Systèmes de dégivrage de toiture

Mécanisme de formation de glace

Fig. 1
Formation de glace et de glaçons sur un toit chaud (DE-VI):
1 – neige;
2 – eau;
3 – glace;
4 – flux de chaleur

Les précipitations sous forme de neige, étant sur le toit, ne présentent aucun danger. Cependant, si les conditions sont créées pour que la neige fondre sous l’influence d’une source de chaleur, elle se transforme en eau. Si l’eau de fonte formée n’a aucun moyen de quitter rapidement le toit, lorsque la température négative correspondante arrive, elle gèle et se transforme en glace. Étant donné que les conditions de fonte (et la vitesse de fonte) de la glace et de la neige sont différentes, avec la prochaine action à court terme de la source de chaleur, il n’est pas possible de fondre, mais, au contraire, une augmentation de la calotte glaciaire. Un tel mécanisme de formation de glace peut conduire à la formation de glaçons de plusieurs dizaines de mètres de long et pesant des centaines de kilogrammes..

Les sources de chaleur sont:

  • Chaleur atmosphérique. Si les températures quotidiennes de l’air fluctuent avec une amplitude atteignant 15 ° C, avec des fluctuations de l’ordre de +3 0: +5 ° C pendant la journée et -6 0: -10 ° C la nuit, les conditions les plus favorables sont créées pour la formation de glace. Au printemps, vous pouvez leur ajouter du rayonnement solaire. Bien que les surfaces de neige et de glace reflètent la majeure partie du rayonnement incident sur elles, même une petite couche de saleté augmente considérablement le coefficient d’absorption. De plus, les zones exposées du toit chauffent rapidement et la décongélation se produit à partir du côté intérieur de la couche. Par conséquent, la formation de glace au printemps est toujours plus intense qu’en automne..
  • Dissipation thermique inhérente du toit. La dissipation thermique a lieu sur n’importe quel toit. Cela se produit peu sur les toits avec un grenier ventilé. Cependant, l’utilisation récemment répandue des combles pour la vie (grenier) ou comme plancher technique (où un grand nombre d’équipements puissants pour le chauffage, la ventilation et la climatisation est installé) change radicalement les exigences de la structure du toit. Une isolation thermique insuffisamment efficace conduit au fait que sous la surface de la neige située sur le toit (qui est un bon isolant thermique), il y a une fonte constante de la neige, et ce processus se produit sur toute la surface du toit. Ces toits peuvent être qualifiés de chauds. Ils se caractérisent par la formation de glace dans une gamme plus large de températures de l’air, ce qui peut en fait signifier le danger de formation de glaçons pendant presque toute la saison froide..
  • Aujourd’hui, le moyen le plus courant de lutter contre la formation de glace est l’utilisation de systèmes d’antigivrage à base de câbles chauffants..

    Systèmes anti-givrage à base de câbles chauffants

    Fig. 2
    Application d’un système de dégivrage de câble chauffant

    L’introduction de systèmes d’antigivrage à base de câbles chauffants, soumis à une conception correcte, tenant compte des particularités de la conception du toit, permet d’éliminer complètement la formation de glace à des prix relativement bas et à une consommation d’énergie insignifiante et également d’assurer le fonctionnement du système de drainage organisé au printemps et à l’automne.

    Fig. 3
    Installation de câbles chauffants

    Le fonctionnement des systèmes d’antigivrage à des températures inférieures à -18 ° …- 20 ° C est généralement inutile. Premièrement, à de telles températures, la formation de glace ne se produit pas par le premier mécanisme et la quantité d’humidité par le second diminue fortement. Deuxièmement, dans ces conditions, la quantité de précipitations sous forme de neige diminue également..

    Troisièmement, une grande puissance électrique est nécessaire pour faire fondre la neige et éliminer l’humidité le long d’un chemin suffisamment long..

    Lors de l’installation du système, il faut garder à l’esprit que le concepteur doit s’assurer que l’eau qui apparaît à la suite du «  fonctionnement  » du système a un chemin libre de drainage complet du toit..

    Fig. 4
    Un exemple de chauffage d’une vallée.
    1 – Pince
    2- Section chauffage
    3 – Support
    4 – Bande de cuivre

    Il existe également des limites de capacité de la partie chauffante des systèmes, établies sur la base de la pratique, dont le non-respect conduit à un fonctionnement inefficace de l’équipement dans la plage de température spécifiée, et un excès important de cette dernière ne conduit qu’à une consommation excessive d’énergie électrique sans aucune amélioration du fonctionnement du système..

    Ceux-ci inclus:

  • puissance spécifique des câbles chauffants installés sur les parties horizontales du toit. La puissance spécifique totale par unité de surface de la partie chauffée (plateau, goulotte, etc.) doit être d’au moins 180-250 W / m2;
  • puissance spécifique du câble chauffant dans les gouttières – correspond à au moins 25-30 W / par mètre de longueur de gouttière et augmente à mesure que la gouttière s’allonge jusqu’à 60-70 W / m.
  • Tout ce qui précède nous permet de tirer plusieurs conclusions générales:

  • Les systèmes antigivrage ne «fonctionnent» généralement que pendant les saisons de printemps et d’automne et pendant les dégels. Le «  fonctionnement  » du système pendant la période froide (-15 ° …- 20 ° C) n’est pas seulement inutile, mais peut être nocif.
  • Le système doit être équipé d’un capteur de température et d’un thermostat spécialisé correspondant, qui peut plutôt être appelé une mini station météo. Il doit contrôler le fonctionnement du système et permettre la possibilité d’ajuster les paramètres de température, en tenant compte des spécificités de la zone climatique, de l’emplacement et du nombre d’étages du bâtiment..
  • Les câbles chauffants doivent être installés le long du trajet complet de l’eau de fonte, en commençant par les gouttières horizontales et les plateaux, et en terminant par les sorties des gouttières, et s’il y a des entrées aux égouts pluviaux, jusqu’aux collecteurs en dessous de la profondeur de congélation..
  • Il est nécessaire de se conformer aux normes relatives à la capacité installée des câbles chauffants pour différentes parties du système – plateaux et gouttières horizontaux, gouttières verticales.
  • Solutions typiques et constructives

    Les principales tâches de la conception des systèmes de toiture antigivrage sont de les rendre efficaces, relativement peu coûteux, et d’appliquer des méthodes de fixation qui n’endommageraient pas les composants de toiture très critiques et ne gâcheraient pas l’apparence du bâtiment. Dans ce cas, les points de fixation doivent être fiables, durables et ne pas endommager la gaine des câbles chauffants.

    L’un des principes de base de la conception des fixations est d’utiliser les mêmes matériaux que pour le toit, ou compatibles avec eux..

    Fig. 4
    Poche à neige chauffée

    En figue. 4,5,6 montre des exemples de pose de câbles de chauffage et de distribution sur divers nœuds de toit en pente (les plus courants). Tout d’abord, ils concernent les toits recouverts de fer galvanisé, de tôles de cuivre et de tuiles métalliques..

    Il convient de noter que des méthodes spéciales sont utilisées pour les câbles chauffants non dommageables pour les toits souples. Sur les plateaux répandus de rétention de neige et de déneigement, il est fortement conseillé de poser les câbles chauffants dans une chape béton (ou chape ciment-sable). Ceci, en plus de protéger le câble contre les dommages, augmente considérablement l’efficacité du chauffage en raison de l’utilisation des propriétés de stockage de chaleur du béton.

    Fig. 6
    Chauffage de gouttière avec entonnoir chauffant

    Exigences de sécurité

    Des exigences de base sont imposées en termes de sécurité incendie et électrique.

    Pour les satisfaire, plusieurs conditions doivent être remplies:

  • le système doit inclure uniquement des câbles chauffants avec des certificats appropriés, incl. un certificat de sécurité incendie est requis. En général, ce sont des câbles incombustibles ou incombustibles. Pour une utilisation dans les systèmes anti-givrage, les recommandations du fabricant sont requises;
  • la partie chauffante du système doit être équipée d’un DDR ou d’un disjoncteur différentiel avec un courant de fuite ne dépassant pas 30 mA (pour les exigences de sécurité électrique – 10 mA);
  • les systèmes antigivrage complexes doivent être divisés en sections séparées avec des courants de fuite dans chaque partie ne dépassant pas les valeurs ci-dessus.
  • Les câbles chauffants des principaux fabricants ont tous les certificats nécessaires et ont été testés à plusieurs reprises dans le cadre de systèmes d’antigivrage.

    Test et évaluation des performances

    Les tests des systèmes anti-givrage peuvent être divisés en deux groupes: les tests d’acceptation et les tests périodiques..

    Les tests de routine commencent généralement par tester la résistance d’isolation des câbles de chauffage et de distribution. Les DDR (ou difavtomats) sont en cours de test. Des protocoles appropriés sont élaborés avec des valeurs spécifiques. Les plus informatifs sont les tests de performance, au cours desquels l’efficacité du système est vérifiée..

    Il est à noter que les systèmes d’antigivrage ne sont pas des systèmes instantanés. Ils sont conçus pour fonctionner en mode veille et s’allument immédiatement lorsque des précipitations apparaissent. Si le système n’a pas été allumé au début de la saison et qu’une couche de neige s’est accumulée sur le toit, il faudra de 6 heures à un jour pour l’enlever.

    Il y a des difficultés lorsque le système est mis en service pendant la saison chaude. En même temps, le bon fonctionnement de l’équipement de contrôle est vérifié, les signaux des capteurs sont simulés, le passage du système au mode d’allumage de la charge, d’éteindre les plateaux, puis d’éteindre les drains est vérifié.

    En règle générale, des tests périodiques sont effectués au début de l’automne pour vérifier l’état technique du système et le préparer au fonctionnement. Tout d’abord, la résistance d’isolement est vérifiée pour identifier les zones endommagées. Ensuite, l’état de l’équipement est vérifié, son test de commutation est effectué. Après avoir vérifié les réglages des thermostats, le système est mis en marche et il reste en mode veille..

    Compositions anti-givrage hydrophobes

    Les compositions anti-givrage hydrophobes n’empêchent pas la formation de glace, mais fournissent une descente rapide de la glace d’eau nouvellement formée lors de cycles répétés de gel-dégel, l’empêchant de se former en gros glaçons et gouttes..

    Ces compositions hydrophobes sont appliquées sur du métal, du béton et d’autres substrats à la main, au pinceau, au rouleau ou par pulvérisation sur des surfaces propres, sèches et sans poussière exemptes de rouille, d’huile, de graisse, etc. Les compositions durcissent à des températures supérieures à +5 0С.

    Selon l’Académie internationale du froid (MAX), la force d’adhérence de la glace d’eau avec les matériaux de toiture des bâtiments est très élevée (acier 3 – plus de 0,16 MPa, béton – plus de 0,22 MPa), lors des tests d’arrachement, la structure interne de la glace a été détruite et ses restes resté à la surface des matériaux. Dans le même temps, la force d’adhérence de la glace recouverte d’une composition anti-givrage est presque complètement absente et est inférieure à 0,22 MPa.

    Les revêtements antigivrage sont imperméables, anticorrosion, respectueux de l’environnement, ont une résistance et une élasticité élevées, conservent des propriétés physiques et mécaniques élevées dans une large plage de températures, résistent aux rayons UV et aux précipitations atmosphériques.

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