УСТРОЙСТВО ЗАЩИТЫ КРОВЛИ ОТ НАЛЕДЕЙ И СОСУЛЕК
DEVICE TO PROTECT ROOF AGAINST ICE CRUSTS AND ICICLES

Область техники
Изобретение относится к области строительства, в частности к эксплуатации отапливаемых зданий, и предназначено для защиты кровли от образования наледей, сосулек и протечек, образующихся при таянии снега.
Уровень техники
Известно, что в зимнее время, во время оттепели, нижний слой снега, лежащего на кровле, под действием тепла, выделяемого от перекрытия верхнего этажа, начинает таять. Талая вода, попадая на край кровли, выступающий за пределы стен, где отсутствует тепловой поток с положительной температурой воздуха от перекрытия, под действием отрицательных температур окружающего воздуха застывает, образуя наледи на карнизах здания и в желобах водостока, а также намерзает в виде сосулек. При этом образовавшаяся на карнизе наледь, создает подпор стекающей воде, и на кровле, при отсутствии свободного стока, образуются участки, заполненные водой, которая через неплотности кровли может проникать на перекрытие дома, разрушая конструктивные элементы здания.
Известно устройство обогрева зоны образования наледей на кровле за счет использования отходящего теплого воздуха из вентиляционных шахт, содержащее нагревательный трубчатый элемент замкнутого контура (патент РФ №2340746, МПК E04D 13/076 от 10.12.2008 г.).
Недостатками аналога являются повышенная стоимость, сложность конструкции и недостаточная универсальность из-за отсутствия рядом расположенных вентиляционных стояков и отсутствие возможности обогрева горизонтальных и вертикальных водостоков.
Известен способ подачи тепла в зоны возможного образования льда за счет прокладки труб, образующий замкнутый контур, с циркулирующим от насоса незамерзающим теплоносителем, получающим тепло через теплообменник от вентиляционной или отопительной системы здания, от дымовых газов котельных (патент РФ №2300611, МПК E04D 13/00 от 10.06.2007 г.).
Недостатками аналога являются повышенная стоимость, сложность конструкции и недостаточная универсальность из-за необходимости расположения теплообменников или в вентиляционной, или в отопительной системе здания, или в магистралях удаления дымовых газов котельных.
Наиболее близким аналогом изобретения является «Антиобледенительная система для карнизов крыш и водосточных труб», включающая в себя магистраль подвода теплоносителя - воздуха, образующую замкнутый контур с испарителем (патент РФ №2381339, МПК E04D 13/076 от 10.02.2010 г.).
Недостатками наиболее близкого аналога являются повышенная стоимость изготовления и эксплуатации из-за необходимости подогрева воздуха до достаточно высоких температур от внешних высокотемпературных источников тепла, сложность конструкции и недостаточная универсальность.
Раскрытие изобретения
Предлагаемое техническое решение проблемы подачи тепла на кровлю и в водостоки для предотвращения замерзания талой воды без затрат на покупку энергоносителей основано на свойствах жидкостей поглощать значительное количество тепловой энергии при испарении и выделять ее при конденсации с созданием над жидкостью давления насыщенных паров, адекватного температурным условиям испарения и конденсации для данной жидкости, а также на повсеместном наличии значительных объемов бросового тепла, содержащегося в загрязненных водах, отходящих от зданий по канализационным трубам, или в обратной циркуляционной воде, использовавшейся для отвода избыточного тепла производственных процессов и т.п.
Задачей изобретения является создание устройства для защиты кровли от образования наледей и сосулек со сниженными эксплуатационными затратами, со сниженными затратами на создание устройства, упрощение конструкции, повышение универсальности устройства.
Технические результаты изобретения:
- снижение эксплуатационных затрат для защиты кровли от образования наледей и сосулек;
- снижение затрат на создание устройства для защиты кровли от образования наледей и сосулек;
- упрощение конструкции устройства для защиты кровли от образования наледей и сосулек;
- повышение универсальности устройства для защиты кровли от образования наледей и сосулек.
Технические результаты достигаются тем, что устройство защиты кровли от наледей и сосулек включает в себя магистраль подвода теплоносителя, образующую замкнутый контур, испаритель и теплоноситель, при этом магистраль подвода теплоносителя состоит из подающего газопровода, газопровода конденсации, конденсатопровода, причем соединение испарителя с газопроводом и конденсатопроводом выполнено с возможностью испаренного в испарителе теплоносителя по подающему газопроводу попадать в газопровод конденсации, который выполнен с возможностью теплообмена с элементами кровли или элементами системы водостока, в котором теплоноситель конденсируется, и по конденсатопроводу в жидкой фазе попадать в испаритель, испаритель размещен в тепловом потоке, а устройство герметично и выполнено с возможностью установки приборов или систем контроля параметров теплоносителя.
Технические результаты достигаются также тем, что в качестве теплоносителя используется вещество, обладающее при атмосферном давлении температурой кипения от -5°C до +30°C и способное выкипать при температурах от 0°C до +30°C с образованием давления насыщенных паров не выше 1 МПа при рабочих температурах в зоне испарения от +10°C до +50°C, конденсирующееся при температурах ниже 0°C при давлении, близком к атмосферному.
Технические результаты достигаются также тем, что в качестве теплоносителя используется бутан.
Технические результаты достигаются также тем, что в качестве прибора контроля параметров теплоносителя используется манометр.
Технические результаты достигаются также тем, что используется тепловой поток канализационных стоков.
Технические результаты достигаются также тем, что используется тепловой поток обратной циркуляционной воды систем централизованного теплоснабжения.
Технические результаты достигаются также тем, что используется тепловой поток избыточного тепла производственных процессов.
Технические результаты достигаются также тем, что подающий газопровод выполнен из материала с низкой теплопроводностью.
Технические результаты достигаются также тем, что газопровод конденсации выполнен из материала с высокой теплопроводностью.
Технические результаты достигаются также тем, что испаритель выполнен из материала с высокой теплопроводностью.
Осуществление изобретения
Сущность заявляемого изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 представлена схема устройства для защиты кровли от образования наледей и сосулек, на фиг.2 - диаграмма зависимости давления насыщенных паров в испарителе от температуры кипения.
Устройство защиты кровли от наледей и сосулек включает в себя магистраль подвода теплоносителя, образующую замкнутый контур, испаритель 1 и теплоноситель 2, при этом магистраль подвода теплоносителя 2 состоит из подающего газопровода 3, газопровода конденсации 4, конденсатопровода 5, причем соединение испарителя 1 с газопроводом 3 и конденсатопроводом 5 выполнено с возможностью испаренного в испарителе 1 теплоносителя 2 по подающему газопроводу 3 попадать в газопровод конденсации 4, который выполнен с возможностью теплообмена с элементами кровли или элементами системы водостока, в котором теплоноситель 2 конденсируется, и по конденсатопроводу 5 в жидкой фазе попадать в испаритель 1, испаритель 1 размещен в тепловом потоке, а устройство герметично и выполнено с возможностью установки приборов 6 или систем контроля параметров теплоносителя 2.
Все элементы устройства для защиты кровли от образования наледей и сосулек могут быть выполнены на имеющейся элементной базе с использованием отработанных технологий.
Устройство защиты кровли от наледей и сосулек работает следующим образом.
Теплоноситель 2, например, нормальный бутан, находящийся в испарителе 1, выполненном из теплопроводящего материала и закрепленного, например, в колодце в потоке канализационных стоков, имеющих температуру +10°C ÷ +50°C, обладая температурой кипения -0,5°C при атмосферном давлении, будет кипеть и испаряться, поглощая тепло из потока воды, равное теплоте испарения 395 кДж/кг, с образованием паровой подушки с потенциалом давления, пропорциональным температуре стенки испарителя, но которое фактически будет равно гидравлическому сопротивлению паров, устремляющихся по подающему газопроводу 3 к газопроводам конденсации 4, где давление при минусовых температурах будет стремиться к атмосферному или незначительно ниже атмосферного. За счет этой разности давления осуществляется перенос паров теплоносителя 2 и тепла из испарителя 1 к газопроводам конденсации 4. Одна трубка Ду-6 в зоне конденсации на длине 12 пог.м при использовании бутана в качестве теплоносителя способна передать 320 Вт в час тепловой энергии, что больше, чем обеспечивает аналогичной длины электрообогревающий кабель с тепловыделением 25 Вт/пог.м.
Из диаграммы, представленной на фиг.2, видно, что при температурах стоков в испарителе 1 теоретически может создаваться давление 0,2-0,4 МПа, а в зоне конденсации при температуре ниже 0°C бутан может конденсироваться при давлении насыщенных паров 0,1-0,05 МПа. При конденсации будет выделяться теплота в количестве 395 кДж/кг, которая пойдет на подогрев кровли и водостоков.
Сконденсировавшийся бутан по конденсатопроводу 5 возвращается обратно в испаритель 1, попутно создавая незамерзающую зону для стока талых вод по водостоку за счет остаточного тепла. Направление движение потока паров бутана из испарителя 1 по подающему газопропроводу 3 к газопроводам конденсации 4 и кондесатопроводу 5 задают гидрозатвор, выполненный в испарителе, и гидравлический подпор столба жидкости из возвращающегося в испаритель 1 сконденсированного бутана 2.
Герметичность устройства и параметры теплоносителя возможно оценивать манометром 6.