Пневматическая противообледенительная система для ликвидации сосулек на крышах зданий

Пневматическая противообледенительная система для ликвидации сосулек на крышах зданий

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Изобретение относиться к области строительства и жилищно-коммунального хозяйства и предназначено для ликвидации на крышах зданий сосулек и наледей, представляющих серьезную угрозу для прохожих и транспортных средств в местах их возможного падения.

Проблема ликвидации сосулек и наледи остро возникла в Санкт-Петербурге зимой 2010 года, когда в результате многоснежной зимы только в одном Центральном районе протекли кровли 1300 зданий, пострадали 5000 квартир. В итоге на ремонт всех попорченных крыш из городского бюджета было выделено более 0.5 млрд. рублей. Кроме того, от падения сосулек в городе пострадали более 260 человек (http:/www.kadis.ru/texts/index.phtml.?id=8876). В результате чего Правительство Санкт-Петербурга выпустило постановление от 10.08.2010 г.№1061 «О премии Правительства Санкт-Петербурга на лучший инновационный проект, направленный на применение новых технологий при проведении работ по уборке снега и удалению наледи с крыш зданий в Санкт-Петербурге». Однако ввиду сложности задачи этот конкурс не привел к сколь-нибудь существенным результатам. Поставленная задача по-прежнему остается актуальной и требует своего решения с привлечением специалистов различных специальностей.

Так, наиболее эффективным представляется способ борьбы с сосульками на этапах проектирования и строительства зданий. Как известно, главная причина образования сосулек и наледи - теплая скатная крыша, подогреваемая снизу теплом, идущим с чердака. Чтобы уменьшить приток этого тепла делаются «продувки» - специальные открытые окна на крышах. Академия коммунального хозяйства им. К.Д. Панфилова предлагает с этой целью наносить теплоизоляционное покрытие, например полиуретан, изнутри чердака на обрешетку кровли и кровельное железо, что уменьшит их подогрев. По результатам упомянутого выше конкурса о премии Правительства Санкт-Петербурга на лучший инновационный проект победил проект, предусматривающий нанесение на обрешетку кровли и кровельное железо эковаты, изготовленной из вторсырья - старых газет и белья (районная газета «Комендантский аэродром» №27(218) за декабрь 2010 года). Поступали также предложения об утеплении чердачных полов газобетонными плитами.

Все эти решения по своей сути являются паллиативными и не могут быть в полной мере реализоваться в условиях исторического городского фонда, здания которого с деревянными перекрытиями и со скатными крышами имеют большой износ. Кроме того, нет никакой гарантии относительно долговечности покрытий, наносимых на обрешетку кровли и кровельное железо изнутри чердака, а старые деревянные покрытия могут не выдержать веса теплоизоляционных плит из газобетонных плит.

Поэтому разработка новых устройств, предназначенных для непосредственной ликвидации сосулек и наледи, образовывающихся на скатных крышах зданий, является весьма актуальной. Известно несколько типов устройств для борьбы с обледенением защищаемых объектов: термические, механические, пневматические и гидрофобные. Так, устройства, реализующие термический способ защиты, содержат рукава, уложенные вдоль кромки крыши, по которой подается горячая вода или горячий воздух (патенты РФ №2333326, МПК E04D 13/076 от 27.05.2006; №2441122, МПК E04D 13/076 от 10.10.2011; МПК E04D 13/080 от 20.06.2007), либо электронагревательные кабели или элементы (патенты РФ №2310727, МПК E04D 13/076 от 10.11.2007, №2371339, МПК E04D 13/076 от 27.02.2009, патент РФ №2161680, МПК E04D 13/064 от 10.01.2001).

Устройства, реализующие механический способ защиты от сосулек и наледей, содержат механические, электромеханические пьезоэлектрические элементы для создания импульсных деформаций или вибраций в материале крыши с целью предупреждения образования и разрушения уже образовавшихся на кромках крыши и самой крыше сосулек и наледей (патенты РФ №2327829, МПК Е01Н 5/12 от 27.10.2007, №2439261, МПК У05В 13/076 от 20.11.2011). Главный недостаток этих устройств заключается в негативном воздействии на материал кровель.

Устройства, включающие гидрофобные покрытия кровель (например, патент РФ №2291261 МПК E04D 13/076 от 17.08.2005), не является достаточно надежным и прежде всего из-за малой долговечности этих покрытий.

Устройства, реализующие пневматический способ защиты объектов от обледенения нашли широкое распространение в авиации (патенты США №4516745, МПК И64В 15.18 от 14.05.1985, №4358075, МПК И64В 15.02 от 09.11.1982). Различные конструкции пневматических противообледенительных устройств, используемых в авиации, изложены в книге: Функциональные системы аэрокосмической техники / А.В.Бетин, Н.В.Бондарева, В.Н.Кобрин, С.А.Лобов, Н.В.Нечипорук. - Учебн. Пособие. - Харьков: Нац. Аэрокосмический Университет «Харьковский авиационный ин-т», 2005. - 112 с.).

Однако все эти технические решения полностью адаптированы к данной предметной области (авиации) и трудно реализуемы для решения задачи создания противообледенительных устройств для удаления сосулек и наледей на крышах зданий. Вместе с тем, следует отметить, что пневматические противообледенительные системы способны создавать весьма значительные усилия по разрушению сосулек и наледи, что делает их весьма перспективными для защиты зданий от сосулек и наледей в суровых климатических условиях. Это обстоятельство нашло подтверждение в устройствах разгрузки насыпных смерзшихся грузов с железнодорожных платформ, автомобилей и прицепов, содержащих гибкую оболочку, размещенную под грузом и в которую при разгрузка подается сжатый воздух, под воздействием которого оболочка раздувается и создает усилие, под действием которого груз приподнимается и сбрасывается с транспортного средства (см. АС №115804, МПК В60Р 1/00 от 30.05.85, АС №1161420, МПК В60Н 1/00 от 15.06.85).

С учетом изложенного выше из всех известных способов и устройств борьбы с сосульками и обледенением крыш зданий целесообразно использовать устройства, реализующие пневматический способ борьбы с сосульками и наледями, как наиболее эффективный и приспособленный способ борьбы с сосульками в условиях сурового климата.

Ближайшим аналогом к заявленному изобретению является устройство для борьбы с сосульками и наледями предложенное жилищным комитетом администрации Санкт-Петербурга. Это устройство включает «кишку полимерную», проложенную по периметру дома, и источник сжатого воздуха. Когда наледь начинает появляться, полый полимерный шланг накачивают воздухом, и ледяной нарост еще в безопасном объеме отлетает от крыши. Данное устройство описано информационным агентством РОСБАЛТ, Россия, Санкт-Петербург, документ www.rosbalt.ru/2010/08/10/761088/html, дата 2010-08-10 18:26:00+04.

Недостаток этого устройства заключается в том, что при значительном похолодании и перепадах температур на ряде участков «кишки полимерной», которая в дальнейшем будет называться протектором, возможно смерзание ее отдельных участков, что может перекрыть поступление сжатого воздуха на ряд участков «кишки» (протектора). Все это снижает эффективность применения устройства и его надежность. С другой стороны, естественное желание увеличить проходимость смерзшегося протектора путем подачи в него повышенного давления воздуха увеличивает вероятность разрыва протектора, что также снижает его надежность. Кроме того, прокладка протектора - «кишки» по всему фасаду здания, его выступам и изгибам может привести к сужению сечения «кишки» (протектора), а в ряде случаев к ее перекрытию и ускоренному смерзанию в условиях низких температур и их больших перепадов.

Смерзание оболочки протектора приводит к тому, что оболочка при подаче в нее сжатого воздуха полностью не может расшириться, вследствие чего наледи и сосульки, образующиеся на этой части протектора, которая смерзлась и не расширилась, не будут разрушены, что снижает надежность устройства.

С другой стороны, стремление все-таки ликвидировать наледи и сосульки, оставшиеся неразрушенными на поверхности смерзшейся части протектора, путем повторного наддува оболочка протектора или повышения давления этого наддува приведет к увеличению циклов нагрузки на оболочку протектора и увеличению нагрузки при каждом цикле нагружения оболочки протектора и, следовательно, также приведет к снижению надежности устройства.

Фасады и кромки крыш, особенно в исторической части города, имеют сложную конфигурацию, что затрудняет использование различных противообледенительных систем, особенно пневматических, из-за многочисленности изгибов и обусловленных ими сужений. Значительные трудности возникают при прокладке протяженных пневмокоммуникаций, размещении и установке источников сжатого газа и средств управления ими. Все это существенно сужает область применения существующих прикладных пневматических противообледенительных систем для ликвидации сосулек и наледи на крышах зданий.

Таким образом, технической задачей заявляемого изобретения является повышение надежности устройства и расширение области его применения.

Так, повышение надежности заявляемого устройства обеспечивается введением в его состав объемной крупноячеистой сетки, а также выполнением оболочки протектора из эластомерного, сложенного пополам в продольном направлении рулонного материала с напуском одной из сторон, свободно облегающего расположенную внутри оболочки гибкую крупноячеистую сетку. Подобное выполнение оболочки протектора исключает его предварительное натяжение, приводящее к предварительному нагружению оболочки. Объемная крупноячеистая сетка, находящаяся внутри протектора, не допускает слипания стенок оболочки протектора вследствие его смерзания и обеспечивает свободный доступ воздуха, подаваемого от компрессора, ко всем внутренним участкам оболочки. Предварительное натяжение оболочки в исходном состоянии (до ее наддува) исключается ее сообщением с атмосферой с помощью нормального открытого электровентиля.

Кроме того, надежность функционирования устройства обеспечивается таким размещением протектора, чтобы талая вода, стекающая с крыши, попадала на расположенный ниже протектор и замерзала, образуя сосульки и наледи на его поверхности, а не на кромке крыши, что достигается креплением протектора с помощью напуска его оболочки к подстилающим элементам кровли.

Кроме того, использование трубок, перфорированных отверстиями или отверстиями в виде сопел, через которые подается сжатый воздух для наддува протектора, обеспечивает равномерное его заполнение, исключает динамические нагрузки, что способствует увеличению надежности заявляемого устройства.

Протектор с трубкой и объемной крупноячеистой сеткой может рассматриваться как отдельный элементарный модуль, что позволяет создавать модульные конструкции, когда выходной штуцер при снятой заглушке соединяется с входным штуцером другой трубки, проходящей через свой протектор и т.д. Наличие соединенных подобным образом перфорированных трубок позволяет создавать модульные конструкции самой разнообразной конфигурации, что расширяет область применения устройства.

При большом числе модулей они могут соединяться друг с другом с помощью гибких шлангов, различных переходников и т.д., образуя единую многозвенную гибкую трубку, отдельные звенья (модули) которой могут огибать и повторять самые сложные контуры фасадов зданий и кромок двухскатных крыш. В этом случае источник сжатого газа (компрессор) через разветвитель может подключаться к образованной подобным образом трубе двумя способами. При небольшом числе модулей источник сжатого газа (компрессор) через разветвитель (тройник) подключается ко входу трубки первого модуля, а выходной штуцер последнего модуля закрывается заглушкой. При этом заполнение протекторов всех модулей осуществляется компрессором первого модуля. При большом числе модулей производительность одного компрессора может оказаться недостаточной, поэтому к выходному штуцеру последнего модуля многозвенной трубки может подключаться компрессор последнего модуля, который в данном случае используется в полной комплектации и включается (выключается) синхронно с компрессором и электровентилем первого модуля. В этом случае заполнение протекторов осуществляется двумя компрессорами, что ускоряет процесс применения устройства. Следует также отметить, что выходящие из протекторов части трубок, могут использоваться для крепления многозвенных модулей к элементам конструкции зданий.

Заявляемое устройство предназначено для работы в опасных условиях (атмосферные осадки, большие перепады температуры, повышенная влажность и т.д.), что вызывает необходимость использования низковольтных источников электропитания, например 12 В, для питания обмоток электродвигателя компрессора и электровентиля.

Таким образом, единым техническим результатом, достигаемым при осуществлении заявляемого изобретения, является повышение надежности устройства и расширение области его применения.

На чертеже фиг.1 представлено заявленное устройство с угловым вырезом и в разрезе, на фиг.2 - сосульки и наледи на протекторе, на фиг.3 - процесс их разрушения, на фиг.4 - монтажная схема размещения устройства на защищаемом здании.

Представленное на фиг.1 заявленное устройство включает протектор 1, выполненный в виде свободно сложенного в продольном направлении рулонного полотнища из эластомерного или разноармированного материала с напуском 2 размером δ=10…30 см одной из сторон. Все края рулонного полотнища, образующего протектор, герметически скреплены. Сквозь оболочку протектора через герметичные вводы 3 введена трубка 4, часть которой, находящаяся внутри протектора, перфорирована отверстиями 5 или соплами. Внутри протектора к трубке вдоль всей ее длины до стороны напуска прикреплена объемная крупноячеистая сетка 6. На выходящих из протектора концах трубки 4 установлены входной 7 и выходной 8 штуцеры. Компрессор 9 через первый выход I подключенного к его выходу разветвителя 10 (тройника) с помощью шланга 11 подключен к входному штуцеру 7 трубки 4, а второй выход II разветвителя (тройника) 10 соединен с входом нормально открытого электрического вентиля 12. Второй (выходной) штуцер 8 трубки 4 закрыт заглушкой 13. Электродвигатель компрессора 9 и обмотка электродвигателя 13 через двухполюсной выключатель 14 подключены к низковольтному источнику напряжения 15, например 12 В, выполненному либо в стационарном, либо в переносном вариантах. В последнем случае электродвигатель компрессора 9 и электрическая обмотка электровентиля 12 параллельно подключены к розетке 16, в которую включается указанный низковольтный источник напряжения.

Заявленное устройство на защищаемом объекте размещается следующим образом. Так, с целью обеспечения надежности устройства и в первую очередь такой ее составляющей, как сохраняемость, компрессор 9 с разветвителем 10 и электровентиль 12 размещаются не на открытом воздухе, где они могут подвергаться различным атмосферным воздействиям, а на чердаке или под скатом крыши в непосредственной близости от защищаемого участка кровли вблизи места установки протектора 1. Узел крепления протектора 1 на крыше здания с помощью напуска 2 протектора 1 показан на фиг.2. С этой целью там же может размещаться низковольтный источник питающего напряжения 12 В.

Средства управления устройством: розетка 16, двухполюсный выключатель 14, посредством четырехжильного кабеля выводится на пульт управления, находящийся в техническом или служебном помещениях зданий и сооружений или в помещении консьержа. Розетка 15 для автономного питания системы может выводится и закрепляться на наружной поверхности стены здания на высоте, удобной для подключения автономного источника питания и работы с ним.

Монтажная схема размещения заявленного устройства на защищаемом здании приведена на фиг.4 в обозначениях, принятых на фиг.1.

Устройство работает следующим образом. В исходном состоянии выключатель 14 разомкнут, а в розетку 16 не включен автономный источник питания. В этом случае устройство находится в обесточенном состоянии, а нормально открытый в этом состоянии электровентиль 12 сообщает полость протектора 1 с атмосферой.

Когда на выполненном, как это показано на фиг.1, фиг.2 и фиг.3, протекторе 1, оболочка которого в исходном состоянии свободно облегает гибкую крупноячеистую сетку 6, образуется своеобразный нарост из наледи и сосулек, оператор или работник ЖКХ устанавливает выключатель 14 в положение «включено» или подсоединяет переносной источник низковольтного напряжения к розетке 16. В этом случае напряжение подается на обмотку электровентиля 12, который срабатывая, закрывает свое проходное сечение, образуя совместно с разветвителем (тройником) 10, шлангом 11, штуцером 7, трубкой 5 и внутренней полостью протектора 1 закрытый объем. Одновременно напряжение подается на электродвигатель компрессора 9, который начинает работать и заполнять сжатым воздухом этот объем. Благодаря наличию перфорированных отверстий или сопел 5 в трубке 4 и наличию объемной ячеистой сетки 6, размещаемой внутри протектора 1, смерзание отдельных участков оболочки протектора 1 исключается и сжатый воздух оказывает равномерно возрастающее давление на все внутренние участки оболочки протектора 1 при его заполнении. Когда это давление внутри расширяющейся под его воздействием оболочки протектора 1 превысит прочность ледяного нароста (сосульки), последний под воздействием возникающих в нем нормальных и касательных напряжений и разламывающих усилий разрушается, как это показано на фиг.3. При расширившемся, изменившем первоначальную форму, раздувшемся протекторе 1 гибкая объемная ячеистая сетка 6, прикрепленная к трубке 4, также деформируется (см. фиг.3). Отколовшиеся от деформированного подобным образом протектора 1 куски льда от образовавшихся на нем сосулек и наледи падают вниз на придомовой участок, который на время ликвидации сосулек и наледи отгораживается и охраняется, чем обеспечивается безопасность работ по очистке крыш зданий от сосулек.

После разрушения сосулек и наледи на протекторе 1 сотрудник ЖКХ переводит переключатель 14 в положение «выключено» и (или) обесточивает розетку 16. В результате чего компрессор 9 прекращает функционирование и подачу воздуха в протектор 1, а обмотка электровентиля 12 обесточивается, в результате чего его проходное сечение вновь открывается, сообщая полость протектора с атмосферой. Растянувшаяся ранее оболочка протектора 1 под действием упругих сил, возникших ранее в материале, растянувшемся в результате наддува оболочки протектора 1, вновь стягивается и занимает исходное положение, показанное на фиг.1 (см. сечение А-А), после чего устройство вновь готово к работе.

При повторной и всех возможных последующих попытках разрушения оставшихся или вновь образовавшихся на протекторе 1 наледи и сосулек весь описанный выше цикл работы устройства вновь повторяется.

Описанное выше устройство может рассматриваться как отдельный автономный модуль. Так, в зависимости от размеров и конфигурации защищаемых зданий и крыш к выходному штуцеру 8 трубки 4 вместо заглушки 13 с помощью различных переходников или гибких шлангов подключается второй протектор, а к нему третий и т.д. В этом случае собранные в единую систему модули могут свободно повторять конфигурацию фасадов, кромок крыш и их выступающих элементов. Тем самым расширяются возможности устройства и облегчается удаление сосулек и наледи с выступающих элементов крыш и зданий, прежде всего в исторической части города.

Технический эффект, получаемый в результате использования заявляемой пневматической противообледенительной системы для удаления сосулек на крышах зданий, заключается в повышении надежности и расширении области ее применения.

Таким образом, благодаря новой совокупности существенных признаков решается поставленная задача и достигается указанный выше технический результат.

Пневматическая противообледенительная система для ликвидации сосулек и наледи на крышах зданий, содержащая герметичный протектор из эластомерного или резиноармированного материала с возможностью подключения к источнику сжатого воздуха (компрессору), отличающаяся тем, что протектор выполнен плоским из сложенного пополам в продольном направлении рулонного полотнища с напуском δ=10…30 см одной из сторон, которое со всех сторон свободно облегает объемную крупноячеистую сетку, например, прямоугольной формы, покрывающую всю внутреннюю площадь протектора, через который пропущена трубка со штуцерами на концах и которая прикреплена к краю объемной крупноячеистой сетки со стороны напуска, причем часть трубки, находящаяся в протекторе, перфорирована отверстиями или отверстиями в виде сопел, а выход источника сжатого воздуха (компрессора) через первый выход подключенного к его выходу разветвителя (тройника) и шланг соединен с входным штуцером трубки, выходной штуцер которой закрыт заглушкой, второй выход разветвителя (тройника) подключен к входу нормально открытого электровентиля, обмотка которого и обмотка электродвигателя компрессора через двухполюсный выключатель параллельно подключены к низковольтному, например 12 В, источнику электропитания и к розетке для подключения к системе автономного низковольтного переносного источника электропитания.