УСТРОЙСТВО ДЛЯ УДАЛЕНИЯ СНЕГА И ЛЬДА С КАРНИЗНОГО СВЕСА КРЫШИ
DEVICE FOR REMOVAL OF SNOW AND ICE FROM ROOF LARMIER

Изобретение относится к строительству, в частности к инженерному оборудованию зданий, а именно к устройствам для удаления снега и льда с карнизного свеса крыши. Изобретение может быть использовано самостоятельно или в составе антиобледенительных кабельных систем для кровель крыш.
Известно устройство крыши здания и сооружения, включающее кровлю с нанесенным на ее поверхности противообледенительным покрытием, которое нанесено полосой вдоль нижней кромки кровли. Ширина полосы покрытия в зависимости от климатической зоны и наклона крыши составляет от 0,1 до 2,5 м. Она нанесена с напуском относительно кровли на величину свисания не менее 2 см вниз от ее нижней кромки, а угол между плоскостью крыши и напуском не превышает значения 180°. В качестве противообледенительного покрытия могут быть использованы фторопласт, полиэтилен и другие материалы, обладающие гидрофобными свойствами и пониженным сцеплением со снегом и льдом [1].
Однако предложенное устройство крыши здания и сооружения только несколько уменьшает процесс образования сосулек и наледей на кромке крыши и снижает нагрузки на крышу при внешнем их отрыве и сбросе с крыши, что может быть осуществлено одним из известных способов. Кроме того, прочность известных противообледенительных покрытий, наносимых на поверхность кровли, довольно мала. Поэтому вероятность повреждения этого покрытия, а особенно его свисающей кромки, при удалении сосулек достаточно велика.
Ближайшим техническим решением к заявленному является устройство для удаления снега и льда с карнизного свеса крыши, включающее две нитки нагревательного кабеля, первая из которых закреплена у кромки кровли крыши, а вторая - выше первой на наружной поверхности кровли, и источник электропитания [2]. При этом обе нитки нагревательного кабеля электрически соединены между собой (являются одним проводником), выполнены из аморфного металла в виде параллельных ламинированных лент и расположены на листе мягкого металла, закрепленного на кровле крыши.
Такое выполнение устройства обусловливает ряд существенных недостатков, снижающих его технико-экономическую эффективность.
Распределение снега на различных элементах кровель, в том числе и на карнизе крыши, зачастую бывает неравномерным. На отдельных участках кровли он может вообще отсутствовать из-за воздействия ветра, а на других, где воздействие ветра минимальное, его количество может быть довольно большим. В результате отдельные участки электрического ленточного нагревательного кабеля, свободные от снега и наледей, будут часть своего тепла выделять в атмосферу, а другую часть - на нагрев листов мягкого металла, на котором они расположены. Все мягкие металлы обладают высокой теплопроводностью, и тепло по листам мягкого металла в местах отсутствия снега и льда будет распространяться на довольно большие расстояния, что способствует увеличению потерь тепла в окружающую среду.
Однако конструкция прототипа предусматривает постоянный режим его работы, причем параметры этого режима должны обеспечивать эффективную работу при самых неблагоприятных погодных условиях, частота возникновения которых в зимний период относительно низкая. Поэтому при более благоприятных условиях будут иметь место повышенные потери тепла в окружающую среду, так как в нагревательных элементах будет выделяться больше мощности, чем это необходимо. Соответственно, это приведет к увеличению энергоемкости процесса удаления снега и льда с карнизного свеса крыши.
Практика эксплуатации известных электронагревательных антиобледенительных систем для кровель зданий и сооружений показала, что воздействие снега, льда, перепадов температур, ультрафиолетового излучения солнца и другие внешние воздействия отрицательно сказываются на механической прочности изоляции нагревательных кабелей, что приводит к электрическим пробоям изоляции и возникновению коротких замыканий. Поэтому предложенная в прототипе электрическая изоляция ленточных нагревателей в виде полимерной пленки будет иметь крайне малый срок службы. Малая механическая прочность электрической изоляции ленточных нагревателей также повышает вероятность ее нарушения от различного рода внешних механических воздействий, что резко снижает надежность работы этих нагревателей и дополнительно увеличивает их опасность в электрическом и пожарном отношениях. Кроме того, закрепление на наружной кромке карнизного свеса крыши ленточного нагревателя с небольшой механической прочностью электрической изоляции значительно усложняет проведение профилактических ремонтных работ на этом свесе, так как в ходе таких работ существует большая вероятность нарушения целостности этой изоляции. Для выполнения таких работ требуется специально обученный квалифицированный персонал с соответствующим снаряжением.
Поэтому прототип не может обеспечить эффективный процесс удаления снега и льда с карнизного свеса крыши, имеет большие потери тепла в окружающую среду, высокую энергоемкость, невысокую надежность, малый срок службы и не обладает необходимой безопасностью в электрическом и пожарном отношениях.
Задачей изобретения является повышение технико-экономической эффективности удаления снега и льда с карнизного свеса крыши.
Достигаемый при этом технический результат заключается в уменьшении потерь тепла в окружающую среду при одновременном повышении эффективности растапливания снега и льда и снижении энергозатрат, а также в повышении электро- и пожаробезопасности и увеличении срока службы устройства за счет обеспечения защиты нагревательных кабелей от отрицательного воздействия окружающей среды и механических повреждений.
Указанный технический результат достигается тем, что в известном устройстве для удаления снега и льда с карнизного свеса крыши, включающем две нитки нагревательного кабеля, первая из которых закреплена у кромки кровли крыши, а вторая - выше первой на наружной поверхности кровли, и источник электропитания, кромка кровли изогнута вниз с образованием полости, форма поперечного сечения которой соответствует форме поперечного сечения нагревательного кабеля, первая нитка кабеля размещена в этой полости и контактирует с ее поверхностью, а вторая нитка кабеля закреплена на наружной поверхности кровли посредством металлического защитного кожуха, причем указанные нитки нагревательного кабеля выполнены не менее чем с двумя электрически соединенными изолированными проводниками и подключены к источнику электропитания с возможностью совместной или раздельной работы.
Кроме того, устройство снабжено слоем эластичного теплоизоляционного материала, покрытым сверху и снизу отражательным теплопроводящим материалом и размещенным внутри защитного кожуха, причем вторая нитка кабеля расположена в продольной средней части кожуха на отражательном теплопроводящем материале, покрывающем верхнюю поверхность указанного слоя, вдавлена в него и контактирует с кожухом.
При этом в качестве отражательного теплопроводящего материала применена алюминиевая фольга.
Также при наличии водосточной трубы с воронкой и водосборного желоба кровли защитный кожух со второй ниткой кабеля закреплен ниже водосборного желоба и параллельно ему, а торец кожуха расположен над воронкой водосточной трубы.
В указанную в самостоятельном пункте формулы изобретения совокупность признаков включены все признаки, каждый из которых необходим, а все вместе достаточны для получения технического результата.
Размещение первой нитки электрического нагревательного кабеля внутри полости, образованной изогнутой вниз кромкой кровли и имеющей форму поперечного сечения, соответствующую форме поперечного сечения кабеля, обеспечивает плотный контакт этой нитки кабеля с поверхностью указанной полости и исключает контакт внешней оболочки кабеля с атмосферой. Это ликвидирует потери тепловой энергии в окружающую среду (непосредственно в воздух) и повышает эффективность растапливания снега и льда у кромки кровли, то есть в месте образования сосулек. Кроме того, размещение кабеля в указанной полости обеспечивает защиту внешней оболочки кабеля от отрицательного воздействия окружающей среды и позволяет избежать механических повреждений кабеля, например, при проведении профилактических ремонтных работ на карнизном свесе крыши, что повышает электро- и пожаробезопасность устройства и увеличивает срок его службы.
Закрепление второй нитки электрического нагревательного кабеля на наружной поверхности кровли посредством металлического защитного кожуха также обеспечивает защиту внешней оболочки кабеля от отрицательного воздействия окружающей среды, позволяет избежать механических повреждений кабеля и, следовательно, также повышает электро- и пожаробезопасность устройства и увеличивает срок его службы.
Выполнение ниток электрического нагревательного кабеля не менее чем с двумя электрически соединенными изолированными проводниками обеспечивает подключение этих ниток к источнику электропитания с возможностью как совместной, так и раздельной работы. Это позволяет при благоприятных погодных условиях выключать из работы одну из ниток электрического нагревательного кабеля, что снижает энергозатраты на удаление снега и льда с карнизного свеса крыши.
С учетом вышесказанного совокупность всех признаков, изложенных в самостоятельном пункте формулы изобретения, действительно обеспечивает достижение указанного технического результата и решает задачу изобретения - повышение технико-экономической эффективности удаления снега и льда с карнизного свеса крыши.
Снабжение устройства слоем эластичного теплоизоляционного материала, покрытым сверху и снизу отражательным теплопроводящим материалом и размещенным внутри защитного кожуха, и расположение второй нитки кабеля в продольной средней части кожуха на отражательном теплопроводящем материале, покрывающем верхнюю поверхность указанного слоя, с вдавливанием в него и контактом с кожухом обеспечивает передачу тепла от второй нитки нагревательного кабеля металлическому защитному кожуху как непосредственно от кабеля, так и от контактирующего с ним и с кожухом отражательного материала и исключает нагрев кровли под кожухом, имеющим бóльшую площадь соприкосновения со снегом и льдом, чем площадь внешней оболочки кабеля. Это дополнительно уменьшает потери тепла в окружающую среду при одновременном повышении эффективности растапливания снега и льда и снижении энергозатрат.
Использование в качестве отражательного теплоизоляционного материала алюминиевой фольги наиболее доступно, технологично, рационально и позволяет применить выпускаемые промышленностью тонкие, но эффективные теплоизоляционные материалы, покрытые отражательным теплопроводящим материалом, например пенофол.
Крепление защитного кожуха со второй ниткой кабеля ниже и параллельно водосборному желобу и размещение торца этого кожуха над воронкой водосточной трубы позволяет талой воде стекать вдоль кожуха в водосточную трубу. При этом исключается скапливание талой воды выше защитного кожуха, а при отключении антиобледенительной системы - образование наледей, которые впоследствии при включении системы необходимо будет растапливать. Это также дополнительно повышает эффективность использования устройства.
На чертежах фиг.1 показывает предложенное устройство, вид в плане, а фиг.2 - разрез по I-I фиг.1.
Устройство включает две нитки 1 и 2 (фиг.1) электрического нагревательного кабеля, первая 1 из которых закреплена у кромки 3 кровли 4 крыши, а вторая 2 - выше первой 1 на наружной поверхности кровли 4, и источник электропитания (на чертежах не показан). Кромка 3 кровли 4 изогнута вниз (фиг.2) с образованием полости, форма поперечного сечения которой соответствует форме поперечного сечения нагревательного кабеля (нитки 1 или ниток 1 и 2, если они имеют одинаковое выполнение), а нитка 1 кабеля размещена в этой полости и плотно контактирует с ее поверхностью. Вторая нитка 2 кабеля закреплена на наружной поверхности кровли 4 посредством металлического защитного кожуха 5. Крепление кожуха 5 может быть осуществлено, например, с помощью заклепок 6, а продольные швы в зоне контакта кожуха и наружной поверхности кровли 4 перекрыты слоем гидроизоляции 7. Нитки 1 и 2 нагревательного кабеля выполнены не менее чем с двумя электрически соединенными изолированными проводниками 8 и 9 и подключены к источнику электропитания (на чертежах не показан) с возможностью совместной или раздельной работы. В представленном на чертежах виде в качестве электрического нагревательного кабеля использован кабель нагревательный коаксиальный, например, по патенту РФ №2236769 С2 [3], обладающий повышенной экологической, электро- и пожаробезопасностью, а также экономичностью. Но это не исключает применения и других типов электрических нагревательных кабелей.
Внутри защитного кожуха 5 проложен слой 10 эластичного теплоизоляционного материала, покрытый сверху и снизу отражательным теплопроводящим материалом 11, а вторая нитка 2 кабеля расположена в продольной средней части кожуха на отражательном материале 11, покрывающем верхнюю поверхность слоя 10, вдавлена в него и контактирует с кожухом. В качестве отражательного теплопроводящего материала 11 целесообразно применение алюминиевой фольги. В этом случае слой 10 эластичного теплоизоляционного материала может быть выполнен из пенофола, обе стороны которого покрыты алюминиевой фольгой, обладающего при малой толщине высокими теплоизоляционными свойствами. Центральная продольная часть 12 защитного кожуха 5 может быть выполнена выпуклой полусферической формы, соответствующей форме поперечного сечения нагревательного кабеля.
При наличии водосточной трубы с воронкой 13 (фиг.1) и водосборного желоба кровли 4 (на чертежах не показан) защитный кожух 5 со второй ниткой 2 нагревательного кабеля крепят ниже водосборного желоба и параллельно ему, а торец кожуха располагают над воронкой 13 водосточной трубы. Угол наклона водосборного желоба кровли, а соответственно, и защитного кожуха 5 со второй ниткой 2 нагревательного кабеля определяется углом наклона кровли крыши к земной поверхности и климатическими условиями.
Устройство работает следующим образом. При снегопаде и температурах атмосферного воздуха от +3°C днем до -5°C ночью (условия образования наледей и сосулек на кровлях зданий) на обе нитки 1 и 2 нагревательного кабеля или на одну из них от источника электропитания подается рабочее напряжение. Выделяемое обеими нитками кабеля тепло обеспечивает нагрев металлического защитного кожуха 5 и непосредственно самой кромки 3 кровли 4, так называемого капельника, где при понижении температур ниже 0°C происходит образование сосулек.
Снег, попадающий при снегопаде непосредственно на металлический защитный кожух 5, а также сползающий с верхних участков крыши, растапливается теплом, выделяемым ниткой 2 электрического нагревательного кабеля. Слой отражательного материала 11 на внутренней (нижней) стороне слоя 10 эластичного теплоизоляционного материала сводит к минимуму поступление тепла непосредственно в карнизный свес крыши, а на внешней (верхней) стороне, плотно контактирующей с ниткой 2 электрического нагревательного кабеля, улучшает передачу тепла от этой нитки нагревательного кабеля металлическому защитному кожуху 5.
Выпуклая полусферическая форма центральной продольной части 12 защитного кожуха 5 обеспечивает более плотный контакт второй нитки 2 электрического нагревательного кабеля с кожухом и увеличивает площадь непосредственного контакта кожуха с оболочкой кабеля, что также улучшает передачу тепла от этой нитки 2 кабеля металлическому защитному кожуху 5.
В результате практически все тепло, выделяемое второй ниткой 2 электрического нагревательного кабеля, идет на нагрев металлического защитного кожуха 5.
Часть образующейся талой воды скапливается перед защитным кожухом 5. В результате при отключении аптиобледенительной системы возникает вероятность образования наледей перед защитным кожухом, которые впоследствии при включении антиобледенительной системы необходимо будет растапливать. Чтобы избежать этого ось второй нитки 2 нагревательного кабеля ориентирована параллельно водосборному желобу кровли, что позволяет талой воде стекать вдоль защитного кожуха 5 в воронку 13 водосточной трубы, так как торец защитного кожуха расположен над этой воронкой. Слой гидроизоляции 7 предотвращает попадание талой воды под защитный кожух 5, что может резко ухудшить теплоизоляционные свойства слоя 10 эластичного теплоизоляционного материала.
Первая нитка 1 нагревательного кабеля, расположенная в полости, образованной изогнутой вниз кромкой кровли, обеспечивает полное предотвращение образования сосулек на кромке кровли (капельнике) при самых неблагоприятных климатических условиях. Наличие плотного контакта этой нитки с металлическим листом отгиба кромки кровли обеспечивает необходимый прогрев всей кромки кровли и небольшого участка карнизного свеса крыши при минимальных потерях тепла в окружающую среду.
Если позволяют климатические условия, например снегопад при положительных температурах, то рабочее напряжение подается только на одну вторую нитку 2 нагревательного кабеля. Это позволят растапливать снег на карнизном свесе крыши при минимальных энергозатратах без образования сосулек на кромке кровли.
Если в результате аварийной ситуации, например при отключении электроэнергии, на кромке кровли (на капельнике) образуются сосульки, а на карнизном свесе крыши наледь, то замкнутый изгиб вниз кромки 3 кровли 4 и металлический защитный кожух 5 обеспечат защиту обеих ниток 1 и 2 электрического нагревательного кабеля от механического повреждения сосульками и льдом. Это же обеспечит защиту ниток кабеля при необходимости удаления снега и льда с помощью механических инструментов, а также при проведении профилактических и ремонтных работ на крыше.
Таким образом, использование изобретения уменьшает потери тепла в окружающую среду при одновременном повышении эффективности растапливания снега и льда и снижении энергозатрат, повышает электро- и пожаробезопасность и увеличивает срок службы устройства за счет обеспечения защиты нагревательных кабелей от отрицательного воздействия окружающей среды и механических повреждений.
Источники информации
1. Патент РФ №2244790 С2, кл. E04D 13/076 с приоритетом от 05.03.2003.
2. Патент РФ №2209903 С1, кл. E04D 13/00 с приоритетом от 19.12.2001 (прототип).
3. Патент РФ №2236769 С2, кл. H05B 3/56 с приоритетом от 25.07.2002.