СИСТЕМА АНТИОБЛЕДЕНЕНИЯ ГЛАВНОГО КОРПУСА АЛТАЙСКОГО ГОСУДАРСТВЕННОГО ТЕХНИЧЕСКОГО УНИВЕРСИТЕТА

Востриков Е. В. – аспирант, Сологубов А. В. – студент группы 8Э-63 РФ, Алтайский край, г. Барнаул, ФГБОУ ВО «Алтайский государственный технический университет им. И. И. Ползунова»

Антиобледенительные системы зданий и сооружений, появившиеся сравнительно недавно, доказали свою эффективность и во всем мире используются в строительном производстве целесообразность применения в строительном производстве и жилищно-коммунальном хозяйстве (ЖКХ) [1]. Использование таких систем позволяет исключить образование наледи в водосточных трубах, желобах, воронках и других местах ее наиболее вероятного появления, а также на подходах к зданиям и ступеней крылец.

Образование наледи приводит к уменьшению (вплоть до полного прекращения) оттока воды через водосточные желоба и трубы, что представляет серьезную опасность для жизни и здоровья людей и может привести к значительному материальному ущербу по нескольким причинам:

– отрыв значительных ледовых масс, иногда вместе с элементами водостока, представляет опасность для находящихся внизу людей и может стать причиной повреждения объектов, располагающихся вблизи водостока;

– повышается механическая нагрузка на элементы кровли, что сокращает срок ее службы (разрыв водостоков, появление зазоров в местах стыков кровли и т. д.);

– задержка воды на поверхности крыши приводит к протечкам, от чего страдают этажи, находящиеся непосредственно под крышей, и части фасадов зданий вблизи водостоков;

– необходимость механической уборки снега и льда с крыши, что требует дополнительного финансирования и резко сокращает срок службы крыши.

Использование в качестве нагревательного элемента кабельной продукции недостаточно энергоэффективно из-за небольшой площади теплоотдачи и ряду других причин. В связи с этим актуальным является исследование поверхностно-распределительного обогрева участков, подверженных образованию наледи с использованием многоэлектродных композиционных электрообогревателей (МКЭ) пластинчатой и объемной форм на основе бутилкаучука [2, 3].

Основным элементом антиобледенительной системы являются нагревательные секции, назначение которых преобразовывать протекающий по ним ток. Поэтому мощность на единицу длины (удельное тепловыделение), а также площадь нагревательного элемента – их важнейшие электро–, теплофизические параметры.

Существующие конструкции нагревательных элементов в основном базируются на различных греющих кабелях.

Резистивные кабели имеют постоянное неизменное сопротивление по всей длине и состоят из тепловыделяющей металлической жилы, изоляции, медной оплетки и внешней оболочки. Сегодня на российском рынке представлены резистивные кабели, производимые такими фирмами, как: «СПЕЦИАЛЬНЫЕ СИСТЕМЫ И ТЕХНОЛОГИИ», или ССТ (Россия), THERMO, KIMA Heating Cable (Швеция), CEILHIT (Испания), ENSTO TASH (Финляндия), NEXANS Norway AS (ALCATEL, Норвегия / Франция), DEVI (Дания) и др. [4-7].

Технические и стоимостные характеристики основных типов кабелей антиобледенительных систем приведены в таблице 1.

Таблица 1 – Технические и стоимостные характеристики кабелей для антиобледенительных систем

Анализ кабельных систем обогрева выявил следующие их недостатки:

- одинаковая теплоотдача кабеля по всей длине, это приводит к тому, что на одних участках кабель перегревается, а на других выделяемого им тепла может быть недостаточно для обеспечения удовлетворительного функционирования системы;

- малая площадь теплоотдачи кабеля, что требует использования значительной мощности для успешной работы системы;

- потеря работоспособности кабеля на всей длине секции при выходе из строя нагревательной жилы или повреждении изоляции.

Целесообразность применения электрообогревателей МКЭ в антиобледенительных системах доказана теоретическими и практическими исследованиями [8-9]. Основными преимуществами этих систем являются:

- наличие энергоэффективного распределенного нагрева;

- возможность изготовления электрообогревателей МКЭ, работающих в режимах само- стабилизации и саморегулирования;

- высокая степень изоляции МКЭ, более 1 МОм;

- длительная эксплуатация электрообогревателя МКЭ в условиях солнечной радиации, а также в агрессивной и влажной среде, срок эксплуатации, не менее 50000 часов.

С учетом специфики условий и эксплуатации выбраны два типа электрообогревателей МКЭ: пластинчатые, имеющие габаритные размеры 900х600х10 мм и 200х135х10 мм; и объемные цилиндрического типа, имеющие конструктивные размеры: внутренний диаметр – 24мм, внешний – 44 мм и длину 200 мм (рисунок 1) [10].

                       а) б)

1 – токоподвод; 2 – электроды; 3- изоляционная оболочка; 4 – электропроводный слой

Рисунок 1 – Устройство МКЭ: а) пластинчатый; б) объемный

Для антиобледенительных систем разработаны МКЭ, имеющий специальные электрофизические характеристики, например, зависимость удельного объемного электрического сопротивления ρv от температуры электропроводного слоя МКЭ от температуры на его поверхности (рисунок 2).

Для приведенных зависимостей характерно, что в первое время идет увеличение удельного сопротивления, затем оно стабилизируется или незначительно меняется для первого вида многоэлектродных композиционных электрообогревателей, что характеризуется положительным температурным коэффициентом ТКρ. Для второго вида многоэлектродных композиционных электрообогревателей после достижения определенной температуры наблюдается снижение удельных сопротивлений, что характеризуется отрицательным ТКρ. Полученные характеристики подтверждают возможность работы МКЭ в режиме самостабилизации и саморегулирования температуры на поверхности.

Для организации антиобледенительной системы главного корпуса АлтГТУ необходимо, прежде всего, определить зоны установки электрообогревателей МКЭ.

1 – с положительным температурным коэффициентом; 2 – с отрицательным температурным коэффициентом

Рисунок 2 ‒ Усредненные зависимости ρv электропроводного слоя МКЭ от температуры

В рассматриваемом районе преобладают юго-западные ветры. На рисунке 3 показано, как взаимно расположены вектора движения ветра относительно главного корпуса АлтГТУ.

Большая часть снежных наметов и наледи образуются за препятствием ветра в силу завихрений воздушных масс, следовательно, необходимо увеличение мощности обогрева на северо-восточной стороне корпуса из-за высокой вероятности образования больших наметов и наледи (рисунок 4).

Рисунок 3 ‒ Преобладающие направления движения ветра

Рисунок 4 – Турбулентность воздушных потоков

Периметр крыши главного корпуса равен 577 м. При этом, длина контура юго-западной части крыши равна 297 м (лицевая часть корпуса), а северо-западной части - 280 м.

Количество водостоков равно 33, а их высота с учетом обогрева воронок и места слива воды около 22 м, для обогрева выберем юго-западную часть крыши, и все водостоки. Для обогрева выбираем северо-западную часть крыши и все водостоки (рисунок 5).

Рисунок 5 – Места обогрева крыши Главного корпуса АлтГТУ с указанием длины участков и расположения водостоков

Выбираем принципиальную схему управления с использованием контроллера РТ-200 (рисунок 6).

Рисунок 6 – Принципиальная схема управления антиобледенительной системой на основе МКЭ

Принцип работы системы состоит в следующем. Если температура окружающего воздуха находится в рабочем диапазоне (устанавливается при изготовлении и может быть изменен пользователем), включается реле К1, снимая тем самым блокировку со всех цепей управления. Если предварительно был установлен таймер включения обогрева при входе в температурный диапазон (устанавливается при изготовлении и может быть изменен пользователем), прибор включит обогрев всей кровли (реле К2 и К3) на время установленное в таймере (режим подготовки). По окончании этого времени, обогрев выключится и РТ-200 контролирует состояние датчиков воды и осадков. При возникновении осадков РТ-200 включает обогрев кровли и лотков (реле К2 и К3 соответственно). При отсутствии осадков, прибор отключает обогрев кровли (реле К2). Водосточные лотки и трубы продолжают подогреваться до отсутствия сигнала с датчика талой воды. После этого обогрев лотков и труб будет продолжать работать по встроенному таймеру задержки (устанавливается при изготовлении и может быть изменен пользователем, поскольку зависит от длины водостоков). По окончании времени задержки обогрев отключится. Кроме того, возможно ручное управление прибором в виде принудительного включения обогрева, либо аварийного отключения обогрева.

Список использованных источников:

1. Антиобледенительные системы //Строительный сезон. – 2001. – №5. С. 28 – 33. Способ удаления льда с водостоков крыш зданий и сооружений: пат. № 2209906 Рос.Федерация. № 2002118385/03; заявл. 08.07.2002; опубл. 10.08.2003, Бюл. № 22–5 с.

2. Пат. № 2209904 РФ, МПК Е 04 Д 13/00. Устройство для удаления льда с водостоков крыш зданий и сооружений / Т. М. Халина, М. В. Халин, Г. А. Пугачев [и др.] – № 2002102526/03; Заявл. 28.01.2002; Опубл. 10.08.2003, Бюл. №22–5 с.

3. Пат. № 2209906 РФ, МПК Е 04 Д 13/076. Способ удаления льда с водостоков крыш зданий и сооружений / М. В. Халин, Т. М. Халина, Е. М. Рябикин [и др.], – № 2002118385/03; Заявл. 08.07.2002; Опубл. 10.08.2003, Бюл. №22–5с.

4. Thermo: [Электронный ресурс] // Sweden.Professional. Режим доступа URL: http://thermoindustri.ru/ –Загл. с экрана.

5. Ceilhit: [Электронный ресурс] // Системы обогрева. Режим доступа URL: http://www.ceilhit.ru/ –Загл. с экрана.

6. Devi: [Электронный ресурс] // By danfoos. Режим доступа URL: https://devi.danfoss.com/ – Загл. с экрана.

7. Ensto tash: [Электронный ресурс] // Saves your energy. Режим доступа URL: http://www.ensto.com/ –Загл. с экрана.

8. Востриков, Е. И. Антиобледенительная система на основе композиционных электрообогревателей/ Е.И. Востриков, М.В. Халин // Энергетика: экология, надежность, безопасность: сборник статей 13-ой Всероссийской научно-технической конференции. – Томск: Изд – во ТГУ, 2007, 52-57 с.

9. Халин, М. В. Многоэлектродный композиционный электрообогреватель для агрессивных и влажных сред / М. В. Халин, Е. И. Востриков // Вестник АГАУ, №3. – Барнаул: АГАУ, 2015, 130-135 с.

10. ТУ 3468-007-02067824-2003. Многоэлектродные композиционные элек­тро­обогреватели (МКЭ). № Гос. рег. 004026 / Разработчик М. В. Халин. – Барнаул, 2003. – 24 с.