części dachu, a sterownik czuwa nad makro-warunkami (czy w ogóle jest mróz i śnieg, czy system ma być aktywny). Dzięki temu ogrzewanie włącza się tylko gdy zachodzi potrzeba, a gdy już działa – zużywa mniej energii niż tradycyjny system, bo moc jest modulowana. Można więc powiedzieć, że jest to układ samooptymalizujący się.
Z technicznego punktu widzenia, samoregulujące kable przeciwoblodzeniowe oferują też inne korzyści wpływające pośrednio na efektywność i bezpieczeństwo.
- Po pierwsze, można je docinać na dowolną długość podczas montażu (w granicach dopuszczalnych maksymalnych długości obwodu podanych przez producenta). To upraszcza instalację – kupuje się np. szpulę 305 m i tnie na odcinki dokładnie odpowiadające długości rynien i rur spustowych na budynku, bez zbędnych “rezerw”. Unika się w ten sposób np. sytuacji, że pewien odcinek dachu nie został objęty ogrzewaniem, bo gotowy kabel miał ograniczoną długość – tu docinamy tyle, ile trzeba.
- Po drugie, kable samoregulujące można krzyżować i układać w miejscach o ograniczonej przestrzeni (np. w wąskich rynnach, ciasnych koszach dachowych) bez obawy o ich uszkodzenie. To zwiększa pokrycie ogrzewanych powierzchni – kabel można zygzakować gęściej, jeśli potrzeba, by dostarczyć odpowiednią moc, nie martwiąc się, że się dotknie. W efekcie system jest skuteczniejszy w topieniu śniegu (bo możemy dogrzać dokładnie tam, gdzie jest problem), a brak ryzyka przepalenia sprawia, że nie ma utraty sprawności wskutek awarii.
- Po trzecie, kable samoregulujące są zwykle bardziej odporne UV i ogólnie trwalsze mechanicznie (posiadają solidną izolację zewnętrzną i ekran ochronny), co ma znaczenie na dachu – wytrzymują długie lata ciężkich warunków. Trwałość przekłada się oczywiście na niezmienioną efektywność – kabel, który działa niezawodnie przez 10 – 20 lat, utrzymuje swój poziom zużycia energii i nie wymaga napraw (co mogłoby skutkować np. pozostawieniem systemu wyłączonego, a potem nagłym włączeniem w razie potrzeby bez optymalnych nastaw).
Reasumując, samoregulujące kable przeciwoblodzeniowe to rozwiązanie najbliższe ideału pod kątem energooszczędności w ogrzewaniu dachów i rynien. Jak stwierdzają eksperci, kable te “automatycznie dopasowują moc do warunków otoczenia, co optymalizuje zużycie energii”. W praktyce oznacza to, że użytkownik otrzymuje skuteczną ochronę przed lodem przy minimalnym koniecznym poborze prądu. Oczywiście, dla pełni korzyści zaleca się stosowanie ich wraz z nowoczesnymi sterownikami pogodowymi – wtedy system działa całkowicie autonomicznie i ekonomicznie. W wielu budynkach komercyjnych czy obiektach infrastrukturalnych takie samoregulujące systemy utrzymują drożność odwodnień dachowych, zużywając ułamek energii w porównaniu do tradycyjnych metod ogrzewania (np. instalacji parowych czy kabli stałych bez automatyki). Dla właścicieli domów jednorodzinnych oznacza to z kolei brak konieczności pamiętania o włączaniu/wyłączaniu ogrzewania rynien – system “wie” kiedy ma pracować – a koszty operacyjne są ograniczone do niezbędnego minimum.