IX Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2017

В связи с тем, что в нашей стране зима длится около полугода, то ежегодно миллионы пешеходов мучаются из-за проблем передвижения не только по тротуарам, но и по большим пешеходным улицам. Пенсионеры и вовсе иногда не способны пройти, куда- либо из-за гололедицы или узких снежных троп, заваленных сугробами! Сколько бы техники и денег не выделялось, должно пройти какое то время, что бы улицы успели очистить. В некоторых странах, со схожими климатическими условиями внедряют эффективные методы борьбы с осадками в зимнее время.  

Рис.1. Монтаж водяного отопления тротуара.

В странах с холодным климатом, в том числе и в России, удаление снега и защита открытых площадок от обледенения является важной и сложной задачей. Для ее решения используются системы обогрева открытых площадок, которые предназначены для предупреждения обледенения, а также быстрого осушения в период оттепели. Чаще всего в подогреве нуждаются спортивные площадки, лестницы, пандусы, подъезды к гаражам, остановки общественного транспорта и, конечно же, тротуары.

Системы обогрева тротуаров приобретают в России все большую популярность. Для борьбы с гололедицей интересную идею высказал руководитель ГУП "Мосводоканал" Станислав Храменков, предложив делать горячие водостоки. Вообще-то обогрев тротуаров - дело не новое. Например, в столице уже более пяти лет действует экспериментальная площадка перед зданием мэрии на Тверской, 13. Здесь под тротуарной плиткой проложена труба со сточной водой. Другая аналогичная площадка расположена у восстановленного Манежа. По данным городских властей, подобные системы планируется внедрить.

Одними из первых теплые тротуары появились в 1998 году в финской столице Хельсинки. Сегодня подогрев дорожного покрытия, автобусных остановок и железнодорожных платформ применяется в США, Канаде, Японии, Финляндии и странах Скандинавии. Впрочем, в массовую практику теплые дороги пока не вошли. И это при том, что мировой опыт показал: посыпать улицы песком или другими реагентами затратнее, чем подогревать их. Ведь это избавляет не только от закупки реагентов или щебня, но и от грязи, облегчает уборку улиц.

Необычные технологии уличного отопления зимой:

- теплые скамейки;

Большинство уличных скамеек пустуют с первых холодных дней осени. В результате получается, что эта мебель во многих городах не используется шесть месяцев в году. Исправить этот недостаток можно благодаря использованию лавок с подогревом.

Подобные элементы уличной мебели позволят превратить посиделки на скамейках в круглогодичный вид отдыха и досуга даже в самых холодных странах и городах мира.

Такие зимние лавки уже используются в некоторых городах Скандинавии и Канады. А в ближайшем будущем они появятся и на улицах Москвы. Отечественные термоскамейки разработала новосибирская компания Новые горизонты. Ожидается, что в российской столице уже в ближайшее время появятся 20 лавок с подогревом, которые будут установлены у выходов со станций метро и на детских площадках.

Рис.2. Уличная скамейка с подогревом

Теплая остановка

Каждый из нас знает, что зимой больше всего люди замерзают наостановках в ожидании общественного транспорта. На ходу хоть как-то можно согреться благодаря физическим усилиям, а стоя на месте это сделать куда сложнее. Но в последние годы стали появляться теплые остановки, которые позволяют не мерзнуть во время ожидания автобуса, трамвая или троллейбуса.

Существует два основных вида таких павильонов. Первый, открытый, позволяет согреваться людям на остановке благодаря излучающим тепло элементам, к примеру, лампам обогрева или встроенным в корпус остановки батареям.

Но описанные выше остановки отлично подходят для умеренно холодных в зимнюю пору стран. На настоящем Севере, где даже осенью температура может опускаться ниже, чем минус 20 градусов по Цельсию, устанавливают полностью закрытые теплые остановки, которые не растрачивают энергию зря и в дополнение защищают пассажиров общественного транспорта от холодных, пронизывающих северных ветров.

Тротуар с естественным подогревом

Исландия является одной из самых холодных стран в мире. Она находится в северной части Атлантического океана, и летом там температура редко превышает 20 градусов тепла. Тем не менее, в Рейкьявике даже в зимнее время на улицах происходит оживленная городская жизнь.

Жители и гости исландской столицы не боятся замерзнуть, гуляя по улицам города. Ведь тротуар там имеет систему естественного подогрева, в которую тепло поступает с горячей водой.

Тротуар с электрическим подогревом

Далеко не всем странам мира повезло с наличием огромного количества горячих источников, которые могли бы обеспечить целое государство теплом и электричеством. А потому другие страны, которые решили создать теплые тротуары, вынуждены использовать для обогрева улиц зимой традиционные источники энергии.

К примеру, тротуар с электрическим подогревом существует с 1998 года на одной из центральных улиц в Хельсинки. Так что гололеда на ней нету даже в самые холодные дни года – снег, падая на мостовую, тут же превращается в воду и стекает в городскую канализацию.

Рис. 4. Тротуар с электрическим подогревом

Возможны три схемы работы установки с теплоносителем водой.

1. Если обратная вода из системы отопления здания, примыкающего к тротуару, не поступает в водонагреватели горячего водо-снабжения, то установка может в течение всей зимы работать на этой обратной воде, имеющей при наружной температуре 0 °С температуру 40–50 °С.

Такие установки следует рассчитывать на перепад температур воды 10–15 °С.Столь малый температурный перепад и низкая температура теплоносителя ограничивают возможность применения этого варианта установки: при расчетном перепаде температур в теплосети 150–70 °С и перепаде температур в установке 10 °С потери тепла в восемь или более раз больше расхода тепла в установке.

2. В установку поступает вода не из системы отопления, а непосредственно из обратной магистрали городской теплосети.

Принципиальная схема подобной установки

Рис.6. Схема установки с теплоносителем водой

Обратная вода во время снегопада поступает в змеевики установки через открытые задвижки 1 и 2. В периоды между снегопадами задвижку 3 закрывают, но через диафрагму 4 на обводной линии в установку продолжает поступать вода в количестве 15–25 % от расчетного, что необходимо во избежание замораживания трубопроводов. Применение в подобной установке регистров недопустимо.

Опорожнение установки (при необходимости ремонта труб) производят в следующей последовательности: закрывают задвижки 1 и 2, открывают вентили 5, пускают в трубопроводы сжатый воздух (из баллона) и поочередно опорожняют змеевики.

3. Если обратная вода имеет низкую температуру в течение всего отопительного периода, то установка должна работать на горячей воде теплосети. При этом, во избежание разрушения подогреваемой конструкции, должна быть предусмотрена возможность снижения температуры горячей воды путем подмешивания к ней обратной воды в таком количестве, при котором температура смеси будет не выше предельно допустимой величины 90 °С.Подогревающие конструкции при теплоносителе воде те же, что и при применении антифриза.

Принципиальная схема установки с воздушным подогревом изображена на рис. 7.Подогретый воздух поступает в находящиеся под тротуаром каналы: сначала в подающие А, а затем в обратные Б. Охлажденный в каналах воздух вентилятором нагнетается в калориферы и нагретый вновь поступает в каналы.

Рис.7. Принципиальная схема установки с воздушным обогревом

Схема установки проста, но при радиусе ее действия более 60–70 м она не обеспечит достаточную равномерность плавления снега по длине и ширине конструкции.

В таких случаях целесообразно применять схему, дающую возможность периодически изменять направление движения теплоносителя.

Качество работы установки с воздушным подогревом зависит не только от температуры и количества воздуха, но и от степени теплопроводности плит перекрытия каналов; они должны быть минимальной толщины из тяжелого и жесткого бетона с предварительно напряженной арматурой.

Помимо максимально возможного коэффициента теплопередачи, плиты перекрытия должны обладать и механической прочностью, допускающей заезд на тротуар заднего колеса трехтонной грузовой автомашины.

Один из вариантов воздушных каналов изображен на рис. 4. Детали каналов следует укладывать так, чтобы избежать возможность перетекания воздуха из подающего канала в обратный. Каналы должны иметь уклоны вдоль и поперек тротуара для стока образующейся воды. Сверху каналы покрывают слоем асфальтобетона, имеющего толщину не более 2,5–3 см.

1 – балка-опора; 2 – битумная мастика; 3 – цементная стяжка, d = 2 см;

4 – утрамбованный шлак или щебень, d = 15 см

Рис.8. Каналы установки с воздушным обогревом

Исходя из практики работы трех названных теплоносителей, можно определить области применения каждого из них:

а) теплоноситель – воздух не следует применять, если на обогреваемой площади расположены смотровые колодцы, люки и т. п., и при возможности большой механической нагрузки на подогреваемую площадь;

б) теплоноситель – воду следует применять, когда вблизи подогреваемой площади нельзя разместить оборудование, необходимое для установок, работающих на антифризе или воздухе, но есть уверенность в высококачественном выполнении работ по заделке змеевиков в бетон и установка может быть подключена к городской теплосети;

в) теплоноситель – антифриз можно применять при наличии на обогреваемой площади препятствий, при возможной большой механической нагрузке на нее, а также при подогреве больших площадей (например, открытых стоянок автотранспорта и т. п.).

На основе экспериментальных отечественных и зарубежных данных расход тепла при плавлении снега в слое следует принимать равным 150 ккал/кг, а при плавлении его в момент выпадения на поверхность он составляет приблизительно 300 ккал/кг (соответственно, КПД установки – 0,53 и 0,27).

Таблица 1Величины капитальных вложений и годовых эксплуатационных затратпри различных способах обогрева сходов

Теплоноситель Капитальные вложения К, руб./м2 Годовые эксплуатационные затраты, руб./м2 · год Электричество 137 18,68 Антифриз 38 7,47 Воздух, нагреваемый в калориферах 34 6,91 Вода 23 7,23

Таблица 2Величины приведенных затрат при различных способах обогрева сходов

Теплоноситель Величины приведенныхзатрат, руб. Электричество П = 18,68 + 137/8 = 30,4 Антифриз П = 7,47 + 38/8 = 12,23 Воздух, нагреваемый в калориферах П = 5,62 + 34/8 = 9,87 Вода П = 6,23 + 23/8 = 9,1

Обогрев для улицы

Зона отдыха преимущественно используется в теплое летнее время. Это не означает, что ею нельзя пользоваться в холодное время года. Комфортное пребывание в месте отдыха весной, осенью и даже не слишком морозной зимой обеспечивает обогрев. Источником его может стать, например ИК-прибор с газовой горелкой, так называемый тепловой «зонтик».

Уличные газовые обогреватели

Большую популярность данный вид уличных обогревателей приобрел в открытых кафе и барах, владельцы которых таким образом продлевают сезон активной работы своих заведений. Но с не меньшим успехом они могут быть применены на даче. По виду они напоминают не столько зонтик, сколько стильный уличный фонарь, и поэтому отлично дополняют облик сада или участка (кстати, некоторые модели оборудованы подсветкой, так что действительно работают не только как обогреватели, но и как уличные фонари).

Принцип работы такого обогревателя несложен. Газовый тепловой «зонтик» представляет собой газовую горелку с отражателем, смонтированную на высокой (2 и более метра) штанге. Газ из баллона, расположенного в основании обогревателя, подается через блок управления в горелку и воспламеняется пьезоэлектрическим элементом. Сгорая, газ раскаляет сетчатый излучатель, который создает поток теплового излучения. Отражатель, смонтированный над излучателем, направляет тепловое (инфракрасное) излучение на обогреваемую площадь, создавая область теплого пространства.

Такие обогреватели в состоянии повысить температуру окружающей среды на 12-15 градусов, обеспечивая комфортные условия отдыха на любых открытых площадках. Наибольшая их эффективность достигается в отсутствие ветра и осадков.

Список литературы:

1. Подогрев тротуаров, сходов и производственных площадей. Л. Д. Богуславский, канд. техн. наук ; А. С. Ливенский, инженер

2. 5 необычных технологий уличного отопления зимой, ttp://www.novate.ru/blogs/201014/28211/

3. Уличные обогреватели, http://www.websadovod.ru/heating-outside/01.htm

Код для цитирования: Скопировать