СИСТЕМА УДАЛЕНИЯ СНЕГА С КРЫШ

Изобретение относится к способам и системам, обеспечивающим удаление снега, накапливающегося на крышах зданий, имеющих значительную площадь, для предотвращения аварийных ситуаций, например, разрушения крыш под весом скопившегося снега. Такие способы и системы могут найти также применение при эксплуатации тротуаров, аэродромов, автомобильных дорог и мостов и других строительных объектов.
Удаление и растапливание снега на указанных объектах осуществляется разными путями.
В заявке US 2009241436 от 10.01.09 раскрывается система удаления снега с крыш посредством преобразования снега в мелкие частицы механическим воздействием с дальнейшим сбросом его с крыш.
В основе многих других известных систем, решающих задачу удаления снега с крыш, лежит процесс обогрева поверхности крыши посредством электрического источника или с помощью текучего, жидкого или газообразного агента.
Известна система, осуществляющая обогрев кровель и водостоков путем обогрева и содержащая средства переноса теплоносителя, а также вытяжные системы вентилируемых отапливаемых помещений здания. Вытяжные системы вентилируемых отапливаемых помещений зданий соединены посредством каналов подвода теплоносителя со средствами переноса теплоносителя, контактирующими с наружными покрытиями кровель, дождевыми желобами. В каналах подвода теплоносителя и/или в средствах переноса теплоносителя дополнительно установлены вентиляторы (см. патент РФ №2375529 от 08.06.06).
Недостатком подобных систем является то, что для осуществления эффективного растапливания снега требуются большие затраты энергии, т.к. в таких системах имеются продолжительные по длине магистрали трубопроводов, по которым необходимо длительное время подавать жидкий теплоноситель, и в условиях продолжительной по времени зимы и обильных снегопадов обогрев крыш становится очень затратным, особенно для крыш большой площади.
В патенте на полезную модель РФ №46275 обогрев кровель крыш выполняют посредством проводников электрического нагрева, проложенных по поверхности крыш.
Но и в этом случае техническому решению присущи те же недостатки, что и предыдущему изобретению.
Известны, также, системы, использующие для осуществления таяния снега подачу теплого жидкого теплоносителя.
Известно, например, устройство для удаления снега и льда с крыш зданий и сооружений, имеющее не менее одной трубы, содержащей боковые отверстия, расположенные на соответствующем расстоянии друг от друга, при этом в трубу (трубы) подается вода соответствующей температуры. Вода через эти боковые отверстия изливается на всю крышу здания и, растекаясь по ней, вступает в контакт со снегом (и льдом), находящимся на крыше, начинает плавить его, превращая в воду и смывая затем через водосточные трубы на землю (см. заявка РФ №2004137335 от 21.12.04).
В указанном известном решении предусматривается удаление снега путем растапливания его посредством контакта снега с жидким теплоносителем. Действительно, при определенных условиях таким способом можно эффективно плавить снег с его последующим удалением.
Однако, в действительности на разных стадиях взаимодействия жидкого текучего теплоносителя со снегом происходит довольно сложный процесс с образованием различных структур в зоне их контакта.
Дело в том, что в указанном способе нижний жидкий тонкий слой растопленного снега впитывается расположенным над ним слоем снега. Вода замерзает, и образуется ледяной твердый наст, который противодействует растапливанию снега, и через сравнительно непродолжительное время процесс таяния практически прекращается. Требуются какие-либо дополнительные воздействия, например, механическое воздействие на снег, которое разрушило бы образовавшуюся жесткую корку на границе с крышей, чтобы процесс плавления возобновился на некоторое время.
Кроме того, такой системе также присущи недостатки затратного энергетического характера, связанные с достаточно большими габаритами крыш.
В то же время, существуют системы, осуществляющие плавление снега, собранного с городских магистралей и улиц, использующие так называемые снеготаялки. В этих системах, сброшенный грузовиками снег растапливается в бункерах снеготаялки посредством различных источников тепла, а образовавшаяся вода сливается в сбросные магистрали.
Так в патенте РФ №2339759 установка для таяния снега содержит ванну, разделенную на сообщенные между собой отсеки, один из которых предназначен для сбора снега, первое средство для нагрева, предназначенное для нагрева талой воды ванны, и второе средство для нагрева, связанное с источником тепла, а также систему подачи нагретой воды в отсек для сбора снега, включающую в себя насос, установленный в ванне и соединенный трубопроводами с распределительным коллектором подачи нагретой воды. Указанные первое и второе средства для нагрева связаны между собой с обеспечением передачи тепла от второго средства к первому.
Такие устройства хорошо работают для своего назначения - плавление большого количества снега, используя большие энергетические возможности. Но для решения локальных задач при сравнительно небольшом количестве собираемого снега они не пригодны, т.к. они чрезвычайно громоздки и являются стационарными объектами, построенными для длительного применения на одном месте.
Задачей настоящего изобретения является создание системы удаления снега с крыш зданий, обеспечивающей эффективную очистку снега со всей поверхности крыши.
Другой задачей настоящего изобретения является создание системы удаления снега, обеспечивающей безопасность крыш зданий путем удаления опасного для разрушения количества снега в течение всего сезонного периода образования снега.
Еще одной задачей настоящего изобретения является создание системы удаления снега, являющейся малогабаритной в весовом и размерном отношении.
Дополнительной задачей настоящего изобретения является создание системы экономично использующей энергетические мощности. Еще одной задачей настоящего изобретения является обеспечение удобной и простой эксплуатации системы удаления снега.
Для решения указанных задач предлагается система удаления снега с крыш зданий, содержащая установленную на крыше здания установку для плавления снега, включающую в себя источник тепловой энергии, ванну для снега, первое теплообменное устройство, взаимодействующее с указанным источником тепловой энергии, и линию подачи нагретой воды в ванну для снега, имеющую связанный с нижней частью ванны насос, соединенный трубопроводами через первое теплообменное устройство с распределительным коллектором подачи нагретой воды в указанную ванну, а также запорно-регулирующую аппаратуру, при этом сливное устройство ванны выполнено с возможностью слива талой воды в водостоки крыши.
Кроме того, в системе указанная установка для снега установлена на приспособлениях для перемещения ее по крыше.
Дополнительно, указанные приспособления для перемещения установки выполнены в виде одного, выбранного из лыж, салазок или колес.
Система удаления снега с крыш может дополнительно содержать замкнутый контур, расположенный между источником тепловой энергии и линией подачи нагретой воды в ванну для снега и включающий в себя взаимодействующее с источником тепловой энергии второе теплообменное устройство и дополнительный насос. В таком выполнении системы указанные первое и второе теплообменные устройства связаны между собой с обеспечением передачи тепла от второго устройства к первому.
Кроме того, система может дополнительно содержать линию первоначального растапливания снега в ванне, входом и выходом связанную с трубопроводами указанного замкнутого контура и в которой расположено установленное с внешней стороны ванны средство для нагрева. В месте соединения входа этой линии с замкнутым контуром установлено регулировочное устройство, обеспечивающее заданное распределение теплового агента, включая перекрытие линии первоначального растапливания снега.
В указанной системе вход линии первоначального растапливания снега соединен с замкнутым контуром после его насоса, а сливное устройство ванны и расположенные на указанной установке трубопроводные магистрали выполнены с обеспечением слива самотеком оставшейся после завершения работы системы воды.
Сущность настоящего изобретения будет более понятна при ознакомлении с последующим описанием предпочтительных вариантов выполнения заявленной системы с учетом сопроводительных чертежей, на которых
На фиг.1 - представлен общий вид системы, на котором показано расположение установки для растапливания снега на крыше здания.
На фиг.2 - представлено в схематичном виде выполнение одного предпочтительного варианта настоящего изобретения.
На фиг.3 - представлено в схематичном виде выполнение другого предпочтительного варианта настоящего изобретения с замкнутым контуром.
На фиг.4 - представлено в схематичном виде выполнение еще одного предпочтительного варианта настоящего изобретения с линией первоначального растапливания снега.
Система удаления снега с крыш зданий содержит установку 1 для плавления снега, установленную на крыше 2 здания. Установка 1 размещается на крыше 2 каким-либо известным и подходящим для данного случая грузоподъемным устройством. Для использования на крышах изготавливают установку 1, облегченную по сравнению со стационарными установками такого типа и весящую приблизительно 400-500 кг. Корпус 3 установки 1 закрепляют на средствах N, с помощью которых она может быть перемещена по крыше 2. К таким средствам могут относиться лыжи, салазки, колеса и т.п. В то же время, установка 1 может не иметь таких средств и находиться на крыше 2 постоянно на время работы системы на одном месте. Для уменьшения веса и габаритов все элементы установки и принадлежащих ей систем размещены в едином корпусе 3 установки 1. Установка включает в себя ванну 4 (отсек установки), в которую сбрасывается и в которой растапливается собранный с крыши снег. Источник 5 тепловой энергии, обеспечивающий тепло для плавления снега, для уменьшения веса может выполняться, как правило, в виде электрического источника. Он установлен в другом отсеке установки 1 и соединен электрическими кабелями с системой электроснабжения, обеспечивающей его электроэнергией, мощностью приблизительно до 100 кВт. В этом же отсеке размещается первое теплообменное устройство 6, взаимодействующее по передаче тепла с источником 5 непосредственно или в других вариантах выполнения через дополнительные элементы системы. В настоящей системе имеется линия подачи нагретой воды в ванну 4, включающая в себя трубопроводы 7, в которых расположены насос 8 и первое теплообменное устройство 6. На выходе у трубопроводов 7 выполнен коллектор 9 подачи нагретой воды на снег в ванну 4, а насос 8 установлен с возможностью забора талой воды из ванны 4. Насос 8 обычно располагается в небольшом отсеке, сообщаемся с ванной 4, а для уменьшения попадания в него грязи между ними может быть установлена фильтрующая решетка. В ванне 4 имеется сливное устройство 10, которое позволяет сливать воду растопленного снега с крыши 2. Для этого устройство 10 может обеспечивать слив воды непосредственно на крышу 2, а затем вода стекает через водостоки крыши, или к сливному устройству 10 может быть присоединено какое-либо приспособление, например, сливной рукав, по которому вода направляется к водостокам. В ванне 4, как обычно осуществляется в подобных устройствах растапливания снега, в процессе плавления поддерживается определенный баланс между сливающейся водой и количеством снега и воды, которое остается в ванне 4. Тем самым поддерживается заданный, не превышающий предельно высокий уровень снега в ванне. Это достигается за счет регулирования процесса теплообмена и выбора параметров сливного устройства 10.
В одном предпочтительном варианте выполнения процесс передачи тепла от источника 5 теплообменному устройству 6 осуществляется посредством дополнительных элементов системы. Дело в том, что при вышеуказанной схеме передачи тепловой энергии имеется вероятность попадания грязи или мусора на источник 5 и на связанные с ним элементы системы электроснабжения (в случае, когда источник тепловой энергии имеет жидкий или газовый тепловой агент из системы теплоснабжения здания, может загрязняться такая система теплоснабжения). Такая грязь может попадать в магистрали системы из трубопроводов 7 линии подачи нагретой воды, в которых может находиться грязь, оказавшаяся после таяния снега. Во избежание такого неблагоприятного явления в систему дополнительно вводится замкнутый контур 11, расположенный между источником 5 тепловой энергии и линией подачи нагретой воды в ванну 4 для снега. В контуре 11 установлены взаимодействующее с источником 5 тепловой энергии второе теплообменное устройство 12 и дополнительный насос 13, осуществляющий перекачку находящегося в трубопроводах 14 контура 11 теплового агента. Трубопроводы 14 обеспечивают прохождение нагретого теплового агента через теплообменное устройство 6, где происходит передача тепла находящейся в трубопроводах 7 воде для направления ее на снег в ванне 4.
В другом предпочтительном варианте выполнения настоящая система обеспечивает первоначальное плавление снега, так называемый «сухой» запуск. Дело в том, что в данной установке для осуществления эффективного плавления снега используется талая вода самого снега, которая нагревается и подается сверху на снег. Но в начальный момент снег в ванне 4 находится в твердом состоянии, а расположенная на крыше 2 установка 1, как правило, не связана с дополнительным источником воды, например, с системой теплоснабжения здания. Поэтому для обеспечения начального этапа плавления снега и получения талой воды с целью более эффективной работы системы необходимо осуществить передачу тепла находящемуся в ванне 4 снегу. В настоящей системе для этого может быть введена линия первоначального растапливания снега в ванне 4, трубопроводы 15 которой входом и выходом связаны с трубопроводами 14 замкнутого контура 11. Для нормального функционирования насоса 13 вход трубопроводов 15 находится по направлению движения теплового агента за насосом 13 в замкнутом контуре 11. В этой линии растапливания снега расположено установленное с внешней стороны ванны 4, как правило, в нижней ее части, средство 16 для нагрева снега, выполняемое обычно в виде теплообменника. В месте соединения входа трубопроводов 15 с трубопроводами 14 замкнутого контура 11 установлено регулировочное устройство 17, обеспечивающее заданное распределение теплового агента по линии первоначального растапливания снега и по этому контуру 11. Регулировочное устройство 17 может быть выполнено в виде крана, перекрывающего трубопроводы 14 или трубопроводы 15, при этом все количество теплового агента течет по не перекрытым трубопроводам. В другом исполнении крановое устройство 17 может частично перекрывать одни из указанных трубопроводов, обеспечивая перераспределение теплового агента по трубопроводам в заданном соотношении, при этом имеется возможность полного перекрытия трубопроводов 15 после окончания первоначального растапливания снега.
Во всех вариантах осуществления заявленной системы удаления снега сливные участки установки 1 выполнены с обеспечением полного слива воды, оставшейся в установке 1 после завершения процесса плавления снега, что позволяет избежать замораживание воды и разрушение из-за этого элементов установки. Для этого, в частности, трубопроводы системы имеют определенный наклон, обеспечивающий слив воды самотеком.
В системе установлена соответствующая для данного случая запорно-регулирующая аппаратура, хорошо известная из подобных систем уровня техники.
Настоящая система удаления снега с крыш зданий работает следующим образом. С помощью приемлемого грузоподъемного устройства установка 1 размещается на крыше 2 здания. Вопрос очистки снега часто возникает на достаточно плоских крышах, имеющих значительную площадь. В таком случае образуется серьезная опасность разрушения крыши под тяжестью скопившегося снега. Известные способы очистки являются слишком дорогими или мало эффективными. Настоящая система удаления снега, решая указанную проблему, включает в себя установку, являющуюся достаточно малогабаритной, но эффективно растапливающей собранный с крыши снег. Вес данной установки колеблется приблизительно от 400 до 500 кг, что позволяет без риска разрушения устанавливать и безопасно эксплуатировать ее даже на практически плоских крышах. Габаритные размеры составляют приблизительно по плоскости 1 м. на 3 м. и по высоте 1 м. Установка располагается не непосредственно на поверхности крыши, а на определенных средствах, которые позволяют перемещать установку по крыше во время уборки снега, или такие средства обеспечивают стационарное размещение установки 1, когда размер и форма поверхности крыши позволяют собирать снег и сбрасывать его в ванну 4 установки без ее передвижения. К средствам для перемещения могут относиться лыжи, салазки, колеса и т.п. устройства, которые, как правило, имеют дополнительные приспособления поддерживающего характера для закрепления на установке 1. После окончательного размещения и закрепления установки 1 на крыше 2 осуществляют задействование источника 5 тепловой энергии. В случае электрического источника 5 выполняют подсоединение его к кабелям системы электроснабжения, если источник 5 энергии использует текучий тепловой агент, то источник может быть подсоединен к системе теплового снабжения здания.
Процесс удаления снега с крыши 2 в настоящем изобретении сводится к отдельным основным этапам: сбор снега с крыши; загрузка снегом ванны 4 установки 1; растапливание снега в ванне 4; слив талой воды после таяния снега из ванны 4 и удаление воды с крыши 2 по ее водостокам; окончательный слив остатков воды из установки после завершения работ по удалению снега.
Сбор снега с крыши 2 может осуществляться различными способами с помощью механических средств или посредством автоматизированной уборки с помощью средств малой механизации. Если установка закреплена к средствам, которые не осуществляют ее перемещение, то рабочие, выполняющие сбор снега, могут быть снабжены какими -либо устройствами, передвигающимися по крыше для загрузки в них снега, из которых затем снег выгружается в ванну 4.
При наличии определенного количества снега в ванне 4 начинают осуществлять процесс растапливания. В одном предпочтительном варианте выполнения настоящего изобретения насос 8 подает образовавшуюся на дне ванны 4 воду по трубопроводам 7 в первое теплообменное устройство 6, где посредством теплообменного взаимодействия с источником 5 вода нагревается. Затем нагретая вода поступает в коллектор 9, из которого равномерно подается на находящийся в ванне 4 снег. Снег тает, в нижней части ванны 4 образуется слой воды, идущей на слив и в линию подачи нагретой воды. Допустимый уровень снега в ванне 4 обеспечивается известными из уровня техники регулирующими средствами. Слив воды из ванны 4 осуществляется непосредственно на крышу 2, а затем по ее поверхности к имеющимся водостокам, или посредством рукавов или шлангов, соединенных со сливным устройством 10 ванны и с водостоками. Процесс уборки и растапливания снега заканчивается, когда убрано или оставлено заданное количество снега (порой бывает, что для обеспечения безопасности не требуется полная очистка крыши). После завершения этого процесса во избежание замораживания остатков воды осуществляют ее полный слив из установки, чему способствует расположение трубопроводов, в которых может остаться вода, под определенным углом наклона. Установка 1 может оставаться на крыше 2 в течение всего зимнего периода и задействоваться по мере необходимости.
В другом предпочтительном варианте выполнения настоящего изобретения в систему вводится замкнутый контур 11, расположенный между источником 5 тепловой энергии и линией подачи нагретой воды в ванну 4. Посредством элементов этого контура обеспечивается передача тепловой энергии от источника 5 первому тепловому устройству 6. Тепловой агент, расположенный в трубопроводах 14 контура 11, нагревается благодаря тепловому взаимодействию с источником 5 во втором теплообменном устройстве 12. Затем этот тепловой агент посредством насоса 13 идет к первому теплообменному устройству 6, где передает тепло проходящей по нему из трубопроводов 7 воде для нагрева снега ванны 4. Данный вариант осуществления позволяет избежать риска попадания грязи и вследствие этого засорения элементов источника 5. Грязь может попасть в талую воду из сброшенного в ванну 4 снега, а засорение может нарушить работу стационарных систем энергоснабжения здания. Что касается остального, а именно сбора, растапливания снега и слива талой воды, система в этом варианте выполнения изобретения работает аналогичным образом, как и в первом варианте.
В еще одном варианте выполнения настоящего изобретения производится первоначальный нагрев сброшенного в ванну 4 снега. Как правило, в начальный период времени снег в ванне 4 находится в твердом состоянии, и для начала процесса растапливания необходимо некоторое количество нагретой воды для сброса ее на снег. Для этой цели в настоящей системе обеспечивается первоначальный нагрев снега в нижней части ванны 4 для получения талой воды и для последующей ее подачи в нагретом состоянии на снег. В систему вводится линия первоначального растапливания снега, трубопроводы 15 которой входом и выходом связаны с трубопроводами 14 замкнутого контура 11. С внешней стороны ванны 4 закрепляется средство 16 для нагрева (например, теплообменник) снега, через которое проходят трубопроводы 15. В месте соединения входа трубопроводов 15 с трубопроводами 14 замкнутого контура 11 установлено регулировочное устройство 17, обеспечивающее заданное распределение теплового агента по линии первоначального растапливания снега и по этому контуру 11. С помощью насоса 13 тепловой агент, который постоянно находится в контуре 11, направляется к средству 16 нагрева. Проходя через средство 16, нагретый агент передает тепло снегу в ванне 4, который начинает таять с образованием талой воды, которая насосом 8 в линии подачи нагретой воды направляется к коллектору 9 для подачи сверху на снег. Вход трубопроводов 15 находится по направлению движения теплового агента за насосом 13 в замкнутом контуре 11. Регулировочное устройство 17 может быть выполнено в виде крана, перекрывающего трубопроводы 14 или трубопроводы 15, при этом все количество теплового агента течет по не перекрытым трубопроводам. В другом исполнении крановое устройство 17 может частично перекрывать одни из указанных трубопроводов, обеспечивая перераспределение теплового агента по трубопроводам в заданном соотношении. При достижении стационарного расчетного процесса растапливания снега регулировочное устройство 17 перекрывает подачу теплового агента в трубопроводы 15, а работа установки 1 идет до заданного завершения процесса. Остальная часть работы установки 1 осуществляется аналогичным образом, как и во втором варианте.
Из описания указанных предпочтительных вариантов осуществления настоящего изобретения отчетливо видны преимущества системы по сравнению с решениями известного уровня техники, заключающиеся, в частности, в эффективном способе удаления снега, в обеспечении безопасности строительной конструкции крыши, в эффективном использовании энергетических мощностей. Следует, также, обратить внимание, что практически все элементы системы расположены в едином корпусе, позволяя быстро и удобно эксплуатировать систему в течения всего срока службы.
В данном описании раскрыты предпочтительные варианты выполнения системы, но следует понимать, что, не отходя от сущности изобретения, можно предложить и другие модификации, которые находятся в рамках заявленного в предложенной формуле изобретения.