СИСТЕМА ВНЕШНЕГО ВОДОСТОКА С КРОВЛИ КРЫШИ ЗДАНИЯ
EXTERNAL DRAINAGE SYSTEM FROM THE ROOFING OF THE BUILDING

Изобретение относится к строительству, в частности к инженерному оборудованию зданий, конкретно к системам внешнего водостока для удаления талой воды в зимний период с кровель крыш зданий, оборудованных электронагревательными кабельными антиобледенительными системами.
Известна система внешнего водостока с электрическим подогревом, в которой на водоприемную воронку, имеющую ободок, конус и стакан, и водосточную трубу нанесен слой теплоизоляционного материала, а электрические нагревательные элементы размещены на внешней поверхности водоприемной воронки и водосточной трубы под слоем этого материала, причем в водосточную трубу введен воздушный клапан, перекрывающий поперечное сечение водосточной трубы и обеспечивающий пропускание текущей сверху талой воды и ликвидирующий прохождение воздуха снизу за счет естественной тяги [1] (патент РФ 2158809, Е04D 13/064, опубл. 10.11.2000).
Недостатком такого технического решения является, во-первых, высокая материалоемкость и стоимость такой системы внешнего водостока, а во-вторых, она обеспечивает сброс воды непосредственно на землю, имеющую зимой отрицательную температуру, что приводит к образованию наледей непосредственно под водосточными трубами.
Ближайшим техническим решением к заявленному (прототипом) являются предложенная в [2] антиобледенительная система, у которой на карнизном свесе кровли и в желобах жестко закреплены нити электрического нагревательного кабеля для растапливания находящегося на кровле крыши и в желобах снега, а в водосточных трубах системы внешнего водостока проложены свободно закрепленные на тросе или на цепи и непересекающиеся между собой нити (от одной до нескольких) электрического нагревательного кабеля, при этом сливное колено каждой водосточной трубы соединено подземной трубой со своим водоприемником, представляющим собой ливневый колодец, на стенке которого закреплен электрический нагревательный кабель для ее обогрева до точки промерзания грунта.
Такое выполнение системы внешнего водостока имеет ряд существенных недостатков, снижающих ее технико-экономическую эффективность. Во-первых, высокая материалоемкость (увеличенный расход кабеля) и трудоемкость монтажа этой системы (закрепление кабеля на стенках ливневого колодца), что несомненно повышает ее стоимость и эксплуатационные затраты на обслуживание. Во-вторых, обогрев стенок ливневого колодца значительно повышает энергозатраты на процесс водоотведения талой воды с крыши непосредственно до коллектора ливневой канализации. В-третьих, такая антиобледенительная система обладает невысокой надежностью. Электрический нагревательный кабель в ливневом колодце подвергается особенно в летний период механическому воздействию ливневых потоков, несущих, как правило, довольно много механических примесей, например песка, которые с течением времени нарушают механическую прочность внешней оболочки кабеля и ее электроизоляционные свойства. Кабель, проложенный в водоприемной воронке, попадает под действие снега, льда, солнечной радиации, потоков воды, стекаемой с кровли и несущей смываемые с нее твердые частицы. Это отрицательно сказывается на механической прочности и электроизоляционных свойств его внешней оболочки кабеля в водоприемной воронке. Замена кабеля, особенно в ливневом колодце, требует больших трудозатрат. В-четвертых, такая система водоотведения талой воды в принципе возможна только при наличии около здания ливневой канализации, что соответственно резко сужает область применения такой кабельной антиобледенительной системы на практике.
Поэтому прототип не может обеспечить эффективный процесс отведения талой воды с карнизного свеса крыши даже при наличии у здания ливневой канализации, так как имеет высокую энергоемкость отвода талой воды, невысокую эксплуатационную надежность и довольно высокие затраты на обеспечение работы этой системы.
Задачей изобретения является создание универсальной системы внешнего водостока талой воды в зимний период с кровли крыши здания, оборудованной электронагревательной кабельной антиобледенительной системой, в которой ликвидированы условия образования наледей не только в самой системе внешнего водостока, а и на земной поверхности непосредственно под водосточной трубой вне зависимости от наличия вблизи здания ливневой канализации и имеющей, кроме того, более высокие технико-экономические показатели работы этой системы.
Достигаемый при этом технический результат заключается в расширении области применения предлагаемой системы внешнего водостока талой воды с кровель крыш, оборудованных электронагревательными кабельными антиобледенительными системами, при одновременном уменьшении потерь тепла в окружающую среду, а соответственно и снижении энергозатрат процесса водоотведения, а также повышении надежности работы этой системы и уменьшении трудозатрат на ее эксплуатацию.
Указанный технический результат достигается тем, что на ободке водоприемной воронки установлена съемная полая конусообразная вставка, верхнее большее основание которой перекрывает входное сечение ободка воронки, а нижнее меньшее снабжено насадком, причем вставка размещена с коаксиальным зазором между ободком, конусом и стаканом водоприемной воронки, кабель для обогрева водостока соединен с кабелем для обогрева элементов крыши разъемной соединительной муфтой и далее спирально жестко закреплен в коаксиальном зазоре на наружной поверхности вставки с зазором относительно воронки и верхнего конца внешней водосточной трубы и прикреплен к тросу ниже насадка зажимами, которые внутри указанной трубы имеют плоские вертикальные ребра и развернуты относительно друг друга, а подземная труба для соединения с водоприемником гидро- и теплоизолирована с внешней стороны.
Водоприемник выполнен в виде заполненного твердым кусковым водостойким наполнителем поглотительного колодца, дно которого расположено в дренирующем слое грунта, стенки колодца в дренирующем слое перфорированы, а крышка люка колодца имеет съемную пробку, выполненную в зимнем герметичном варианте и в летнем, имеющем выше крышки люка каналы для сброса воды.
Кроме того, на конце троса закреплен груз округлой формы диаметром, обеспечивающим беспрепятственное прохождение троса с закрепленным кабелем по водосточной и подземной трубам.
В указанную в самостоятельном пункте формулы изобретения совокупность признаков включены все признаки, каждый из которых необходим, а все вместе достаточны для получения технического результата.
Установленная в водоприемной воронке с коаксиальным зазором съемная полая конусообразная вставка с закреплением на ее внешней поверхности электрического нагревательного кабеля устраняет отрицательное воздействие окружающей среды на внешнюю оболочку кабеля, что повышает надежность его работы. Верхнее большее основание конусообразной вставки полностью перекрывает входное сечение ободка воронки, а нижнее меньшее - снабжено насадком. В результате поступающая во вставку вода попадает в водосточную трубу только через насадок.
Диаметр нижнего меньшего основания конусообразной вставки подбирается таким, чтобы между внутренними поверхностями ободка, конуса и стакана водоприемной воронки и размещенным в коаксиальном зазоре электрическим нагревательным кабелем был зазор порядка 5…10 мм. При таком зазоре конвективная составляющая передачи тепла от нагревательного кабеля и нагретой стенки конусообразной вставки стенкам ободка, конуса и стакана воронки будет минимальной, так как в этом зазоре будет иметь место только свободная конвекция, а она, как известно, становится более-менее значимой только при толщине слоя газа между двумя поверхностями твердых тел более 4 см. Также будет мала и лучистая составляющая процесса теплообмена между нагревательным кабелем и нагретой стенки конусообразной вставки и стенками ободка, конуса и стакана воронки.
Передача тепла в основном будет осуществляться за счет кондуктивной составляющей процесса передачи тепла в воздухе, а она будет очень небольшой ввиду чрезвычайно малой теплопроводности воздуха. Поэтому, практически все выделяемое нагревательным кабелем тепло пойдет на нагрев только съемной полой конусообразной вставки, причем по всей ее поверхности, так как теплопроводность металлов, из которых она может быть сделана очень высокая, а толщина корпуса конусообразной вставки довольно мала. В принципе она может быть сделана из того же листового металла, из которого сделана водосточная труба.
Небольшие конвективная и лучистая составляющие теплообмена между электрическим нагревательным кабелем, закрепленным на внешней стороне конусообразной вставки, и внутренней поверхностью водоприемной воронкой позволяет не теплоизолировать ее стенки с внешней стороны для уменьшения ею потерь тепла в атмосферу. Нагрев же всей поверхности полой конусообразной вставки обеспечит подогрев талой воды, поступающей в нее в период работы антиобледенительной системы на кровле крыши вне зависимости от того, на какую часть внутренней поверхности конусообразной вставки попадут потоки талой воды.
Оборудование нижнего основания конусообразной вставки коническим суживающимся или цилиндрическим насадком, длиной равной 3-5 диаметрам выходного сечения насадка (рекомендованное соотношение между длинами насадков и диаметрами их выходных сечений), обеспечивает, во-первых, формирование потока талой воды в центре водосточной трубы, что несколько уменьшит контакт потока этой воды с холодными стенками трубы в процессе ее движения по трубе, а во-вторых, несколько увеличит начальную скорость потока воды на входе в водосточную трубу. Последнее уменьшит время продвижения талой воды по водосточной трубе и, следовательно, уменьшит потерю тепла ею в процессе движения по водосточной трубе.
Диаметр выходного сечения насадка определяется возможным максимальным расходом талой воды с обогреваемой площади водостока в период работы антиобледенительной системы на кровле крыши. Если диаметр выходного сечения насадка не будет согласован с величиной возможного максимального расхода талой воды с кровли крыши, то может произойти переполнение внутренней емкости конусообразной вставки этой водой и ее перелив наружу с последующим замерзанием на наружных поверхностях водоприемной воронки и водосточной трубы.
Таким образом, установка в водоприемной воронке съемной полой конусообразной вставки с размещением в коаксиальном зазоре между их стенками электрического нагревательного кабеля позволяет снизить отрицательное воздействие окружающей среды на оболочку кабеля, что соответственно повысит надежность его работы. Кроме того, это обеспечивает уменьшение потерь тепла в атмосферу водоприемной воронкой и дополнительный подогрев талой воды стенкой конусообразной вставки.
Для исключения замерзания воды на стенках водосточной трубы ниже водоприемной воронки необходимо в течение всего периода работы антиобледенительной системы обеспечить поддержание на стенках трубы положительной температуры. Это можно сделать в принципе двумя способами. В первом - в трубе помещается несколько ниток нагревательного кабеля, как это отмечено в прототипе. Это увеличит выделение тепла непосредственно в водосточной трубе, однако одновременно приведет к удорожанию системы внешнего водостока, особенно при использовании дорогих саморегулирующихся электрических нагревательных кабелей, которые в настоящее время рекомендованы для размещения в водосточных трубах. Во втором - увеличивается теплоотдача от одного нагревательного кабеля, размещенного в водосточной трубе, за счет увеличения поверхности теплообмена между внешней оболочкой этого кабеля и внутренней средой (воздух + поток талой воды) в трубе. При этом увеличение такой поверхности не должно препятствовать движению потока талой воды в трубе. В этом случае можно будет проложить в водосточной трубе более мощный нагревательный кабель, не боясь перегрева его внутренней электроизоляции и внешней оболочки.
Второй способ реализован в предлагаемом изобретении. Для этого размещаемый в водосточной трубе электрический нагревательный кабель ниже насадка жестко соединен зажимами с тросом, закрепленным на кровле крыши и проходящим по центру водосточной трубы. Зажимы, на участке от выходного сечения насадка до входа в сливное колено, имеют плоские вертикальные и развернутые относительно друг друга ребра. Наличие ребер на зажимах увеличивает площадь передачи тепла от нагретой системы «нагревательный кабель + трос + зажимы с ребрами» во внутренность водосточной трубы. Соответственно, зажимы с ребрами выполняются из материала с высокой теплопроводностью, не поддающегося коррозии, например из тонколистовой нержавеющей стали.
Жесткое соединение зажимами нагревательного кабеля с металлическим тросом обеспечивает плотный контакт между ними и соответственно эффективную передачу тепла от электрического нагревательного кабеля тросу и самим зажимам с ребрами, что обеспечивает их хороший прогрев.
За счет увеличения площади теплоотдачи увеличивается эффективность передачи тепла во внутренность водосточной трубы. Как известно, поверхности металлических тел, обладающие высокой теплопроводностью, при прочих равных условиях более интенсивно передают тепло в окружающую среду, чем поверхности других тел с меньшей теплопроводностью. Вертикальная ориентация ребер зажимов практически не увеличивает гидравлическое сопротивление водосточной трубы.
Как известно, вода, контактируя с нагретыми поверхностями твердых тел, нагревается от них более эффективно, чем в результате контакта с нагретым воздухом. Поэтому, чтобы больший объем талой воды за время движения по водосточной трубе смог контактировать с нагретыми твердыми поверхностями системы «нагревательный кабель + трос + зажимы с вертикально ориентированными ребрами» плоскости ребер соседних зажимов развернуты относительно друг друга. В этом случае вертикально ориентированные ребра разных зажимов будут омываться разными слоями потока талой воды в водосточной трубе.
Размер ребер зажимов, угол разворота ребер, их количество на каждом зажиме и количество последних в водосточной трубе зависят от очень многих факторов, в том числе, например, от изгибов водосточной трубы. Поэтому для каждого конкретного случая они подбираются экспериментально.
Наличие дополнительных теплоотдающих поверхностей в водосточной трубе позволяет повысить линейную мощность находящегося в ней электрического нагревательного кабеля, не опасаясь перегрева его внешней оболочки и внутренней электроизоляции. Как показали опытные испытания, увеличение линейной тепловой мощности до допустимых значений при использовании, например, электрических нагревательных коаксиальных кабелей [3], позволяет не только поддерживать температуру талой воды при движении в водосточной трубе на постоянном уровне, но и несколько увеличивать ее.
Кроме того, эксперименты показали, что плотное прижатие электрического нагревательного коаксиального кабеля к тросу зажимами, установленными на расстоянии друг от друга порядка 0,5-1,0 м, при наличии на этих зажимах всего 2-х вертикально ориентированных ребер, расположенных друг напротив друга и развернутых относительно ребер соседних крепежных элементов на 10-15° позволяет увеличить линейную мощность этого кабеля до величин, обеспечивающих дополнительный подогрев талой воды в трубе, даже при использовании только одного кабеля.
Таким образом, предлагаемое техническое решение подогрева талой воды в процессе ее движения по водосточной трубе позволяет увеличить линейную мощность электрического нагревательного кабеля при поддержании температуры оболочки кабеля на уровне, обеспечивающем ее температурную стойкость и электроизоляционные свойства. Это дает дополнительный подогрев талой воды в процессе ее движения по водосточной трубе, причем при минимальном удорожании антиобледенительной системы в целом, что выгодно отличает предлагаемое техническое решение от других технических решений по подогреву талой воды в водосточных трубах, используемых в аналогичных антиобледенительных системах, в том числе и в прототипе.
Сброс воды из водосточной трубы осуществляется в водоприемник, представляющий собой поглотительный колодец, по подземной трубе, соединяющей сливное колено водосточной трубы, выходное сечение которого расположенное ниже уровня земли, с этим колодцем ниже уровня промерзания грунта. Поглотительный колодец при отсутствии около здания ливневой канализации позволяет избежать сброса талой воды из водосточной трубы непосредственно на земную поверхность, имеющую зимой отрицательную температуру. Последнее приводит, как отмечено выше, к образованию наледей непосредственно под водосточными трубами.
Как известно, поглотительные колодцы используются в тех случаях, когда отсутствует возможность создать для отвода воды дренажные системы или использовать ливневую канализацию. Форма поглотительного колодца в принципе может быть любой, однако наиболее распространена и успешно используется цилиндрическая. Стенки таких колодцев в настоящее время обычно крепятся пластиковыми гофрированными трубами соответствующих диаметров, что не требует больших трудозатрат на обустройство таких колодцев. Дно поглотительного колодца соответственно находится ниже уровня промерзания грунта и расположения кровли его дренирующего слоя.
Чтобы исключить замерзание талой воды в сливном колене водосточной трубы и в подземной трубе, соединяющей это колено с поглотительным колодцем, в них проложен трос с жестко соединенным с ним электрическим нагревательным кабелем. Длина троса и электрического нагревательного кабеля должны быть такими, чтобы концы троса и нагревательного кабеля располагались у выходного сечения трубы. К концу троса прикреплен груз округлой формы, который обеспечивает расположение троса с жестко соединенным кабелем на дне подземной трубы, то есть в потоке талой воды, стекающей по этой трубе в поглотительный колодец. Это обеспечивает поддержание положительной температуры в потоке талой воды и уменьшает вероятность образования наледей, как в сливном колене, так и в подземной трубе.
Для увеличения срока службы подземной трубы и сокращения потерь тепла ею в мерзлый грунт подземная часть сливного колена и труба с внешней стороны гидро- и теплоизолированы. Способы гидро- и теплоизоляции проложенных в земле труб хорошо известны и широко используются в системах централизованного тепловодоснабжения. Наличие прикрепленного к тросу груза округлой формы позволяет довольно легко размещать трос с закрепленным на нем нагревательным электрическим кабелем в сливном колене и далее в подземной трубе при опускании всей нагревательной системы в водосточную трубу.
Выходное сечение подземной трубы в поглотительном колодце расположено ниже уровня промерзания грунта соответственно за весь зимний период. Это обеспечивает слив воды из этой трубы только в зону положительных температур поглотительного колодца в течение всего зимнего периода. Кроме того, центр выходного сечения этой трубы находится на оси поглотительного колодца, что позволяет сформировать поток талой воды непосредственно в центре поглотительного колодца, то есть в зоне с более высокими положительными температурами и уменьшить вероятность попадания воды на стенку этого колодца.
Кроме того, поглотительный колодец с глубины на 3-4 см ниже нижнего основания крышки люка колодца заполнен твердым кусковым водостойким наполнителем: гравий, щебень, дробленый красный кирпич и так далее. Поэтому участок подземной трубы в поглотительном колодце, а соответственно и выходное сечение этой трубы находятся внутри этого наполнителя. Наличие наполнителя в поглотительном колодце позволяет не только избежать деформирования его стенок в ходе многократного замерзания и оттаивания грунта, а и свести к минимуму свободную конвекцию воздуха, находящегося в зонах поглотительного колодца с отрицательными и положительными температурами его стенок. Кроме того кусковой наполнитель находится в зоне отрицательных температур поглотительного колодца в относительно сухом состоянии и поэтому обладает довольно невысокой теплопроводностью. Исполняя роль теплоизолятора, этот наполнитель не дает появиться отрицательным температурам на стенках поглотительного колодца ниже глубины промерзания грунта.
Подача потока талой воды во внутрь наполнителя позволяет избежать появления процесса разбрызгивания талой воды в поглотительном колодце. Если же наполнителя не будет, то при появлении большого потока талой воды на выходе из подземной трубы может возникнуть процесс ее разбрызгивания, в результате которого талая вода может попадать на стенку поглотительного колодца с отрицательной температурой и замерзать на ней.
Прослойка воздуха толщиной 3-4 см между крышкой люка поглотительного колодца и поверхностью помещенного в него кускового твердого водостойкого наполнителя является своего рода теплоизолятором и соответственно препятствует охлаждению до отрицательных температур наполнителя, расположенного ниже уровня промерзания грунта.
Свободный объем водопоглотительного колодца, ниже глубины промерзания грунта не должен быть меньше максимального объема снежно-ледяного покрова, в пересчете на воду, находящегося на обогреваемой площади водостока в водосточную трубу и растапливаемого антиобледенительной системой обогрева кровли в ходе ее непрерывной работы. В противном случае уровень талой воды в поглотительном колодце может оказаться в зоне отрицательных температур его стенок, что может привести к ее замерзанию.
Крышка люка водопоглотительного колодца в зимний период должна предотвратить попадание холодного атмосферного воздуха и внешних осадков в поглотительный колодец, например в результате оттепели. Это позволит избежать появления в водосточной трубе естественной тяги, что соответственно увеличивает потерю тепла в окружающую среду и, кроме того, не позволит внешним осадкам заполнить поглотительный колодец, что в последующем может отрицательно сказаться на процессе водоотведения талой воды с кровли крыши.
Весной, летом и особенно осенью возможны затяжные ливневые осадки. В этом случае скорость поступления воды в поглотительный колодец может быть больше скорости ее дренирования из колодца. Излишки воды могут попасть в водосточную трубу и заблокировать ее работу. Чтобы избежать этого, нужно в этот период обеспечить отвод возможных излишков воды из поглотительного колодца наружу.
Чтобы предотвратить попадание холодного атмосферного воздуха и внешних осадков в поглотительный колодец в зимний период и обеспечить отвод излишков воды из него весной, летом и осенью, крышка люка снабжена технологическим отверстием, в которое вставляются съемные пробки, выполненные для зимнего периода в зимнем герметичном варианте, а для весеннее-летне-осеннего периода в летнем варианте. Пробка, выполненная в зимнем варианте, полностью и герметично перекрывает технологическое отверстие крышки люка, а в летнем варианте выполнена с каналами, расположенными выше крышки люка и ориентированными параллельно поверхности крышки. Последнее позволяет свести к минимуму возможность попадания в поглотительный колодец твердых частиц с поверхности земли, которые со временем могут резко ухудшить водопроницаемость кускового наполнителя и процесс дренирования воды из поглотительного колодца.
Таким образом, предложенная конструкция системы внешнего водостока для удаления талой воды в зимний период с кровли крыши здания, оборудованной электронагревательной кабельной антиобледенительной системой, позволяет без дополнительного обогрева стенок поглотительного колодца сохранять весь объем поступившей в него талой воды в жидком состоянии вплоть до ее удаления из колодца в дренирующий слой грунта.
Соединение электрического нагревательного кабеля с аналогичным кабелем на кровле крыши разъемной соединительной муфтой позволяет по мере необходимости разъединять эти кабели и вынимать из водосточной трубы ее нагревательную систему (трос с соединенным с ним электрическим нагревательным кабелем и полая конусообразная вставка, соединенная с тросом через нагревательный кабель). Это позволяет более качественно выполнять необходимые ремонтные работы и освобождать водосточную трубу на весенне-летне-осенний период. В результате увеличивается ремонтнопригодность системы внешнего водостока с кровли крыши здания, а соответственно и срок ее безаварийной службы. На нагревательную систему водосточной трубы в течение всего весеннее-летне-осеннего периода не будет отрицательного воздействия окружающей среды, например потоков дождевых осадков с твердыми частицами, смываемыми с кровли крыши.
На фиг. 1 показана предложенная система внешнего водостока с кровли крыши здания для удаления талой воды в зимний период, в поперечном сечении, с выделенным узлом А, показывающим возможное конструктивное исполнение пробки, вставляемой в технологическое отверстие крышки поглотительного колодца, в зимнем и летнем вариантах.
Система внешнего водостока с кровли крыши здания для удаления талой воды в зимний период, представленная на фиг. 1, содержит водосточную трубу 1 с водоприемной воронкой, имеющей ободок 2, конус 3 и стакан 4, и сливным коленом 5. На ободке 2 водоприемной воронки установлена полая конусообразная вставка 6. Большее верхнее основание вставки 6 полностью перекрывает входное сечение ободка воронки, а нижнее меньшее основание снабжено насадком 7 (на чертеже цилиндрический), длина которого равна 3-5 диаметрам его выходного сечения.
Диаметр меньшего нижнего основания вставки 6 обеспечивает наличие коаксиального зазора 8 между внешними поверхностями вставки 6 и насадка 7 и внутренними поверхностями ободка 2, конуса 3 и стакана 4 воронки. В зазоре 8 на наружных поверхностях вставки 6 и насадка 7 спирально жестко закреплен электрический нагревательный кабель 9, соединенный с электрическим нагревательным кабелем на кровле крыши разъемной соединительной муфтой (на чертеже не показано) и не контактирующий с внутренними стенками водоприемной воронки и верхнего участка водосточной трубы.
Электрический нагревательный кабель 9 ниже уровня выходного сечения насадка 7 жестко соединен с тросом 10 по всей его длине зажимами 11. Трос 10 закреплен на кровле крыши и проходит по центру водосточной трубы 1 до входа в сливное колено 5. Зажимы 11 на участке водосточной трубы 1 от выходного сечения насадка 7 до входа в сливное колено 5 снабжены плоскими вертикально ориентированными ребрами (на чертеже показано два ребра, расположенные друг напротив друга), при этом, как показано на чертеже, плоскости ребер соседних крепежных элементов развернуты относительно друг друга.
Оптимальное расстояние между соседними зажимами 11 по длине электрического нагревательного кабеля, обеспечивающее наиболее эффективную передачу тепла от нагревательного кабеля во внутренность водосточной трубы, зависит от линейной мощности этого кабеля, материала ребер зажимов, диаметра водосточной трубы, ее изгибов и ряда других факторов. Для каждого конкретного случая это расстояние, как отмечено выше, подбирается экспериментально. Экспериментально также подбираются размеры ребер и угол их разворота.
Чтобы избежать большого отклонения троса 10 с жестко соединенным электрическим нагревательным кабелем 9 в сторону поглотительного колодца на конечном участке водосточной трубы, зажим 11 на входе в сливное колено может быть выполнен с четырьмя вертикально ориентированными ребрами одинаковой длины, образующими крест, с длиной ребер, не препятствующих протяжке троса с кабелем по водосточной трубе (не показано).
Выходное сечение сливного колена 5 водосточной трубы располагается ниже уровня земли и посредством подземной трубы 12 соединено с поглотительным колодцем 13 ниже уровня промерзания грунта. Уровень кровли дренирующего слоя грунта в принципе может быть как ниже, так и выше уровня промерзания грунта. Если уровень кровли дренирующего слоя грунта будет ниже уровня промерзания грунта, то тогда дно поглотительного колодца должно находиться ниже уровня кровли дренирующего слоя (как показано на чертеже). Если же уровень кровли дренирующего слоя будет выше уровня промерзания грунта, то тогда достаточно располагать дно колодца ниже уровня промерзания грунта, не выходя за пределы дренирующего слоя грунта. Соответственно в обоих случаях дно поглотительного колодца будет находиться всегда ниже уровня кровли дренирующего слоя грунта и соответственно в зоне положительных температур.
Поглотительный колодец 13 с глубины на 3-4 см ниже нижнего основания крышки его люка заполнен кусковым твердым водостойким наполнителем 14. Это может быть, например, гранитный щебень, битый красный кирпич и так далее. Соответственно часть подземной трубы 12, расположенная в поглотительном колодце 13, находится внутри наполнителя, а ее выходное сечение располагается на оси этого колодца.
Поперечные размеры поглотительного колодца и его глубина выбираются такими, чтобы свободный объем этого колодца, заполняемый талой водой, ниже глубины промерзания грунта был не меньше возможного объема снежно-ледяного покрова, в пересчете на воду, находящегося на обогреваемой площади водостока в водосточную трубу и растапливаемого кабельной антиобледенительной системой обогрева кровли в ходе ее непрерывной работы.
Стенка поглотительного колодца ниже уровня промерзания грунта на участке ее контакта с дренирующим слоем грунта может быть перфорирована, что увеличит скорость дренирования воды из колодца в дренирующий слой грунта, имеющего соответственно положительную температуру. Крышка 15 люка поглотительного колодца 13 выполнена с технологическим отверстием, в которое устанавливаются съемные пробки 16, соответственно исключающие попадание атмосферного воздуха и внешних осадков в поглотительный колодец в зимний период (зимний герметичный вариант пробки 16) и обеспечивающие удаление излишков воды из этого колодца на поверхность земли в весенне-летне-осенний период при его переполнении ливневыми затяжными дождевыми осадками (летний вариант пробки 16). Соответственно в летнем варианте пробка 16 имеет каналы для сброса излишков воды из поглотительного колодца. Конструктивное исполнение этих пробок может быть разное. Возможное исполнение зимнего и летнего вариантов пробки 16 схематично представлено на фиг. 1. Каналы для удаления воды в летнем варианте пробки (узел А (летний вариант)) на фиг. 1 ориентированы параллельно крышке 15 поглотительного колодца. Это в определенной степени затрудняет попадание в поглотительный колодец мелкодисперсных твердых частиц, которые со временем могут ухудшить водопроницаемость кускового поглотителя в колодце и дренирование воды из колодца.
На конце троса 10 закреплен груз округлой формы 17, который укладывает трос 10 с жестко соединенным с ним электрическим нагревательным кабелем 9 на дне подземной трубы 12, то есть в потоке талой воды. Зажимы, жестко соединяющие трос 10 и электрический нагревательный кабель 9 в сливном колене 6 и подземной трубе 13, представляют собой трубчатые оболочки, широко применяющиеся в электротехнике при монтажных работах (не показаны). Соответственно, длина троса позволяет разместить груз 17 около выходного сечения подземной трубы 12, а диаметр этого груза обеспечивает свободное прохождение троса с закрепленным на нем нагревательным кабелем по водосточной 1 и подземной 12 трубам.
Для уменьшения потерь тепла в мерзлый грунт и для борьбы с коррозией подземная часть сливного колена 5 и подземная труба 12 с внешней стороны покрыта слоем 18 гидротеплоизоляции.
Верхнее большее сечение конусообразной вставки 6 перекрыто сеткой (не показано), ячейки которой, пропуская без задержки поток талой воды во вставку, препятствуют попаданию в нее разных посторонних предметов, например листьев деревьев, способных перекрыть нижнее меньшее основание вставки.
Предлагаемая система внешнего водостока с кровли крыши здания функционирует следующим образом. Одновременно с включением в работу электронагревательной кабельной антиобледенительной системы на кровле крыши подается напряжение и на электрический нагревательный кабель 9 в водосточной трубе 1. Происходит нагрев съемной полой конусообразной вставки 6, троса 10, жестко соединенного с кабелем 9 по всей его длине, и соответственно зажимов 11, снабженных на участке от выходного сечения насадка 7 до входа в сливное колено 5 вертикально ориентированными и развернутыми относительно друг друга плоскими ребрами.
Талая вода с кровли крыши, стекая в водоприемную воронку 2 водосточной трубы 1, попадает на нагретую поверхность конусообразной вставки 6. В результате осуществляется дополнительный подогрев талой воды. В насадке 7 полой вставки 6 происходит формирование потока талой воды для его движения в центральной части водосточной трубы 1. Двигаясь в центральной части трубы 1 до входа в сливное колено 5, поток талой воды омывает нагретые трос 10, электрический нагревательный кабель 9 и зажимы 11, оборудованные вертикально ориентированными плоскими ребрами.
Движение основной части потока талой воды в центральной части водосточной трубы сводит к минимуму потери тепла корпусом водосточной трубы 1 в атмосферу. Как показали результаты опытной эксплуатации предлагаемой системы, эти потери тепла в основном меньше поступления тепла от нагревательного электрического кабеля. В результате имеет место не охлаждение талой воды при движении по водосточной трубе, а ее дополнительный подогрев.
Вода из сливного колена 5 водосточной трубы 1 попадает в подземную трубу 12 и далее в поглотительный колодец 13. Чтобы полностью исключить вероятность замерзания талой воды в подземной трубе 12, она с внешней стороны покрыта слоем 18 гидротеплоизоляции, и, кроме того, на ее дне, то есть в потоке талой воды, расположен трос 10, жестко соединенный с электрическим нагревательным кабелем 9. Подземная труба 12 имеет выход в поглотительный колодец 13 ниже уровня промерзания грунта, то есть значительно ниже входа водосточной трубы 1 в сливное колено 5. Наличие уклона у трубы 12 увеличивает скорость течения талой воды в ней, что дополнительно снижает тепловые потери талой водой на нагрев стенки подземной трубы.
Из подземной трубы 12 талая вода попадает в поглотительный колодец 13, заполненный кусковым твердым водостойким наполнителем 14. В связи с тем, что выходное сечение трубы 12 находится ниже уровня промерзания грунта, то талая вода попадает в колодце в вышеуказанный наполнитель, имеющий положительную температуру. Через кусковой наполнитель талая вода просачивается до перфорированных стенок поглотительного колодца и его дна и далее в дренирующий слой грунта.
Крышка 15 люка поглотительного колодца 13 выполнена с технологическим отверстием, в которое устанавливается съемная пробка 16, изготовленная в двух вариантах. Зимний герметичный вариант исключает попадание в колодец атмосферного воздуха и внешних осадков в зимний период. Летний вариант обеспечивает удаление излишков воды из этого колодца в весеннее-летне-осенний период через соответствующие каналы в ней. Каналы для удаления излишков воды из поглотительного колодца ориентированы горизонтально, что позволяет свести к минимуму попадание в поглотительный колодец из окружающей среды мелкодисперсных твердых частиц.
При возникновении аварийных ситуаций, а также по окончании зимнего периода электрический нагревательный кабель 9 отсоединяется от электрического нагревательного кабеля антиобледенительной системы на кровле крыши, так как они соединены разъемной муфтой, и вся нагревательная система (конусообразная вставка + трос + электрический нагревательный кабель) вынимается из водосточной трубы.
После проведения ремонтных работ и в начале зимнего периода вся эта система опускается в водосточную трубу. Нагревательный кабель 9 соединяется с нагревательным кабелем и на кровле крыши, и система готова к работе.
В весенне-летне-осенний период стекающая с кровли крыши дождевая вода попадает в поглотительный колодец 13, откуда она либо дренируется в грунт, либо, при наличии длительных ливневых осадков, частично удаляется из этого колодца через выполненную в летнем варианте пробку 16 наружу, то есть на поверхность земли. Таким образом, нагревательная система находится в водосточной трубе только в течение зимнего периода, что значительно уменьшает вероятность возникновения различных аварийных ситуаций и увеличивает сроки ее работы.
Таким образом, использование изобретения позволяет расширить область применения предлагаемой системы удаления талой воды с кровель крыш, оборудованных кабельными антиобледенительными системами, при одновременном уменьшении потерь тепла в окружающую среду, а соответственно и снижении энергозатрат процесса водоотведения, а также повышении надежности работы всей системы и уменьшения трудозатрат на ее эксплуатацию.
Источники информации
7
1. Патент РФ №2158809, МПК E04D 13/064, с приоритетом от 14.04.1999.
2. http://devi-krasnodar.ru/antiobledenitelnye_sistemy_na_krysh. Антиобледенительные системы на крышах (2011 г.) (прототип).
7
3. Патент РФ 2236769, МПК Н05В 3/56, приоритетом от 25.07.2002.