УСТРОЙСТВО ДЛЯ УДАЛЕНИЯ СОСУЛЕК С КРЫШИ ЗДАНИЯ
DEVICE TO REMOVE ICICLES FROM BUILDING ROOF

Устройство относится к вопросам обслуживания жилищно-коммунального сектора хозяйства, а конкретно - к очистке крыш зданий от снега и льда.
Известно устройство для удаления сосулек с карнизов крыш зданий, включающее механизм силового взаимодействия с сосульками, в виде перемещаемого вдоль кромки карниза подвижного рабочего органа с изогнутыми под карниз самоустанавливающимися плечевыми захватами, и привод, состоящий из рычага с верхней петлей, опорным прижимным плечом, боковыми уравновешивающими опорами-полозьями и страховочного каната /см. заявку РФ на изобретение №202103177/03, кл. E04D 13/076, 2002 [1]/.
Известно также устройство для удаления сосулек по периметру крыши здания, предусматривающее осуществление силового воздействия непосредственно на сосульки, либо на расположенные рядом участки крыши с помощью специального механизма в виде черенка с ручками, наконечника и ножа, в котором наконечник снабжен подкосом и якорем, закрепленным оттяжками к парапетному ограждению, нож выполнен консольно и закреплен на наконечнике, а якорь представляет собой согнутую полосу из водостойкого материала, расположенную на крыше, причем наконечник, подкос и консоль соединены между собой с возможностью изменения положения ножа /см. патент РФ на изобретение №2194137, кл. E04D 13/076, 2001 [2]/.
Недостатками известных устройств являются предельная сложность конструкции, опасность процесса работы вследствие необходимости подъема человека на крышу и его движения вдоль кромки крыши, значительная трудоемкость и низкая эффективность, ограниченные возможности применения, необходимость постоянного контроля за процессом образования сосулек, отсутствие возможности автоматизации процесса удаления сосулек.
Наиболее близким устройством того же назначения к заявленному изобретению по совокупности существенных признаков является антиобледенительное устройство для крыш, содержащее прикрепленный по кромке крыши на ее участке или по периметру с образованием замкнутого контура нагревательный элемент с вытяжными отверстиями, соединенными с транспортными воздуховодами, воздухозаборные концы которых размещены в вентиляционных каналах здания ниже вытяжных отверстий /см. патент РФ на изобретение №2340746, кл. E04D 13/076, 2006 [3]/, и принятое за прототип.
Недостатками устройства-прототипа являются значительные энергозатраты на нагрев близлежащих участков крыши и элементов конструкции, сложность конструкции, ограниченные возможности применения устройства, отсутствие возможности автоматизации процесса удаления сосулек.
Сущность изобретения заключается в создании предельно простого и эффективного устройства, предусматривающего раздельное формирование сосулек на специальной арматуре и дальнейшее их разрушение как путем нагрева непосредственно сосулек за счет пропускания через арматуру внутри тела сосулек электрического тока, так и путем одновременного разрыва того же тела сосульки за счет осуществления релейного изгиба арматуры при пропускании электрического тока через введенную в ее упругую цепь пластинку из сплава с термомеханической памятью формы.
Технический результат - упрощение конструкции устройства, значительное снижение энергозатрат, расширение возможностей применения устройства и обеспечение автоматизации процесса удаления сосулек.
Указанный технический результат при осуществлении изобретения достигается тем, что в известном устройстве для удаления сосулек с крыши здания, содержащем прикрепленный вдоль края крыши на ее участке или по периметру с образованием замкнутого контура нагревательный элемент, соединенный с клеммами для подключения источника электрического сигнала, особенность заключается в том, что нагревательный элемент выполнен в виде упругого изолированного стального провода, закрепленного непосредственно по кромке крыши и согнутого через определенное шаговое расстояние с образованием вертикально свисающих вниз вдоль стены здания узких петель, при этом в каждой из горизонтальных частей провода, расположенных между петлями, участок провода удален и заменен приваренной узкой плоской пластинкой из слава с эффектом термомеханической памяти формы, характеризующегося несколькими порогами срабатывания как в диапазоне температур -5÷+5°C наиболее активного сосулькообразования, так и при температурах, примерно в четыре-пять раз превосходящих верхнюю границу вышеуказанного диапазона, а также принятием пластинкой в результате релейного изгиба при каждом срабатывании U-образной формы.
Сущность изобретения поясняется чертежами, где схематично показано предлагаемое устройство на виде на здание спереди /с полными линиями - в исходном состоянии, пунктирными - после срабатывания/.
Устройство для удаления сосулек 1 с крыши 2 здания 3 содержит прикрепленный вдоль края крыши 2, например, к наклонному козырьку 4, на участке крыши 2 или по ее периметру с образованием замкнутого контура нагревательный элемент 5, соединенный с клеммами для подключения источника электрического сигнала /на рисунке клеммы и источник не показаны/. При этом нагревательный элемент 5 выполнен в виде упругого изолированного стального провода, закрепленного непосредственно по кромке крыши 2 и согнутого через определенное шаговое расстояние с образовавшем вертикально свисающих вниз вдоль стены здания 3 узких петель 6, при этом в каждой из горизонтальных частей провода 5, расположенных между петлями 6, участок провода удален и заменен приваренной узкой пластинкой 7 из сплава с эффектом термомеханической памяти формы. При этом данный сплав характеризуется несколькими порогами срабатывания как в диапазоне температур -5÷5°C наиболее активного сосулькообразования, так и при температурах, примерно в четыре-пять раз превышающих верхнюю границу вышеуказанного диапазона, то есть порядка 20-25°C, а также принятием пластинкой 7 в результате релейного изгиба при каждом срабатывании U-образной формы. Концы провода 5 спущены вниз по стене здания 3 и соединены с клеммами для подключения источника электрического сигнала. При этом клеммы с концами провода 5 во избежание вандализма, несанкционированного использования и т.п. закрываются специальной запирающейся крышкой, закрепляемой на стене здания в нижней части. В качестве источника может быть использовано либо сетевое переменное напряжение, либо специальный генератор постоянного тока, ускоряющий процесс нагрева. Концы провода 5 могут быть также выведены на специальный щиток в подъезде здания, в подвальное помещение, на цокольный этаж и т.п. Источник электрического сигнала может быть размещен на специальном транспортном средстве, что позволит мобильно и последовательно обслуживать многие здания. Петли 6 провода 5 являются направляющими для стекания с крыши 2 воды при таянии снега и льда, и, одновременно арматурой для образования на них сосулек 1 раздельно друг от друга на каждой петле 6. Выбор оптимального соотношения размеров между шаговым расстоянием между петлями 6, а также длиной и шириной последних обеспечивает с одной стороны надежное удержание сосулек 1 на петлях 6 в исходном состоянии устройства до срабатывания пластинок 7 и нагрева током петель 6, а с другой стороны - как раздельное образование сосулек 1 на петлях 6 без объединения сосулек 1 в единое тело, что затрудняет процесс их удаления, так и максимально эффективные условия для разрушения сосулек 1 при релейном изгибе петель 6 и их одновременном нагреве при пропускании по проводу 5 электрического тока. Из вышеуказанных соображений экспериментально была определена оптимальная ширина петли 6 порядка 1-2 см, длина и шаговое расстояние порядка 10-20 см. В качестве материала с эффектом термомеханической памяти /ПМФ/ использован сплав никелид титана TiNi /нитинол/, относящийся к классу интерметаллических соединений и широко применяемый на практике для подобных целей. Температурные пороги срабатывания данного сплава в диапазоне -5÷+5°C, а также +20-25°C довольно легко реализуются. Физический процесс изготовления сплавов с ПМФ уже в течение многих лет серийно отработан и описан в многочисленной литературе.
Работа предлагаемого устройства осуществляется следующим образом.
Сразу следует отметить, что предлагаемое устройство может работать как в автоматическом режиме полностью без участия человека только за счет изменения температуры окружающей среды, так и в принудительном режиме с периодической подачей электрического сигнала в цепь устройства. Сначала остановимся на автоматическом режиме. Как известно, диапазон температур окружающей среды примерно -5÷+5°C является наиболее опасным с точки зрения активного сосулькообразорания. Кроме того, в климатический период, соответствующий данным температурам, в течение суток температура воздуха в зоне сосулек 1 многократно изменяется: день, ночь, солнце, осадки, нагрев крыши, испарения и т.п. В конструкции устройства предусмотрены несколько температурных порогов срабатывания сплава пластинки 7 в вышеуказанном диапазоне /пусть это, например, температуры -2°C, +2°C. В исходном состоянии пластинка 7 в цепи провода 5 имеет плоскую форму, при этом геометрические контуры провода 5 и петель 6 показаны на рисунке сплошными линиями. Сосульки 1, как было сказано выше, сформированы на петлях 6 провода 5 и надежно удерживаются на последним. При повышении температуры окружающей среды до -2°C пластинки 7 релейно сработают и в результате изгиба скачком принимают U-образную форму, показанную на рисунке. Так как пластинки 7 включены как в электрическую, так и в последовательную упругую цепь провода 5 и петель 6, то такой изгиб, естественно, приведет к изменению положений горизонтальных участков провода 5 и к изгибным деформациям петель 6, расположенным внутри тела сосулек 1 /см. пунктирные линии на рисунке/. Такие деформации приведут к разрыву сосулек 1, их растрескиванию, распаду на мелкие осколки, осыпающиеся на землю без создания опасности для людей и объектов. Те пластинки 7, которые не сработают при -2°С, сработают при дальнейшем нагреве воздуха до 0°С и т.п. При дальнейшем нагреве до +3°С, +5°С и т.д. сосульки 1 уже не образуются. При изменении температуры среды в другую сторону и охлаждении воздуха опять до 0°С, -2°С и повторном образовании сосулек 1 на петлях 6, показанных пунктиром, пластинки 7 сработают повторно в другую сторону, то есть из изогнутого положения /пунктирные линии/ в исходное положение /сплошные линии/. При этом петли 6 сожмутся и повторно разрушат охватывающие их сосульки 1. Подчеркнем, что пластинки 7 включены в единую другую цепь последовательно, поэтому релейное срабатывание каждой пластинки вызывает изгибные деформации одновременно всех петель 6. Теперь остановимся на принудительном режиме работы устройства. К нему прибегают в сложных ситуациях: резкие понижения температуры окружающей среды, запущенный процесс сосулькообразования, то есть мощные сосульки 1, малые изменения температур в течение суток, необходимость быстрого удаления сосулек в чрезвычайной ситуации при низкой эффективности автоматического способа. В этом случае в провод 5 от источника подается электрический сигнал, проходящий через петли 6 внутри тела сосулек 1 и разогревающий сосульки. Так как температурные пороги срабатывания пластинок 7 выполнены и при температурах, в четыре-пять раз превышающих верхнюю границу вышеуказанного температурного диапазона /то есть порядка 20-25°С/, то при разогреве пластинки 7 до данной температуры /в течение времени порядка 10-20 сек/ последняя релейно срабатывает и петли 6 эффективно разрывают сосульки 1. Далее ток отключают, пластинка 7 быстро остается ниже 20-25°С/ для такого быстрого остывания должна быть разность температур с окружающей средой, поэтому температура нагрева и выбрана больше в четыре-пять раз/, и пластинка 7 срабатывает в обратную сторону, повторно механически воздействуя на сосульки 1. Такое повторное включение-выключение тока в течение нескольких минут позволит разрушить механическими воздействиями изнутри при одновременном разогреве также изнутри практически любую сосульку значительного размера. Естественно, что такое механическое воздействие и одновременный прогрев сосулек изнутри чрезвычайно эффективен, позволяет значительно сократить затраты электроэнергии, использовать для воздействия сравнительно малые токи. При этом постепенное таяние и раскрашивание сосулек в данном случае не опасно для расположенных внизу объектов, здесь не происходит резкое образование целых сосулек. U-образная форма изгиба пластинок 7 при срабатывании позволяет обеспечивать наибольшие изгибные деформации петель 6 при тех же геометрических параметрах конструкции, что особенно важно при автоматическом режиме. Устройство практически универсально, предельно просто по конструкции и полностью автоматизировано.