融雪システム

融雪システムは、自転車道、歩道、パティオ、車道、またはより経済的に、車道の 2 フィート (0.61 m) 幅のタイヤ跡や歩道の中央部 3 フィート (0.91 m)など、エリアの一部のみに雪や氷が積もるのを防ぎます。また、雪の多い気候では、車道やパティオ全体を雪のない状態に保つためにも使用されます。「融雪」システムは、嵐の間に機能するように設計されており、安全性を向上させ、雪かき、除雪、凍結防止塩や砂利の散布などの冬季メンテナンス作業をなくします。融雪システムにより、塩やその他の凍結防止化学物質の使用や冬季サービス車両による物理的損傷がなくなるため、コンクリート、アスファルト、または舗装材の下の寿命が延びます。多くのシステムは完全に自動化されており、水平面を雪や氷のない状態に保つために人間の介入は必要ありません。

システムには、熱源に基づいて、電気抵抗熱、従来のボイラー (または炉) からの熱、または地熱水暖房(流体) の 3 つのタイプがあります。電気融雪システムは、可動部品が最小限で腐食剤がないため、水暖房融雪システムよりもメンテナンスの手間が少ないと言えます。ただし、電気融雪システムは、運用コストがはるかに高くなる傾向があります。

新しい融雪システムのほとんどは、自動起動装置と連動して作動します。自動起動装置は、降水量や氷点下の温度を感知するとシステムをオンにし、氷点下を超えるとシステムをオフにします。このような装置により、システムは有用な期間のみアクティブになり、エネルギーの無駄が減ります。自動融雪コントローラと連動して設置された高制限サーモスタットは、スラブ/表面が十分な融雪温度に達したらシステムを一時的に無効にすることで、効率をさらに高めます。一部の建築基準法では、エネルギーの無駄を防ぐために高制限サーモスタットの使用が義務付けられています。環境への影響は、使用されるエネルギー源によって異なります。

電気融雪システムは、加熱ケーブル、制御ユニット、および起動装置の 3 つの基本コンポーネントで構成されています。

加熱ケーブルは、屋外での使用に適した厳しい条件に耐えられるよう作られています。ケーブルは、国家認定試験機関によって UL 規格にリストされている必要があり、多くは保護コーティングや絶縁材を備えた単一または二重の導体で構成されています。多くのケーブルは 105 °C (221 °F) で定格されており、1 フィートあたり 6 ～ 50 ワットを生成します。面積あたりの電力は、加熱要素の間隔 によって決まります。

制御ユニットは通常、壁に取り付けられた制御パネルであり、NEMA エンクロージャに取り付けることができます。制御ユニットは、ラインおよび負荷端子ブロック、リレー、起動端子、変圧器、および監視電子機器を使用するため、テクノロジによって異なります。

近年、アスファルト路面の融雪対策として新しい技術^{[1] [2]}が開発されました。アスファルト舗装は世界中で最も一般的な舗装タイプですが、このインフラストラクチャクラスでは、雪を溶かして路面の氷の形成を防ぐための承認された加熱ソリューションはありません。この新しい方法論は、適切な加熱ソリューションとして電気リボン技術を利用しています。リボンヒーターを一般的な舗装プロセスに実用的な方法で導入し、通常の舗装作業への混乱を最小限に抑え、潜在的に広いエリアに拡張できる新しい方法が提案されました。提唱されたアイデアは、アスファルトコンクリートリフトが舗装および圧縮された後、次のアスファルトコンクリートリフトを舗装および圧縮する前にリボンを配置するというものでした。これに関連して、各リボンを包み込むためにアスファルトに浅い溝を作るための特別な溝入れマシンが構想されました。このようにして、すべてのリボンがトラック、舗装機器、および重いローラーの操作から保護され、システムの存続性が保証されます。その後、この方法は、アスファルトコンクリートリフトの間にリボンを設置することを含む、加熱道路の実物大建設を通じて実証されました。この目的のために、保護リボンチャネルは、カスタマイズされたフライス盤で溝が付けられました。

ハイドロニック システムの加熱要素は、柔軟なポリマーまたは合成ゴムで作られた閉ループ チューブまたはモジュラー サーマパネル システムで、温水とプロピレン グリコール(不凍液) の混合物を循環させます。流体は 16 °C (61 °F) ～ 60 °C (140 °F) の温度に温められ、周囲のコンクリート/アスファルト/コンクリート舗装材を温め、雪や氷を溶かします。ハイドロニック融雪システムの機械システム技術は、放射暖房システムと同じ技術に基づいています。

チューブ式ハイドロニック暖房システムを成功させるには、チューブの適切な間隔とレイアウトが最も重要な要素です。熱を均等に分散させるために、チューブをらせん状または蛇行状に敷設することをお勧めします。間隔の仕様はメーカーによって異なります。雪解けの速度を速めるには、チューブの間隔を狭くする必要があります。一般的な間隔は 6 ～ 8 インチです。もう 1 つの重要な要素は、スラブの下の断熱材の量です。

コンクリート スラブに鋳造された温水チューブは、コンクリートに不均一な加熱パターンを作り出し、コンクリート スラブ内に不均一な応力を発生させます。非常に冷たいスラブに高温の流体を入れると、応力亀裂が生じ、コンクリート表面が剥がれる可能性があります。チューブの間隔を狭くし、温度上昇をゆっくり制御すると、チューブ ベースのシステムの悪影響を軽減できます。別の方法としては、冬季を通じてスラブの最低温度を氷点以上に維持する方法があります。

チューブベースのシステムの代替として、事前断熱されたHDPEモジュラー熱交換熱パネル ユニットがあります。HDPE モジュラー パネルは、台座に取り付けられた舗装材 (通常は屋上設置に使用) に、中心間隔が 23.5 ～ 26 インチのモジュラー グリッド レイアウトで取り付けられます。また、あらゆるタイプの地上設置型、現場打ちコンクリート型、または高床式デッキ設置型の舗装材、木材、または PVC デッキにも使用できます。

電気融雪システムと同様に、ハイドロニック融雪システムは、基礎表面材料 (砂) の中または下に設置できます。チューブまたはサーマパネルの設置を開始する前に、ICPI (国際コンクリート舗装協会) または舗装メーカーのガイドラインに適合する適切な路盤材料で路盤を十分に締め固めておく必要があります。不均一な沈下はシステムを損傷し、構造的に弱い舗装を提供する可能性があります。チューブは、ケーブルタイで再メッシュ、鉄筋に固定するか、スラブ下の断熱材にホッチキスで留めることができます。断熱されたモジュラー サーマパネル システムでは、再メッシュや鉄​​筋は不要で、締め固められた下層土の上に事前接続された列に配置されます。モジュラー サーマパネル システムをコンクリート スラブの下に設置する場合は、コンクリート モノリス内で再メッシュまたは鉄筋が必要になることがあります。

温水暖房管は固い岩盤の上に直接置かないでください。そうすると、加熱管が熱を地中に伝導してしまいます。事前断熱されたモジュラー サーマパネル システムは、岩盤または構造コンクリート ベース上に直接設置できます。

ほとんどの舗装材メーカーの保証と ICPI (国際コンクリート舗装材協会) の仕様に準拠するには、舗装材の敷砂は最大 1 インチまで使用し、最大 1 1/2 インチを超えてはなりません。チューブと鉄筋ベースのシステムでは、通常 1 1/2 インチを超える敷砂が必要となるため、これは難しい場合があります。敷砂が多すぎると、舗装材が時間の経過とともに沈下する原因になります。敷砂とジョイントに使用する砂は、粘土、土、異物のないきれいなコンクリート砂で、ASTM C-33 に準拠している必要があります。

モジュール式の流体熱伝達パネル システムは、チューブ ベースのシステムに必要な間隔とは対照的に、舗装材またはコンクリート領域全体と完全かつ均一な熱交換を実現します。 全面をカバーすることで低温の流体を使用できるため、運用コストが下がり、舗装構造への熱の影響が軽減され、コンクリート表面の劣化が軽減されます。 また、表面が温度上昇し、より速く冷却できます。

モジュール式融雪システムは、暖かい日に舗装から太陽熱エネルギーを集めてプールや家庭用または工業用の暖房に使用することもできます。また、特にスイミングプールの周りや台座に取り付けられた屋上舗装テラスの舗装面を冷却するためにも使用できます。舗装面は建物から切り離されているため非常に高温になり、太陽電池を形成し、その結果、すぐ近くの 都市ヒートアイランド効果が高まります。

運用コストは、地域、使用するエネルギー源 (電気、ガス、プロパンなど)、および関連コストによって異なります。米国暖房冷凍空調学会は、満足のいく結果を達成し、システムの過剰サイズ化や過剰設計によるエネルギー消費を最小限に抑えることを目的とした基準を定めています。システムは通常、地域別の ASHRAE ガイドラインを使用して、1 平方フィート当たり 70～170 BTUを生成するように設計されています。表面の雪が溶けるまでの時間は、嵐やシステムが生成するように設計されている電力量によって異なります。

融雪アプリケーションに使用される起動装置は多数あります。一部の起動装置は、指定された時間だけシステムを作動させる単純な手動タイマーですが、他の起動装置は温度と湿度、または温度条件のみを感知して融雪システムを自動的に起動します。自動装置は、空中、舗装面、または側溝に取り付けることができます。ハイエンドの起動装置は、調整可能な温度トリガー ポイント、調整可能な遅延オフ サイクル、およびアップグレード可能なリモート起動を備えています。起動装置により、融雪システムを 100% 自動化できます。

自己制御トレース加熱ケーブルは、供給される熱量を自動的に制御し、設定温度以下の部品のみが加熱されるようにします。

これらのアクティベーターを使用する際に効果的な結果を得るには、センサーを慎重に配置することが重要です。アクティベーター水分センサーは、吹雪による水分を効果的に収集できる場所、および雪や氷のないエリアに比較的近い場所に設置する必要があります。温度センサーは、融雪システムが経験する表面と同じ温度条件を感知するために屋外に設置されます。手動タイマーやスイッチなどのその他のアクティベーターは、都合のよい場所に設置できます。

融雪システムの設置は、歩道や道路の建設中に、システム設計に基づいてケーブルやチューブの間隔、またはモジュラーサーマパネル列のレイアウトを調整しながら行われます。

新しいコンクリートを敷設する場合、電気加熱ケーブルを覆う下地は最低 3 インチ、最大 4 インチ必要です。コンクリート混合物には鋭利な石が含まれていてはなりません。ケーブルが損傷する可能性があります。加熱ケーブルをオンにする前に、コンクリートを 30 日間固めておく必要があります。このため、設置に最適な時期は夏季です。台座に取り付けられた舗装材で電気ケーブル システムを使用する実用的な方法はありません。

チューブ システムでは、通常、チューブが構造補強材に取り付けられ、その後、クリブまたはスタンドオフを使用してコンクリート スラブ内で位置合わせされます。チューブ ベースのシステムをセグメント化された舗装材や台座に取り付けられた舗装材と一緒に使用する実用的な方法はありません。台座、プラットフォーム、または地上に取り付けられた舗装材と一緒に使用できる、現在市販されている唯一のタイプの温水システムは、モジュラー サーマパネル タイプのシステムです。

アスファルト下のシステム設置仕様は、各メーカーによって異なる場合があります。ケーブルはベース面 (通常は砂床) に敷設し、1/2 インチの砂で覆います。次に、アスファルトを手でシャベルで加熱ケーブルとベース面の上に敷きます。

アスファルトの下に温水配管またはサーマパネル システムを設置する場合は、メーカーの仕様に適合した砂のバリアを配管またはサーマパネルの上に置き、プラスチックが溶けないように冷水をシステム内に送り込む必要があります。

ケーブルまたはチューブの下に断熱材を設置することをお勧めしますが、必須ではありません。1 インチの硬質断熱材をベース表面の下に設置することも、ベース表面の上に敷いて加熱ケーブルを断熱材の上に固定することもできます。

設置によっては、アスファルトを 2 層にする必要があります。この設置では、まずアスファルトのベース層 (厚さ 1 インチ) を敷きます。次に、加熱ケーブルをベース層の表面に取り付けて固定します。加熱ケーブルを設置したら、加熱ケーブルと最初の層の上に 2 層目のアスファルトを敷き、加熱ケーブルをスラブ内に埋め込みます。

レンガ舗装材の下に融雪システムを設置するには、加熱ケーブルを 1/2 インチの砂の上に敷いた基礎面上に置きます。次に加熱ケーブルを 1/2 インチの砂で覆い、舗装材を砂床の上に通常どおり設置します。温水暖房システムを使用する場合は、サーマパネル ユニットの上に最大 1 インチの砂を敷きます。チューブは、敷砂が多量に必要となるため、セグメント舗装には推奨されません。

電気システムでは、アスファルトまたはコンクリートに深さ 1 1⁄4 インチから 1 1⁄2インチ、幅 1/4 インチから 3/8 インチの溝を切り、ケーブルを挿入してバッキングロッドと溝の表面の特殊なコーキング剤またはシーラントで溝を密閉することで、後付け設置が可能です。

^ここ数年で、加熱融雪マットが一般消費者向けに販売されるよう^になりました。これらは防水コンセントに差し込み、歩道、車道、階段、車椅子用スロープ、荷積み場などに敷くことができます。^{[ 3]}

これらの加熱マットは、滑り止めゴムの 2 層と、その間に介在する加熱要素で構成されており、数時間または数分で雪や氷を溶かすことができます (熱レベルと雪のレベルによって異なります)。マットは、オプションのインライン サーモスタットにより、設定温度以下でオンになります。

• マキシマ病院、アイントホーフェン、オランダ。^[4]
• オランダ、アイントホーフェンのトラック積み込みドック。^[5]
• ヨーロッパの高速道路を凍結から守る路面下暖房システム^[6]
• エレベーテッド・セントラル・アーテリー、ボストン（使用されなくなり、その後解体された）^[7]
• M4 高速道路、西ロンドン (廃止)
• アイダホ州シュバイツァー山道
• ピーター・ローウェルの旧個人邸宅、私道
• アップダウン コートの私道、イギリス
• ビル・ゲイツの家、私道
• アイスランド、レイキャビクとアークレイリの公共歩道^{[8] [9]}
• ノルウェー、オスロのカール・ヨハン通りと様々な公共歩道^{[10] [11]}
• ミシガン州ホランドの公道と歩道^[12]
• イリノイ州オークパークの公共歩道^[13]
• 国立研究評議会入口歩道、サスカトゥーン、サスカチュワン州^[14]
• CNタワー、メインポッド屋根（トロント、カナダ）^[15]
• フィンランド、ヘルシンキの市内中心部のいくつかの通り
• ペースパルスプラットフォーム^[16]

• ヒポコースト
• スマートハイウェイ
• 融雪装置
• ソーラーロードウェイ
• トレース加熱

ウィキメディア・コモンズには、融雪システムに関連するメディアがあります。

• ウッドソン、R. ドッジ。放射床暖房。ニューヨーク：マグロウヒル、1999年頃。