VI Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2014

Принятые на сегодняшний день способы борьбы с образованием и удалением сосулек имеют много недостатков в трудозатратной, экономической и экологической областях.

Исполнение плановой очистки крыш от сосулек не предусматривает внезапности изменения погодных условий и не гарантирует оперативности проведения работ на конкретном доме.

Технологически невозможно провести уборку снега и удалить наледь с аварийных, ремонтируемых, строящихся кровель зданий.

Работы по очистке кровель от сосулек должны проводить люди, прошедшие специальную подготовку и имеющие необходимые разрешительные документы. Промышленных альпинистов мало, а стоят они дорого. Использование автовышек так же дорого, да и не везде возможно.

В связи с трудоёмкостью процесса очистки кровель от наледи приходится дожидаться образования достаточного их количества и массы (зачастую критического для самопроизвольного падения).

От разлетающихся при падении осколков льда очень велика опасность травматизма граждан, повреждения автотранспорта, элементов уличного освещения и благоустройства, находящихся вблизи от зоны обрушения.

Постановка задачи

При проведении уборки снега и сколки льда ручным инструментом, как правило, повреждается кровля здания, и создаются условия для возникновения протечек талой (а впоследствии и дождевой) воды в чердачные, мансардные и жилые помещения верхних этажей. За этим неизбежно следуют ремонтно-восстановительные кровельные работы. Для избегания подобных проблем предлагается использовать устройства для удаления льда с карнизов крыши.

Главной задачей является эффективное и менее энергозатратное удаление сосулек устройством способным работать в автоматическом режиме.

Описание принципа удаления сосулек

Устройство представляет собой трансформатор с короткозамкнутой вторичной обмоткой, в качестве которой выступает карниз, подключаемого к нему управляемого источника электропитания, датчика обратной связи и вибраторов закреплённых на карнизе.

При включении устройства карниз начинает нагреваться и вибрировать. Датчик обратной связи и управляемый источник электроэнергии служат для настройки вибрации на частоту собственных колебаний карниза с сосульками, это нужно для того что бы добиться резонанса и соответственно максимальной эффективности данного устройства. В качестве датчика обратной связи выступает резонансный частотомер, который будет сравнивать частоту входного сигнала с собственной частотой.

Нагрев карниза, а соответственно и льда на нём, используется для уменьшения прочности льда, за счёт разницы в коэффициентах линейного расширения льда и материала поверхности карниза появятся сдвиговые деформации на границе их раздела, то есть уменьшит адгезию. Вибрация карниза позволит стряхнуть сосульки, что обеспечит более эффективную очистку карниза.

Энергоэффективность данного устройства заключается в том, что большинство устройств для удаления наледи и сосулек используют только тепловое воздействие, а для полной отчистки карниза подобными методами потребуется длительный нагрев сосулек, карниза и окружающего воздуха, и чем дольше нагрев, тем больше потерь энергии будет. При использовании комбинированного воздействия, а именно нагрева и вибрации карниза, удаление сосулек будет происходить быстрее.

Расчёт трансформатора

Отдельно хочется отметить тот факт, что практически все тепловые потери короткозамкнутого трансформатора расходуются на нагрев, то есть по прямому назначению, поэтому тепловой КПД можно принять близким к 1 [1].

Для примера возьмём карниз размером 25 метров в длину, 20 сантиметров в ширину и толщиной 2 миллиметра.

Требуемая мощность трансформатора для обогрева данного карниза на 15 ⁰C в течении 20-30 секунд будет равно от 18 до 27 кВт.

Оптимизация процесса удаления сосулек

Для более эффективной отчистки карнизов крыши, необходимо знать в какой момент включать устройство. Наиболее выгодным в плане затрат энергии является период образования сосулек, так как гораздо проще удалять небольшие новообразования, чем сформировавшиеся сосульки. Также температурный диапазон образования сосулек наиболее благоприятен для работы нашего устройства, так как разогреть карниз до положительной температуры при – 5 ^оС гораздо легче, чем при – 30 ^оС. Для нахождения благоприятных условий образования сосулек воспользуемся статистическими данными.

Рисунок 1 – Количество случаев образования сосулек в зависимости от

температуры

Рисунок 2 – Количество случаев образования сосулек в зависимости от влажности

Основываясь на данные статистики [2], получаем, что устройство будет работать при влажности выше 75 % и в температурном диапазоне от +5 до – 10 (увеличив диапазон из-за возможных перепадов температуры, или разницы температур теневой и солнечной стороны)[3]. Также можно отметить, что при положительной температуре греть карниз нет необходимости.

Список использованных источников

1 Тихомиров П.М. Расчет трансформаторов. – 5-е изд., перераб. и доп. – М.: Энергоатомиздат, 1986. – 528 с., ил.

2 Глухов В.Г. Метеорологические условия образования гололёда на высотных сооружениях. – Л.: Гидрометеоиздат, 1972. – 59 с.

3 Клинов Ф.Я. Вода в атмосфере при низких температурах. – М.: Академия наук СССР, 1960. – 169 с.

Код для цитирования: Скопировать