АВТОМАТИЗИРОВАННАЯ СИСТЕМА УДАЛЕНИЯ НАЛЕДИ С КРЫШ ЗДАНИЙ "УМНАЯ КРЫША"

Полезная модель относится к области электронагревательных систем, встраиваемых в строительные конструкции и предназначенных для обогрева кровли, снабженных системой мониторинга при эксплуатации данной системы.
В настоящее время образовавшуюся наледь с крыш удаляют механическими способами при помощи лома и лопат, что требует периодического повторения в течение всей зимы и начала весны, ведет к множественным повреждениям кровельного покрытия и водостоков, требует участия многих работников коммунальных служб, затруднению движения пешеходов и проезда автотранспорта вблизи здания, на крыше которого выполняются данные работы.
Известна кабельная нагревательная система (1), используемая для обогрева кровли, как элемента встроенных систем отопления. Система содержит неэкранированный изолированный провод над проводящим экраном, зафиксированный относительно плоскости теплового экрана бетонной стяжкой. Концы провода подключены к выводу нейтрали силовой сети, соединенному с защитным заземлением. Однако, использование описанного встроенного силового кабеля с тепловым экраном является дорогостоящей разработкой. При этом, отсутствует возможность управления системой в режиме реального времени и самодиагностики путем постоянного мониторинга системы.
Известен способ мониторинга и прогнозирования технического состояния зданий и сооружений и система мониторинга и прогнозирования технического состояния зданий и сооружений (2), используемые при проектировании, строительстве и эксплуатации зданий и сооружений, заключающиеся в том, что на здании устанавливают блок датчиков и оборудования автоматизированной системы мониторинга, определяют по данным измерений этих датчиков и/или оборудования параметры технического состояния объекта, осуществляют фильтрацию параметров технического состояния объекта на две группы параметров: группу параметров технического состояния нижней части и группу параметров технического состояния верхней части объекта, определяют на основе параметров технического состояния нижней части объекта расчетные параметры строительных конструкций верхней части объекта, сравнивают расчетные параметры строительных конструкций верхней части объекта с аналогичными параметрами строительных конструкций верхней части объекта, определенных по результатам натурных измерений датчиками системы мониторинга, корректируют параметры математической модели объекта, экстраполируют трендовые значения параметров технического состояния нижней части объекта на заданный временной интервал, определяют на основе данных экстраполяции параметров технического состояния нижней части объекта прогнозные расчетные параметры технического состояния строительных конструкций верхней части объекта, фиксируют для потребителя прогнозную оценку будущего технического состояния объекта на основе сравнительного анализа прогнозных расчетных параметров технического состояния строительных конструкций верхней части объекта с предельно допустимыми значениями. Предложенный способ мониторинга и прогноза технического состояния объекта и системы для его осуществления позволяют на ранней стадии развития неблагоприятных сейсмических и/или гидрогеологических процессов осуществить прогнозную оценку будущего технического состояния наземной части объекта на длительный временной интервал и реализовать комплекс превентивных мер по предотвращению разрушения объекта. Однако, описанная система определяет исключительно техническое состояние здания и не предназначена для мониторинга работы встроенных в крышу обогревательной системы и ее регулирования в зависимости от погодных условий и времени года.
Задачей полезной модели является создание автономно работающей встроенной обогревательной системы кровли и водостоков здания для предотвращения образования наледи с возможностью управления и непрерывного мониторинга, как самой системы, так и параметров окружающей среды.
Поставленная задача решается автоматизированной системой предотвращения и удаления наледи с крыш зданий, включающей в себя обогревательную систему в виде проложенного по периметру крыши, по ее краям, водосточным желобам, водостокам и водосточным лоткам резистивного электрического кабеля, подключенного к источнику питания, и систему мониторинга, состоящую из установленного под крышей микропроцессорного контроллера со стабилизированным источником питания и датчиком вскрытия, к которому подключены датчик влажности и датчики температуры, установленные в непосредственной близости от нагревательного кабеля (1-2см), проложенного по периметру крыши, краям, водостокам и внутри водосточной трубы, пожарно-охранные датчики, исполнительное устройство, включающее нагревательные, кабели и центрального диспетчерского пульта. Микропроцессорный контроллер управления системой включает в себя GSM.
Кроме того, система мониторинга оборудована счетчиком потребляемой электроэнергии.
Общий вид автоматизированной системы представлен на рис.1.
Тепловыделяющим элементом кабеля является металлическая токопроводящая жила, стоимость которого примерно 120-150 руб. за погонный метр. Кабель можно проложить на крышах зданий любой конфигурациях, что особенно важно для городов с историческими зданиями со сложной архитектурой.
Контроллер устанавливается на чердаке здания, в непосредственной близости к электрическому шкафу - источнику питания и месту подводки нагревательных кабелей. Контроллер устанавливается штатно на DIN рейку. Подключение исполнительного устройства и Датчиков стандартное с помощью клеммных колодок.
При перепадах температур, на краях крыши и водостоках образовывается наледь, в которую вмерзает кабель. При отключенном кабеле, датчик температуры, находящийся рядом с вмерзающем кабелем определяет и передает управляющему контроллеру внутри водостоков и края крыши трубы температуру образовавшегося льда(наледи).
На основании разницы между датчиками температуры окружающего воздуха и температуры льда внутри водостоков и на краях крыши контроллер системы делает вывод об автоматическом включении кабеля для прогрева водостоков, пока температура по всей длине кабеля не будет равна температуре окружающего воздуха. Включая и отключая нагревательные провода контроллер принимает решение об окончании прогрева, сравнивая температуру несколько раз для предотвращения ошибки.
Система позволяет предотвратить образование наледи. При чрезвычайных ситуациях или неблагоприятных прогнозах (выпадение осадков больше среднемесячной нормы, резкое изменение температуры воздуха, ярком весеннем солнце и т.д.) систему включают принудительно на основании метеопрогноза, передаваемого с диспетчерского пункта на все системы управления нагрева в масштабах города по GSM каналу.
В случае возникновения чрезвычайной ситуации (пожара, аварийной ситуации с энергоснабжением и т.д.) система отключается автоматически, либо принудительно с диспетчерского пункта по GSM каналу.
Установка и подключение системы «Умная крыша» составляет не более 3 норма часов силами компании-инсталлятора нагревательных кабелей. Настройка программного обеспечения и запуск системы происходит удаленно и составляет не более одного норма часа. Время прокладки нагревательных кабелей и установки датчиков зависит от объема работ и регламентировано специализированной организацией-инсталлятором. В случае предварительно согласованного проекта монтажа кабеля подключение контроллера "Умная крыша" составляет не более 2-х часов, удаленный запуск не более 5 минут.
Стоимость Системы "Умная крыша" в среднем составляет около 25 тыс. рублей на дом площадью крыши 1200 кв.м.
Система мониторинга «Умная крыша» обладает следующими преимуществами:
- полностью автономна,
- дистанционно управляема в случае чрезвычайных ситуаций,
- оборудована встроенным счетчиком потребляемой мощности,
- позволяет измерять температуру и влажность и передавать полученные данные (метеостанция),
- GSM модем позволяет управлять системой в режиме реального времени,
- мониторинг кабеля позволяет проводить самодиагностику системы каждые 10 сек на обрыв нагревательных кабелей, короткие замыкания и наличие питания,
- выполнять охранно-пожарные функции в том числе несанкционированный доступ в месте установки на чердаках и пространстве под крышей и передачи сигнала тревоги на пульты охраны и МЧС,
- может быть подключена посредством web интерфейса к любому общедоступному вебсайту для контроля эффективности работы (общественный контроль),
- имеет возможность посылать смс-сообщения или совершать звонки автоматически, в случае возникновения нештатных ситуаций, на мобильные и стационарные телефоны Управляющих компаний (ЖКХ), ТСЖ, дежурных электриков сантехников и прочих. Изменение телефонов в памяти системы происходит удаленно через оператора системы,
- позволяет удаленно, в случае необходимости, модернизировать программное обеспечение системы.
Кроме того, система «Умная крыша» беспроводная. Выбор сотового оператора GSM сетей, охватывающих все районы города, может быть проведен на основе тендера для получения наиболее выгодных тарифов. Система устанавливается на каждую крышу здания.
Центральный диспетчерский пульт (ЦДП) позволяет в режиме реального времени отслеживать состоянии каждого объекта, вести подсчет расходуемой электроэнергии, централизованно управлять объектами (зданиями) в случае возникновения внештатных ситуаций, а также интегрироваться на базе централизованных пультов управления МЧС или на пульте Вневедомственной охраны(или охранного подразделения). Использование ЦПД дает возможность последовательного (с регулируемой задержкой) включения системы «Умная крыша» в каждом квартале или районе города, что позволит снизить пиковые нагрузки в городской электросети.
Возможность подключения к системе до 30 датчиков охранно-пожарной организации в каждый шлейф дает возможность дополнительной защиты домов от возгорании, задымлении и передаче тревожного сигнала на пульт МЧС.
Управление системой возможно осуществлять с компьютера Управляющей компании (ЖКХ) или ТСЖ, обслуживающей подключенный дом.
Применение полезной модели позволяет надежно защитить крыши зданий от наледи, МЧС города получать данные о состоянии обледенения крыш, возникновении пожаров, задымления на крышах и чердачных помещениях зданий и т.д., метеорологическим службам города получать данные с датчиков о температуре и влажности в разных районах города, энергетическим службам города контролировать расход электроэнергии по каждому дому, району и городу в целом, жильцам каждого подключенного к системе объекта самостоятельно контролировать ее работу.
Технический результат:
- полностью исключается вероятность образования льда в кровельных желобах и водостоках,
- увеличение срока службы водостоков, так как система предотвращает образование наледи в водостоках, которая может привести к их разрыву и вызывает разрушения фрагментов фасадной части здания в местах расположения водосточных труб,
- снижение материальных затрат на ремонт кровельного покрытия или замену отдельных фрагментов по окончании зимнего сезона.
- исключается необходимость механической очистки, приводящей к повреждению элементов кровельного покрытия и значительным материальным затратам на ремонт и замену отдельных фрагментов по окончании зимнего сезона.
Система не требует больших затрат на капитальные вложения, обслуживание и эксплуатацию решения, система безопасна в установке, эксплуатации, в обслуживании для работников ЖКХ.
Использованная литература:
1. Патент РФ на ИЗ № 2168872, 2001 г.
2. Патент РФ на ИЗ № 2381470, 2010 г.