Способ предотвращения образования снега, сосулек и защиты от обледенения крыш зданий, ливнестоков, водостоков, тротуаров, ступенек, автомобильных дорог, аэродромов и мостов

Способ предотвращения образования снега, сосулек и защиты от обледенения крыш зданий, ливнестоков, водостоков, тротуаров, ступенек, автомобильных дорог, аэродромов и мостов

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Изобретение относится к способам предотвращения обледенения тротуаров, лестничных площадок, кромок крыш зданий и образования сосулек, а также к области строительства зданий, подземных сооружений, эксплуатации аэродромов, автомобильных дорог и мостов и может быть использовано для защиты покрытий указанных инженерных сооружений от обледенения.

Известно устройство для утилизации тепловой энергии в системах кондиционирования, содержащее нагреватель и тепловые трубы, каждая из которых расположена в воздуховодах наружного и вытяжного воздуха, последний из которых снабжен кожухом, в который введены концы тепловых труб (а.с. СССР №840602, М. кл. F24F 5/00, 1979).

Недостатком данного устройства является низкая надежность его работы.

Известно устройство для утилизации тепловой энергии в системах кондиционирования, содержащее нагреватель и тепловые трубы, каждая из которых расположена в воздуховодах наружного и вытяжного воздуха, последний из которых снабжен кожухом, в который введены концы тепловых труб, кожух посредством подводящего и отводящего каналов присоединен к воздуховоду наружного воздуха, а нагреватель установлен в подводящем канале кожуха (а.с. СССР №1043430, М. кл. F24F 5/00, 1983).

Недостатком данного устройства является повышенный расход тепловой энергии в период обмерзания тепловых труб.

Известно устройство для предотвращения обледенения кромок крыши и образования сосулек, содержащее нагреватель кровли. Нагреватель представляет собой распределенный по площади кровли электрокабель, который осуществляет обогрев крыши и обеспечивает постоянный сток талой воды (Гагарина Т. Рецепт кровельного пирога. - Современный дом, 2002, №4, с.48-54).

Недостатком данного устройства является большой расход электроэнергии на обогрев кровли, т.е. его низкая экономичность.

Известно устройство для устройства (заявка РФ №97112345) для защиты карнизных свесов скатных кровель от обледенения, состоящее из соединенных между собой в электрическую цепь трансформатора, терморегулятора и электроизолированного нагревательного кабеля, прикрепленного к карнизному свесу кровли по контуру здания.

Недостатком данного устройства является большой расход электроэнергии на обогрев кровли, т.е. его низкая экономичность.

Известно устройство (патент РФ №2237220) для предотвращения обледенения кромок крыши и образования сосулек. Нагреватель выполнен в виде тепловых труб, зоны испарения которых располагаются в воздуховодах вытяжного воздуха, а зоны конденсации закрепляются под водостоками и желобами крыши.

Данное устройство позволяет получить технический результат, состоящий в повышении экономичности его работы, которая заключается в том, что устройство не требует расхода электроэнергии, создания необходимых систем электропитания и удовлетворяет требованиям по электробезопасности.

Недостатком данного устройства является невозможность его использования кроме как против обледенения кромок крыш и образования сосулек. Кроме того, при очень низких температурах, тепла от испарения вытяжного воздуха не достаточно для того, чтобы предотвратить обледенение. Также, стекшая по водостокам вниз вода замерзает на тротуарах и образует гололед, создающий опасность передвижения пешеходам вблизи зданий с данным типом устройств.

В способах теплового подогрева аэродромных покрытий пользуются подвижными или стационарными отопительными установками: с помощью тепловых машин или центральных водяных и электрических систем отопления. В настоящее время данные способы преимущественно осуществляются с помощью тепловых машин, например ТМ59 и КрАЗ-ТМ-76. Принцип действия этих машин основан на воздействии высоких температур выхлопных газов от авиадвигателя на поверхность гололеда и послойном его плавлении.

Тепловые устройства защиты аэродромных и дорожных покрытий от обледенения связаны со значительными капитальными и эксплуатационными затратами. Стационарные системы подогрева покрытий включают теплообменники (трубчатые регистры или греющие электрические кабели), расположенные в полотне этих покрытий, и источники теплоты (в виде котельных с теплосетями или электростанции с кабельными сетями и понижающими трансформаторами). Такие системы гарантировано защищают покрытия от обледенения, однако высокая стоимость подобных устройств стала главным препятствием их широкого применения на практике, даже на аэродромах.

Из тепловых способов защиты покрытий от обледенения практическое широкое распространение получил способ, базирующийся на применении тепловых машин, хотя он также связан с достаточно большим расходом дорогостоящего топлива, составляющим 150-200 г авиационного керосина на один квадратный метр очищенной от гололеда поверхности [Эксплуатация аэродромов: Справочник /Л.И.Горецкий, М.А.Печерский и др./Под ред. Л.И.Горецкого. - М.: Транспорт, 1990, 287 с.]. Если учесть, что, например, поверхность взлетно-посадочной полосы аэродрома может составлять 125000 м² (2500×50 м), а среднемировая цена на реактивное топливо равна около 170 долл. США за тонну, то затраты только на топливо при одноразовой очистке такой полосы достигнут более 3,7 тыс. долл.

Кроме того, известны технические решения [а.с. №1701772 СССР, МКИ Е01С 5/08. Устройство для защиты покрытий аэродромов и автомобильных дорог от обледенения. Седых Н.А. (СССР). - 4 с.: ил.; патент СССР №1834947, МКИ Е01С 11/26. Устройство для защиты покрытий аэродромов и автомобильных дорог от обледенения. Седых Н.А. (СССР). - 4 с.: ил.; Европейский патент №0322489, кл. Е01С 11/26, 1987], где в целях экономии дефицитного топлива и повышения эксплуатационной готовности аэродромов и автомобильных дорог, проблему предотвращения образования гололеда на их покрытиях предлагается решить за счет низкопотенциальной теплоты Земли и солнечной радиации. За счет теплоты недр Земли, независимо от времени года, температура горных пород на глубине 60-80 м поддерживается около +8°С. При этом температура с увеличением глубины непрерывно повышается: в среднем на один градус через 33 м.

С учетом того, что гололед на покрытиях аэродрома образуется чаще всего при температурах атмосферного воздуха от 0 до минус 4°С, то достаточно подогреть поверхность ВПП до нулевой температуры, и образование на ней ледяной корки будет исключено. При более низких температурах можно допустить и более низкие (отрицательные) температуры покрытия аэродрома, но температура этих покрытий должна быть во всех случаях не ниже температуры атмосферного воздуха. В последнем случае образование ледяной корки не исключается, однако силы адгезии льда к поверхности покрытия будут близки к нулю, и образовавшийся при этом гололед может быть легко удален с помощью плужно-щеточных снегоочистителей или ветровых машин. Из изложенного следует, что температурного потенциала глубинного тепла Земли порядка 8-10°С достаточно для решения задачи защиты покрытий аэродромов от обледенения. Однако практическая реализация подобных технических решений [а.с. №1701772, СССР, МКИ Е01С 5/08. Устройство для защиты покрытий аэродромов и автомобильных дорог от обледенения. Седых Н.А. (СССР). - 4 с.: ил.] из-за низких значений коэффициентов теплопроводности горных пород, потребует бурения слишком большого числа скважин, что влечет за собой большие капитальные затраты. Так, например, предварительные расчеты показывают, что для решения поставленной задачи потребуется пробурить не менее тысячи скважин на одном аэродроме.

Эффективность подобной системы защиты аэродромных и дорожных покрытий от обледенения может существенно выше при использовании подземных водоносных горизонтов в качестве аккумуляторов солнечной энергии, запасаемой в теплое время года, когда температура покрытий будет выше температуры воды в упомянутых водоносных горизонтах.

Известно устройство (патент СССР №1834947, МКИ Е01С 11/26) для защиты покрытий аэродромов, автомобильных дорог и мостов от обледенения, включающее трубчатый регистр, расположенный в полотне покрытия, рекуперативный теплообменник, водозаборную скважину, оснащенную погружным насосом и водоводами, "холодную" нагнетательную скважину, расположенную ниже по течению подземных вод относительно водозаборной скважины.

Существенным недостатком данного устройства является то, что он при зарядке теплотой (летом) и разрядке (зимой) такого аккумулятора использует один и тот же объем водонасыщенного грунта - пространство водоносного горизонта, расположенное между водозаборной и нагнетательной скважинами. При таком решении необходимо летом подогревать воду, которая была охлаждена зимой. Кроме того, подземные воды, как и реки, непрерывно движутся. Хотя и скорость подземных вод небольшая, но учитывая, что цикл "заряд-разряд" данного теплового аккумулятора происходит только раз в году, то накопленная тепловая энергия, за время, до ее полезного использования, может существенно изменить свое месторасположение: уйти от водозаборной скважины с неизбежными при этом теплопотерями.

Известно устройство (патент РФ №2242556) для защиты покрытий аэродромов, автомобильных дорог и мостов от обледенения, включающее трубчатый регистр, расположенный в полотне покрытия, рекуперативный теплообменник, водозаборную скважину, оснащенную погружным насосом и водоводами, "холодную" нагнетательную скважину, расположенную ниже по течению подземных вод относительно водозаборной скважины, которое снабжено "теплой" нагнетательной скважиной, расположенной на одной прямой линии с упомянутыми "холодной" нагнетательной и водозаборной скважинами и выше по течению подземных вод относительно водозаборной скважины на расстоянии, равном пути, проходимом подземными водами за полгода, а "холодная" нагнетательная скважина расположена относительно водозаборной скважины на расстоянии не менее суммы радиусов их влияния.

К существенным недостаткам этого и вышеупомянутого устройств следует отнести зависимость системы от непрерывного электроснабжения водозаборной и нагнетательной скважин, и в случае их остановки при низких температурах воздуха вся система придет в негодность, а непрерывно циркулировавшая вода замерзнет. Кроме того, они также энергозатратны, поскольку требуют задействования мощных насосных систем. Задачей изобретения является создание экономичного, эффективного и надежного способа предотвращения образования снега, сосулек и защиты от обледенения крыш зданий, ливнестоков, водостоков, тротуаров, ступенек, автомобильных дорог, аэродромов и мостов.

Этот технический результат достигается за счет того, что используется антиобледенительная замкнутая гидравлическая система, состоящая из газожидкостного и водожидкостного теплообменных аппаратов, насоса и системы пластиковых труб, заполненных незамерзающим теплоносителем.

Краткое описание чертежей.

На Фиг.1 показана антиобледенительная замкнутая гидравлическая система жилых и офисных зданий, состоящая из газожидкостного и водожидкостного теплообменных аппаратов, насоса и системы пластиковых труб, заполненных незамерзающим теплоносителем, функционирующая на основе теплого воздуха котельных и ТЭЦ, а также на основе извлечения тепла из труб системы отопления и горячего водоснабжения.

На Фиг.2 показана антиобледенительная замкнутая гидравлическая система подземных сооружений, состоящая из газожидкостного теплообменных аппаратов, насоса и системы пластиковых труб, заполненных незамерзающим теплоносителем, функционирующая на основе теплого воздуха метро и др. подземных сооружений.

На Фиг.3 показана антиобледенительная замкнутая гидравлическая система жилых и офисных зданий, состоящая из газожидкостного теплообменных аппаратов, насоса и системы пластиковых труб, заполненных незамерзающим теплоносителем, функционирующая на основе теплого воздуха помещений.

На чертежах:

1 - циркуляционный насос, 2 - система труб, 3 - газожидкостный теплообменный аппарат, 4 - водожидкостный теплообменный аппарат, 5 - система отопления и/или горячего водоснабжения, 6 - тротуары, 7 - ступеньки лестниц, 8 - крыши подъездов, 9 - желоба и водостоки, 10 - крыши домов, 11 - ливнестоки и приемные воронки, 12 - здание, 13 - грунт, 14 - котельная или ТЭЦ, 15 - система вентиляции, 16 - подземные сооружения, 17 - теплый воздух, 18 - вентиляционная шахта, 19 - чердачное помещение здания.

Сущность способа

Способ основан на использовании антиобледенительной замкнутой гидравлической системы, состоящей из газожидкостного и водожидкостного теплообменных аппаратов, насоса и системы пластиковых труб, заполненных незамерзающим теплоносителем. В качестве теплоносителя используется незамерзающая жидкость, которая циркулирует по контуру под действием насоса. Теплоноситель с заданным расходом прокачивается посредством циркуляционного насоса (1) через газожидкостный теплообменный аппарат (3), где нагревается до заданной температуры, затем по системе труб (2), которые уложены (аналогично электрическим обогревающим кабелям) во всех местах, где необходимо удалить снег и сосульки, в том числе это могут быть тротуары (6), ступеньки (7), крыши подъездов (8) и водостоки (9) крыш домов (10), ливнестоки и приемные воронки (11), автодороги, аэродромы, мосты и т.д.

В тех режимах, при которых тепловой мощности газожидкостного теплообменника недостаточно, включается водожидкостный теплообменный аппарат (4), в который обеспечено поступление воды из системы отопления и/или горячего водоснабжения (5), предназначенной для отопления различных зданий (12). На Фиг.1 показана такая антиобледенительная замкнутая гидравлическая, функционирующая на основе теплого воздуха котельных и ТЭЦ, а также на основе извлечения тепла из труб системы отопления и горячего водоснабжения.

Часть системы труб этой системы уложена под землей (13). По этой причине применяются трубы, изготовленные из пластика или металлопластика.

В качестве основного источника тепловой энергии в подземных зданиях и сооружениях (типа метро), а также зданий (см. Фиг.2, 3), может использоваться теплый воздух (17) из системы вентиляции зданий и подземных сооружений (16) или теплота (15) уходящих дымовых газов котельных (14) (см. Фиг.1) или иных отопительных систем, затем в случае необходимости дополнительно включается теплообменник (4), использующий тепловую энергию теплоносителя из систем отопления и/или горячего водоснабжения.

Система работает в "ждущем" режиме, проста в управлении, надежна и дешевле как в своих составных частях, так и по расходу электроэнергии по сравнению с электрическими кабельными системами, поскольку может использовать низкотемпературное тепло из системы отопления здания и вентиляции, а так же теплоту уходящих газов из отопительного котла.

Принцип действия способа

Принцип действия антиобледенительной замкнутой гидравлической системы жилых и офисных зданий, состоящей из газожидкостного и водожидкостного теплообменных аппаратов, насоса и системы пластиковых труб, заполненных незамерзающим теплоносителем (см. Фиг.1), основан на том, что незамерзающая жидкость с заданным расходом прокачивается посредством циркуляционного насоса (1) по системе труб (2) через газожидкостный теплообменный аппарат (3), где нагревается до заданной температуры. Система труб (2) уложена (аналогично электрическим обогревающим кабелям) во всех местах, где необходимо удалить снег и сосульки, в том числе это могут быть тротуары (6), ступеньки (7), крыши подъездов (8) и водостоки (9) крыш домов (10), ливнестоки и приемные воронки (11), автодороги, аэродромы, мосты и т.д. Теплоноситель, проходя через упомянутые места (где необходимо исключить оледенение), повышает температуру данных объектов до 0 градусов по Цельсию и выше. В случае непредвиденных ситуаций, связанных с отключением электроэнергии или выходом из строя циркуляционного насоса (1), даже при очень низких температурах воздуха, система труб (2) останется в рабочем состоянии и не будет подвержена замерзанию, в отличие от известных систем, где циркулирует обычная вода. Организация системы подогрева тротуаров вблизи зданий (по принципу, показанному на Фиг.1) позволяет исключить оледенение стекающих из ливнестоков (11) потоков воды при очень низких температурах воздуха. Также это исключает образование снега на тротуарах и обеспечивает свободное движение пешеходов в любое время года по чистому асфальту.

Принцип действия антиобледенительной замкнутой гидравлической системы подземных сооружений, состоящая из газожидкостного теплообменных аппаратов, насоса и системы пластиковых труб, заполненных незамерзающим теплоносителем (см. Фиг.2) основан на том, что теплый воздух (17) из подземных сооружений (16) по системе вентиляции (15) поднимается к вентиляционной шахте на поверхности (18). На небольшой глубине (нескольких метров) этой системы (15), где формируется максимальный поток и температура выходящего воздуха устанавливается теплообменный аппарат (3), через который по системе труб (2) прокачивается посредством циркуляционного насоса (1) незамерзающая жидкость. Трубы этой системы уложены как правило под тротуарами (6) и ступеньками лестниц (7), ведущим в систему подземных сооружений (16), чтобы исключить их оледенение.

Принцип действия антиобледенительной замкнутой гидравлической системы жилых и офисных зданий, состоящая из газожидкостного теплообменных аппаратов, насоса и системы пластиковых труб, заполненных незамерзающим теплоносителем (см. Фиг.2) основан на том, что теплый воздух (17) из помещения здания через вентиляционные отверстия поступает в воздуховод (15) вытяжного воздуха. Достигнув чердачного помещения (19), воздушные потоки (17) проходят через теплообменный аппарат (3), через который по системе труб (2) прокачивается посредством циркуляционного насоса (1) незамерзающая жидкость. Трубы этой системы уложены, как правило, вдоль желобов и водостоков (9) крыши (10), а также проходят через ливнестоки и приемные воронки (11). Таким образом, путь стока талой воды остается свободным в любое время и при любой температуре воздуха.

Принцип действия антиобледенительной замкнутой гидравлической системы автомобильных дорог, аэродромов и мостов, основан на том, что по системе труб (2) прокачивается посредством циркуляционного насоса (1) незамерзающая жидкость. Трубы этой системы уложены как правило под асфальтом дорог, аэродромов и мостов. Система подогрева жидкости в трубах может осуществляться как любым из вышеописанных способов, так и с использованием систем дополнительного электроподогрева, если вблизи установки этих систем нет систем горячего водоснабжения или воздуховодов, несущих теплый воздух подземных сооружений.

Различные варианты осуществления и адаптации способа, помимо показанных и описанных здесь, а также многие вариации, модификации и эквивалентные ему ясно следуют из приведенного выше описания и чертежей.

1. Способ предотвращения образования снега, сосулек и защиты от обледенения крыш зданий, ливнестоков, водостоков, тротуаров, ступенек, автомобильных дорог, аэродромов и мостов, содержащий газожидкостную и/или водожидкостную систему теплообменных аппаратов, циркуляционного насоса и систему нагревательных пластиковых труб, которая уложена во всех местах, где необходимо удалить снег, наледь, сосульки или исключить оледенение, отличающийся тем, что трубы заполнены незамерзающей жидкостью, причем незамерзающая жидкость непрерывно циркулирует по контуру системы под действием циркуляционного насоса и проходит через газожидкостную и/или водожидкостную систему теплообменных аппаратов, нагрев которых обеспечивается путем их расположения в системах вентиляции зданий, подземных сооружений или в трубах уходящих дымовых газов котельных или иных отопительных систем или путем расположения в системе отопления и/или горячего водоснабжения соответственно.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что дополнительно используются системы электроподогрева.