зміст
Вступ
. Зовнішні фактори, що впливають на процес обмерзання дахів
. Аналіз наявних систем антиобледеніння
.1 Патентне дослідження
.2 Загальний аналіз системи антиобледеніння на основі кабелю, що гріє
. Енергозберігаючі системи сніготанення та антизледеніння на основі напівпровідникових плівкових нагрівачів
.1 Аналіз зовнішніх факторів обмерзання даху
висновок
Список літератури

Вступ
Щорічно від падаючих з дахів брил льоду і бурульок гинуть і отримують каліцтва люди, псується знаходиться в низу автотранспорт. Також під вагою льоду відбувається прискорене руйнування елементів покрівлі.
Всього цього можна уникнути якщо встановити систему антиобледеніння. Чистити дах не буде необхідності, підвищиться комфорт і безпеку експлуатації будівель.
Актуально дане дослідження в першу чергу для сибірського регіону. Адже у нас снігові і морозні зими, а також резкоконтінентальний клімат. Вдень повітря може прогріватися до позитивних температур, а вночі знижуватися аж до мінус 30 градусів.
До теперішнього часу застосування систем сніготанення стало звичайним явищем, проте, більшість публікацій на цю тему є або чисто рекламними, або декларують загальних положень, почерпнуті з переказів закордонних посібників. Застосування кабельних систем опалення для очищення водостоків і крайок дахів від льоду є складним, як для розрахунків і проектування, так і для монтажу і експлуатації. Тому метою роботи буде розробка і дослідження нової енергоефективної системи антиобледеніння з плівковими напівпровідниковими нагрівачами.
Необхідність і спрямованість даної мети можна обумовити наступними завданнями:
üВибор оптимальних параметрів для серійної забудови.
üРазработка технічних вимог до приладів такого типу.
üРазработка нормативно- технічної документації
üАналіз наявних систем
üПодготовка системи до патентування
üАналіз зовнішніх факторів, що впливають на процес обмерзання дахів
üІзученіе заходів щодо запобігання процесу обмерзання
Предметом дослідження виступають енергозберігаючі системи сніготанення та антизледеніння на основі напівпровідникових плівкових нагрівачів адаптованих для різних типів дахів, експлуатованих в різних кліматичних зонах.
Установка системи, яка буде перешкоджати обмерзання покрівлі, необхідна і повинна носити обов'язковий характер, так як вона покликана підвищити рівень безпеки експлуатації будівлі, пересування автотранспорту та пішоходів.
Системи антиобледеніння створені на основі гріючих кабелів, не дивлячись на свою дорожнечу і високу енергоємність, поступово знаходять своє застосування. Незважаючи на те, що в ряді випадків застосування кабельної системи антиобледеніння, не тільки не виправдовує надій, а й навпаки погіршує ситуацію. В першу чергу, це обумовлено тим, що система антиобледеніння дахів і водостоків це складна інженерна задача, яка повинна враховувати особливості кліматичної зони, якого типу дах - тепла або холодна, вид ринв - по покрівлі або ж підвісні. Так само дуже важливим є конструкція крапельника, і матеріал, з якого виробляються водостічні труби і жолоби. Система антиобледеніння повинна працювати спільно з інтелектуальним щитом управління, який повинен вибирати алгоритм роботи в залежності від температурного діапазону, вологості, опадів, часу доби і вітрового навантаження. Причому алгоритми роботи відрізняються не тільки за кліматичними зонами, але і по орієнтації до частинам світу, знаходження поблизу водойми і від планувальної забудови.
Тому дослідження в даному напрямку повинні вестися, щоб спростити систему, знизити її собівартість і збільшити надійність.

1. Зовнішні фактори, що впливають на процес обмерзання дахів
Особливість клімату Іркутська така, що в зимовий період добовий перепад температури повітря може перебувати в межах від + 3-5 ° С вдень і до -30 ° С вночі. Такий температурний режим є найбільш сприятливим для утворення полою. Ще більш ситуація погіршується навесні, коли танення снігу активізується під впливом сонячного випромінювання, а нічних заморозків ніхто не відміняв. До того ж в умовах міста на поверхні снігового покриву з'являється наліт темної бруду, що істотно знижує теплоотражающий здатність снігу, а завдяки наявності оголилися і швидко прогріваються сонцем ділянок покрівельного покриття шар снігу навесні тане і з внутрішньої сторони.
Власне кажучи, причина обмерзання одна - замерзання води. Але ось ступінь промерзання безпосередньо залежить від конструкції даху і кліматичних впливів. Якщо дії природних чинників - явище незалежне, і вплинути на нього неможливо, то пристрій даху - це вже справа рук людських, і тут багато що можна зробити, щоб мінімізувати вплив природи.
В першу чергу, це погана теплоізоляція покрівлі або відсутність такої. Потоки теплого повітря з опалювального приміщення навіть в стійкий мороз можуть сприяти таненню снігу на даху та замерзання отриманої води.
яквідомо, першопричиною появи льоду на покрівельному покритті даху є атмосферні опади, що випадають у вигляді снігу. Сам по собі сніг не становить серйозної небезпеки до тих пір, поки він не почне танути під впливом джерела тепла і перетворюватися в воду. Там де в силу різних причин відведення талої води з покрівлі утруднений, при подальшому зниженні температури повітря до від'ємних значень, вода замерзне, і перетворитися в лід. Далі події розвиваються так: при черговому короткочасному впливі джерела тепла на сніжно-крижану кірку, танення буде піддаватися, перш за все, сніг (у льоду швидкість плавлення нижче), а коли знову вдарить морозець, товщина крижаного шару неминуче збільшиться. При цьому з кожним циклом "відтавання - заморожування" тала вода з покрівлі буде приділятися все гірше і гірше через наростання крижаних дамб і пробок на шляхах її руху. Іншими словами, процес обмерзання покрівлі має лавиноподібний характер.Совершенно очевидно, що в ситуації з теплим горищем необхідно подбати про те, щоб взимку зовнішня поверхня покрівлі мала температуру якщо і не негативну, то хоча б близьку до 00С. З цією метою в конструкцію покрівлі необхідно вводити ефективні теплоізоляційні матеріали. Такий захід, по-перше, зменшить тепловтрати будівлі в зимовий період, а по-друге - допоможе знизити гостроту проблеми, пов'язану з обмерзанням покрівлі. Зменшиться ймовірність але проблема не решітся.Для того, щоб не утворювалися бурульки, слід або прибирати сніг після кожного снігопаду (що і виконується в даний час в Москві за розпорядженням Департаменту комунального господарства), або нагрівати водостічні шляху, включаючи карнизи, водостічні жолоби, труби , виходи з водостоків. Прибирання снігу та очищення карнизів будівель призводить до розгерметизації фальцев, пробоїн, вм'ятин, тобто до протікання і зниження довговічності покрівлі. 2. Аналіз наявних систем антизледеніння .1 Патентне дослідження В результаті патентного дослідження було визначено 80 патентів на винаходи та корисні моделі систем антизледеніння. На мою думку, актуальними є наступні: üПатент РФ №2503785 від 03.07.2012Устройство для видалення бурульок з звисів даху включає закріплений на стіні за допомогою кронштейнів робочий орган з приводним механізмом і сколювачем бурульок. Робочий орган виконаний у вигляді дугоподібних скоб, підвішених на натягнутій струні. Остання забезпечена балансиром у вигляді стрижня і противаги. Сколювачем представляють собою жорсткий стрижень, що з'єднує верхні кінці скоб. Приводний механізм виконаний у вигляді зрізаної зверху ночвоподібної трубки для скупчення в ній талої води, прикріпленою до нижньої частини дугоподібних скоб прямо під краєм свеса.üПатент РФ №2493339 від 11.01.2011 Комплекс включає карбонову термострічці, що забезпечує підігрів кромки покрівлі, інфрачервоний або СВЧ випромінювачі для обігріву водостоків і петлі з термокабеля для підігріву водостічних труб. Всі елементи системи замкнуті на електронний блок, який працює в автоматичному режимі за програмою, закладеною в мікрочіп. Датчики температури і вологості встановлені на карнизі даху і горловині водостоку, під'єднані до мікрочіп, а дистанційний вмикач розміщений в блоці автоматики пристрою і виконаний на основі Bluetooth або Wi-Fi. Комплекс управляється дистанційно за допомогою пульта управління, розташованого у оператора або чергового по будівлі, на ньому ж відображається інформація про поточний стан агрегатів комплекса.üПатент РФ №2485261 від 24.08.2011 Пристрій включає розташований під нижньою кромкою покрівлі скатної даху ринву, виконаний з можливістю перекидального повороту у вертикальній площині, причому нижня кромка покрівлі потовщена і має мінімальну непідкріплені довжину. Ринва утворений жорсткої металевої напівтруби з поперечними ребрами або жорстким металевим ребровим каркасом з вставляється напівтруби. Поперечні ребра металевої напівтруби або реберного каркаса шарнірами з'єднані з нерухомими кронштейнами, встановленими на стіні. При вростання ринви в криги і бурульки проводиться макроповорот жолоби за допомогою одного з двох типів запропонованих механізмів - трос-пружинного або двухзвенного ричажного.üПатент РФ 2457045 від 01.03.2011 Спосіб полягає в тому, що на поверхню об'єкта наносять гідрофобне покриття. При цьому покриття вибирають з крайовим кутом змочування більше 120 °. Гідрофобне покриття наносять смугою, ширину якої вибирають не менше 50 мм, рахуючи від кромки. При цьому поверхня набуває властивостей антісмачіваемості, тобто різко знижується прилипаемость рідини (води) до поверхні. Крапля води на такій поверхні приймає кулясту форму і перекочується по поверхні, не залишаючи мокрого сліду. У разі переміщення об'єкта в воді на такій поверхні буде проявлятися ефект зникнення прикордонного слоя.üПатент РФ 2452830 від 29.10.2010 Пристрій для видалення бурульок з покрівлі будівлі містить джерело механічних коливань, виконанийу вигляді електричного приводу обертання, і взаємодіє з ним гнучкий хвилевід, що складається з корпусу, виконаного у вигляді гнучкої трубки, і металевого троса, що проходить з можливістю обертання через внутрішній отвір корпусу по всій його дліне.После проведення навіть невеликого порівняльного аналізу різних систем і способів запобігання льодоутворення, найбільш застосовуваних на даний момент, і приблизного порівняння споживаних ними ресурсів (електроенергія, теплова енергія, витрати на послуги промислових альпініс ів) назріває необхідність проведення досліджень в цій галузі з метою забезпечення можливості повсюдного застосування більш економічних і не менш ефективних систем і способів боротьби з цією проблемою. Не дивлячись на велику кількість антиобморожувачів серійно нічого не випускається, а тільки є проектні рішення. Найпоширеніша нині система антиобледеніння виготовляється на основі кабелю, що гріє. .2 Загальний аналіз системи антиобледеніння на основі кабелю, що гріє Тільки при напрацюванні достатнього досвіду в конкретних умовах, появи власних фахівців, технічне рішення починає застосовуватися усвідомлено і дійсно там, де це необхідно. Системи сніготанення для покрівель та водостоків, на жаль, не уникли цієї загальної тенденції. Застосування кабельних систем опалення для очищення водостоків і крайок дахів від льоду є найскладнішим, як для розрахунків і проектування, так і для монтажу і експлуатаціі.Работа систем антизледеніння при температурах нижче -18 ° ...- 20 ° С, як правило, не потрібна. По-перше, при таких температурах не йде утворення криги і різко зменшується кількість вологи. По-друге, при цих умовах кількість опадів, що випадають у вигляді снігу також уменьшается.Прі установці системи треба мати на увазі, що проектувальник повинен забезпечити з'явилася в результаті роботи системи воді вільний шлях повного стоку з кровлі.Существуют також кордону потужностей гріючої частини систем, встановлені на підставі практики, недотримання яких призводить до неефективного дії обладнання в зазначеному діапазоні температур, а значне перевищення останніх призводить лише до перевитрати електричної потужності бе якого-небудь поліпшення роботи сістеми.Все вищесказане дозволяє зробити кілька загальних висновків: Системи антиобледеніння в основному працюють лише в весняний і осінній періоди, а також під час відлиг. Робота системи в холодний період (-15 ° ...- 20 ° С) не тільки не потрібна, але може бути вредна.Следует: üСістему необхідно оснастити датчиком температури і відповідним спеціалізованим терморегулятором, який швидше можна назвати міні метеостанцією. Він повинен управляти роботою системи і допускати можливість підстроювання параметрів температури з урахуванням конкретних особливостей кліматичної зони, розташування і поверховості зданія.üГреющіе кабелі повинні бути встановлені на всьому шляху талої води, починаючи з горизонтальних жолобів і лотків, і закінчуючи виходами з водостоків, а при наявності входів в зливову каналізацію - аж до колекторів нижче глибини промерзанія.üНеобходімо дотримуватися нормативів встановленої потужності гріючих кабелів для різних частин системи - горизонтальних лот ів і жолобів, вертикальних водостоков.Основние завдання при конструюванні покрівельних систем антизледеніння - зробити її ефективною, порівняно недорогий, і застосувати такі способи кріплення, що не пошкоджували б дуже відповідальні вузли покрівлі і не псували б зовнішній вигляд будівлі. При цьому вузли кріплення повинні бути надійними, довговічними, і не пошкоджують оболонку гріючих кабелів. Одним з основних принципів конструювання вузлів кріплення є застосування тих же матеріалів, що і для покрівлі, або сумісних з ними. Перш за все, вони відносяться до покрівлі, критим оцинкованим залізом, мідними листами і металлочерепіцей.Следует помітити, що для м'яких покрівель застосовуються спеціальні методи не пошкоджуючого кріплення гріючих кабелів. На що набули широкого поширення лотках снігозатримання і снегоудаленія вельми доцільна укладання гріючих кабелів в бетонну (або цементно-піщану стяжку). Це, крім запобігання кабелю від пошкоджень, значно підвищує ефективність нагріву за рахунок використання теплоаккумулюючих властивостей бетона.В основному для систем антизледеніння використовуються два типи гріючих кабелів саморегулююча і постійної мощності.Саморегулірующаяся секція марки ССБЕ використовується для обігріву водостічних труб, жолобів, лотків, карнизів, крапельників, розжолобків, водометів і майданчиків між ними. Армовані секції постійної потужності марки ТСБЕ з номінальною лінійною потужністю 30 Вт / м використовуються для обігріву жолобів, лотків, крапельників, водостічних труб на невеликих зданіях.Бронірованние секції постійної потужності марки ТДОЕ і ТДБЕ (із середньою лінійною потужністю 25-30 Вт / м) використовуються для обігріву довгих і лінійних за формою лотків, жолобів, водостічних труб, крапельників, в процесі експлуатації яких можливі значитьЄльня механічні дії на нагрівальні секції. Броньовані і армовані секції використовуються також при обігріві плоских покрівель і лотків, коли є можливість залити секції в стяжку. Обігріваються воронки рекомендується використовувати на плоских дахах для обігріву входів в труби, що проходять по теплих помещеніям.кліматіческій енергозберігаючий антиобледенение дах 3. Енергозберігаючі системи сніготанення та антизледеніння на основі напівпровідникових плівкових нагрівачів У період часу, коли превалюють знакозмінні температури, дахи будівель покриваються товстою крижаною кіркою, змерзається сніг, замерзають жолоби і водостоки, з'являються небезпечні бурульки, які обрушуються вниз при поривах вітру. У такі моменти, пішохідні доріжки, що проходять поруч з будівлею, є підвищеним джерелом опасності.С даною проблемою, можна боротися простими способами: збивати бурульки. Але це не на довго. Фізичні сили витрачаються, час теж, а ефект при цьому временний.Прі відлиги вода, якщо вона не може швидко стекти на землю, затікає в щілини і стики. Потім при похолоданні замерзає, зламуючи поверхню. Снігові маси, увібравши в себе вологу, стають важчими, починають зсуватися, при цьому забивають жолоба і водостоки, які, не витримавши такої ваги, просто обрушуються вніз.Установка системи, яка буде перешкоджати обмерзання покрівлі, необхідна і повинна носити обов'язковий характер, так як вона покликана підвищити рівень безпеки експлуатації будівлі, пересування автотранспорту та пішоходів. На сьогоднішній день такі системи необхідні, щоб компенсувати природні катаклізми. Погодні умови настільки непередбачувані і деколи навіть небезпечні, що варто заздалегідь подумати, як запобігти непріятності.Сістема антиобледеніння дахів і водостоків це складна інженерна задача, яка повинна враховувати особливості кліматичної зони, якого типу дах - тепла або холодна, вид ринв - по покрівлі або ж підвісні. Так само дуже важливим є конструкція крапельника, і матеріал, з якого виробляються водостічні труби і жолоби. У своєму проекті, я пропоную розробити алгоритм роботи систем антиобледеніння. Причому, планується освоїти випуск плівкових напівпровідникових нагрівачів, безпосередньо адаптованих до даних систем. Не дивлячись на великий заділ в даному напрямку, необхідно провести ряд інженерно-технологічних робіт з доопрацювання конструкції нагрівального елементу і системи управленія.Для максимально ефективної роботи, нагрівальний елемент доцільно наносити (приклеювати) безпосередньо на елементи покрівлі, при цьому буде забезпечуватися максимальна теплопередача і не буде природного перешкоди при видаленні вологи (на відміну від кабельних систем), але для цього необхідно забезпечити відповідну адгезію до покрівельного покриття. При цьому як сам нагрівач, так і клей повинні бути стійкими до атмосферних впливів. Так само необхідно забезпечити відповідну електроізоляцію як самого нагрівача, так і всіх сполучних вузлів. Здійснити розробку щита управління системою антіобледіненія.Благодаря установці системи антиобледеніння на основі полімерних нагрівальних елементів відпаде необхідність додаткових кріпильних отворів і можна з легкістю запобігти утворенню криги і продовжити термін служби покрівлі, жолобів і водостоків. Так само можна економити свої сили і час, адже чистити дах і прибирати бурульки вже не буде необходімості.Кроме за все необхідно розробити сам алгоритм розрахунку системи антиобледеніння, так як необхідно враховувати ряд додаткових факторів: конструкцію покрівлі, кут нахилу покрівлі, орієнтацію будівлі, характеристики огороджувальних конструкцій.Оріентіровочний перелік етапів, необхідний для створення системи антіобледененія..Обработка креслень будівель і споруд з позначенням обігріваються ділянок даху і водостоків, із зазначенням до нкретного призначення проектованої системи обігріву .. Класифікація ділянок з подальшим виділенням характерних зон і небезпечних (з точки зору накопичення снігу і утворення льоду) місць .. Визначаються висота будівлі, довжина, висота і ширина даху, ухил покрівлі, довжина і діаметр водостічних труб, довжина і розміри лотків, жолобів .. Розробляється технічне завдання і алгоритм роботи системи .. Розраховується загальна електрична потужність сістеми.Определяются тип, кількість, площа і параметри напівпровідникових нагрівальних елементів .. Ви ерчіваются схеми установки нагрівачів і проектуються силова живить мережу і система управління .. Випускається повний пакет проектно-кошторисної документаціі.Еффект проекту в довгостроковій перспективі: після реалізації цього проекту будуть вироблені довгострокові моделі і механізми організації серійного виробництва, що дозволить підвищити не тільки рівень інноваційної активності регіону, а так само буде сприяти соціально-економічному розвитку Іркутська. .1 Аналіз зовнішніх факторів обмерзання даху Основною метою моєї роботи був збір і аналіз чинниківвпливають на процес обмерзання дахів та утворення криги великих розмірів, здатних завдати шкоди транспорту та пішоходам, а так само створення алгоритму роботи системи антиобледеніння та розробка конструкції антиобледеніння на основі напівпровідникових плівкових обігрівачів без використання складних процесів управленія.Ісследуя процес утворення криги на різних типах дахів, по-різному орієнтованих по частинах світу, я спробував вивести усереднену залежність і оптимізувати алгоритм управління, прив'язавши його до одного мул і кількома параметрами. Аналізуючи дані за зовнішніми кліматичними умовами і зіставляючи їх з візуальною оцінкою утворення криги на краю дахів, мною були зроблені наступні висновки: основний вплив на розмір криги надає швидкість зміни температури на поверхні даху, яка в свою чергу залежить від добового градієнта зовнішньої температури.Но якщо початкову температуру, при якому починається процес можна зафіксувати і відповідно поставити основні параметри початку роботи системи антиобледеніння, то подальші параметри носять випадковий характер, не можливо вгадати не тільки швидкість зміни температури, але навіть її напрямок, так як при збільшенні температури немає необхідності в системі антіобледененія.О плюсах кабельних систем говорилося в загальному огляді, тепер розглянемо мінуси.1. Існує велика різноманітність конструкцій дахів і водовідвідних пристроїв, кожна з яких має свої особливості в плані установки кабельних систем .. Мала площа тепловіддачі кабелю, що вимагає використання значної потужності для успішної роботи системи .. Кабель, що працює на даху, схильний до дії несприятливих зовнішніх умов, так як встановлюється зазвичай на відкритих ділянках. Такими умовами є сонячний ультрафіолет, механічні навантаження і різкі перепади температури. До того ж різні ділянки нагрівального кабелю часто працюють в умовах сильно розрізняються по тепловому режиму, що в свою чергу вимагає запасу по робочій температурі і максимальної питомої потужності для використовуваних типів кабелів. 4. Однакова тепловіддача кабелю по всій довжині, що призводить до того, що на одних ділянках кабель перегрівається, а на інших виділяється їм тепла може бути недостатньо для забезпечення задовільного функціонування системи; 5. Втрата працездатності кабелю на всій довжині секції при виході з ладу нагрівальної жили або пошкодженні ізоляції. [10] Короткий перелік технічних переваг плівкової системи антиобледеніння: .Увеліченная площа теплопередачі і не значна маса нагрівального елементу допоможе знизити момент інерційності системи, тим самим знизити економічні витрати. в якості гріє елемента використовуються напівпровідники, відповідно використовуються властивості напівпровідників із саморегуляції виділяється потужності, при цьому економі ся до 20% електроенергіі..Не вимагає складних профілактичних робіт, дозволяє економити від 15 до 50% електричної енергії, так як працює тільки в період часу, коли можливе утворення наледі..Появітся конкурентно здатна система антиобледеніння адаптована до місцевих кліматичних умов, за допомогою якої з'явиться можливість знизити економічні витрати при утриманні та експлуатації будівель. Висновок Проблема забезпечення безпеки експлуатації будівлі, пересування автотранспорту та пішоходів через утворення криги на покрівлі будівель є актуально практично на всій території Росії і багатьох країн ближнього і далекого зарубіжжя. На поточний момент, не дивлячись на ряд пропонованих технічних рішень, немає серійно випускаються комплектів, які могли б стати на заваді обмерзання покрівлі, жоден винахід не знайшло широкого застосування, так як складно піддається реалізації й економічно не целесообразно.В роботі будуть такі теоретичні аспекти: Вибір оптимальних параметрів для серійної забудови з урахуванням кліматичних умов; Розробка технічних вимог до приладів такого типу з аналізом наявних систем; на основі аналізу зовнішніх чинників, що впливають на процес про бледененія дахів, буде створено математичну модель.Результати проведеного дослідження сприятимуть збереженню житлового фонду міст Росії і багатьох країн ближнього і далекого зарубіжжя, збереженню привабливості будівель в осінній і весняний період часу, забезпечення безпеки пересування по вулицях міста, сприятиме впровадженню нових інноваційних технологій і створення кваліфікованих робочих місць.