发热电缆在屋面融雪除冰工程中的应用

发热电缆在屋面融雪除冰工程中的应用
高添顺
摘要：本文介绍了发热电缆在北方寒冷地区某火车站站房屋屋面融雪及除冰工程方面的应用
关键词：发热电缆融雪除冰
1引言
北方地区冬季气候严寒多雪，建筑屋面积雪多倚靠人工清除。但大型公建屋面积雪由于建筑造型或结构等种种原因，无法人工清除，屋面积雪基本存留至春季，依靠气温上升融雪。春融时节，北方地区昼夜温差较大，日间雪融水在夜间重新冻结成冰。人工清雪除冰危险性较高且效率低下，常无法及时清雪除冰，故屋面檐口处常形成巨大冰柱。随着气温继续升高，冰柱会自行脱落。这一期间，雪水可能会造成屋面面层剥落，增加屋面维护工作量；另一方面无法及时清除的冰柱脱落并可能对行人人身安全造成极大的威胁。
目前广泛采用的除雪方法基本为化学融雪法和热力学法。化学融雪法（即撒盐或者其他化合物）腐蚀性较强且破坏土壤生态环境；热力学融雪法受到热源形式（锅炉房、地热、太阳能蓄热等）限制较大。上述几种融雪技术在实际工程应用中由于自身特点及屋面结构形式的限制，或不适用于屋面融雪除冰；或虽可用于屋面融雪除冰，但成本高昂，难于推广实施。
发热电缆，是以电力为能源，利用制成电缆结构的合金电阻丝进行通电发热，来达到采暖或者保温的效果，通常有单导和双导之分。1926年欧州开始生产发热电缆，发热电缆在我国最早出现于上世纪90年代初。发热电缆具有安全、寿命长、发热量可控、环保等优点，起初主要应用于管道保温、道路防冻等工业领域，后来逐渐推广到民用领域。发热电缆法作为彻底去除冰雪方法的一种，能源供应充沛，特别是冰雪时间长，强度大的北方地区，还是具有很大的适用性。发热电缆的优点避免了化学融雪及传统热力融雪的缺陷，具备较好的应用于屋面融雪除冰的技术条件。
2工程实例
下面以北方某火车站站房天沟融雪及风雨棚檐口除冰为例，介绍发热电缆在上述大型公共建筑屋面融雪除冰中的应用。该站房主体部分屋面高度22m，面积约2900m2，轻钢结构，设有天沟，天沟宽0.4-0.5m；站房主体两侧均设裙房，裙房部分屋面高度16m，面积1000m2及1700m2，现浇钢筋混凝土板结构。风雨棚为站台无柱式，跨距20m，轻钢结构，面积约7000m2，单坡排水。为降低雪融水对轻钢屋面腐蚀作用及避免风雨棚檐口挂冰伤人，设计考虑在主体结构屋面天沟及风雨棚檐口敷设发热电缆实施融雪除冰。
2.1发热电缆融雪工作流程如图一示。

2.2配电及控制
配电系统如下图示，智能型电子温控器及传感器确保了以最小的耗电量取得最理想的效果。该系统传感器和温控器的配合使用能精确自动测量天气状况从而在最适当的时问开启及关闭电源。

2.3发热电缆布置
发热电缆线功率一般10-20W/m，融雪时单位面积耗热量建议选择200-250W/m2。冰雪融解系统的耗热量计算应考虑以下因素：安装地点、安装方式及面积。根据电热缆铺设地区及融解速度，研究表明单位实际安装面积耗热量范围可取175～250 W／m2。可选两种冰雪融解电热缆：额定功率20W/m单导线电热缆；额定功率17 W/m双导线电热缆。

2.4敷设方式
发热电缆用于采暖时与低温水地板辐射采暖敷设方式相同，有回折型，平行型，双平行等；用于管道伴热时多采用波浪式，直线式及螺旋式。
由于发热电缆用于融雪时单位面积热功率较大，且所敷设区域多为狭长带状，故多根据敷设区域长度采用一根或多根发热电缆平行型敷设，如图三示（主体部分——屋面天沟）。
目前，火车站风雨棚形式多为大跨度轻钢结构的（站台）无柱风雨棚。若风雨棚屋面设有天沟（有组织排水），则除天沟内设发热电缆外，檐口至区域天沟仍需设发热电缆，如图四；若风雨棚屋面采用散排方式排水，则仅在风雨棚檐口敷设发热电缆即可达到除冰目的，如图五。

图四；若风雨棚屋面采用散排方式排水，则仅在风雨棚檐口敷设发热电缆即可达到除冰目的，如图五

3 发热电缆用于屋面融雪的优点和存在的问题
3.1发热电缆用于屋面融雪除冰的优点
（1）发热电缆加热法冰雪融解系统应用范围广，可应用于任何要求无冰雪的地区。
（2）发热电缆加热法冰雪融解系统融雪及时迅速，效果明显；可以有效地保障工作地区安全，保障行人地区安全，节省清雪时间及精力，保护环境。
（3）发热电缆加热法冰雪融解系统控制简单，响应迅速。系统传感器和温控器的配合使用能精确自动测量天气状况从而在最适当的时间开启及关闭电源，能够确保以最小的耗电量取得最理想的融雪除冰效果。
（4）发热电缆用于屋面融雪时，敷设深度浅，安装简便快捷。发热电缆热量可很快传递，能源利用效率较高。
（5）发热电缆出现故障时，定位修复过程简单迅速。发热电缆受破坏后，可用探伤仪器立刻确认故障位置，随即该区域上的覆盖、保护层除去，剪取受损部分线缆，再将线缆联接起来并用特殊的修补材料绝缘，修复过程简单，迅速。
3.2存在的问题
（1）发热电缆加热法冰雪融解系统虽然有诸多节能措施，但长期运行耗能仍相对较大，运营费用相对较高。
（2）系统的初期投资相对较大。
（3）由于发热电缆长期工作于自然那环境中，系统对电缆防水性、耐候性及强度要求较高。
4 结论
现有多种除冰雪方法，针对不同地区、不同情况，应选择采用不同除冰雪方法。发热电缆加热法融雪作为彻底去除屋面冰雪的一种方法，适用范围广、融雪及时迅速、效果明显；可以有效地保障工作环境安全，保障行人安全，可以节省人员清雪时间及精力，在合适的地区值得尝试和推广。

参考文献
[1]地面辐射供暖技术规程 JGJ 142-2004
[2]李炎锋,武海琴等发热电缆用于路面融雪化冰的实验研究北京工业大学学报2006.3