Производство и продажа тепловых насосов

Современные конструкции снеготаяния и антиобледенения

Система снеготаяния представляет собой устройство для растапливания снежного покрытия и ледяных образований на открытых территориях в зимний период. Конструкция установки бывает двух типов:

  1. Электрическая, где в качестве источника тепла служит нагревательный электрический кабель.
  2. Водяная, где в качестве основы служит система, полностью идентичная конструкции теплых полов.

Принцип работы устройства для снеготаяния

Водяная система антиобледенения с конструкцией на основе теплых полов работает от местного источника отопления при температуре до -10°C. В зависимости от целей использования и условий эксплуатации температура теплоносителя может быть равна от +30 до +50°C. Если мощности источника тепла для снеготаяния хватает, применяют автоматический возвратный теплообмен с системой отопления. В сравнении с ручным режимом управления системой, автоматизация процесса позволяет сэкономить порядка 70% энергии дополнительно.

Система снеготаяния активируется при температуре воздуха от +5°C до -10°C. Для своевременного включения и отключения конструкции используются датчики, которые помогают более эффективно распределять электроэнергию для прогрева. Стоит учесть, что если речь идет об уличной территории с площадью более 20 м2, то электрический тип системы снеготаяния и антиобледенения принято считать экономически нецелесообразным.

Система снеготаяния на кровле

Где применяются системы снеготаяния?

Система антиобледенения имеет значительную область для применения. Установка конструкции подходит для:

  • придомовых территорий частных построек и многоквартирных жилых домов;
  • пешеходных и велосипедных дорожек;
  • автостоянок жилых и офисных объектов, торгово-развлекательных центров, медицинских, детских и общеобразовательных учреждений;
  • ступенек и крылец зданий различного назначения;
  • стадионов и спортивных площадок;
  • мест погрузки и разгрузки транспорта на территории промышленных предприятий и супермаркетов;
  • водосточных труб и каналов;
  • взлетно-посадочных полос на аэродромах.

Преимущества установки системы

Система снеготаяния защищает открытые площадки, тротуары, ступеньки, автостоянки и дороги от воздействия атмосферных осадков при низких температурах воздуха в зимнее время. Конструкция способна в режиме автоматической регулировки поддерживать различные территории в чистоте. Отсутствие снега и наледи на уличных площадях в значительной степени понижает число случаев травматизма пешеходов, предотвращает заносы автотранспортных средств, облегчает задачу по очистке и эксплуатации уличных территорий для сотрудников коммунальных предприятий и увеличивает срок службы дорожного покрытия.

>

Решение подобной задачи разбивается на этапы нагрева снега до температуры плавления, то есть до 0 по Цельсию и дальнейшего его таяния. При этом следует учесть потери на предварительный разогрев системы (бетонной дорожки) и потери тепла от бетонной дорожки в окружающую среду (грунт, атмосферу и пр.).

Можно рассчитать каждый конкретный случай, исходя из теплоёмкости, плотности, теплопроводности материала дорожки и грунтов вокруг неё, учесть наличие теплоизоляции дорожки от грунта, температуру и пр. Но чаще всего, для упрощения, берут примерно 10-15 % потерь от общих затрат тепла на снеготаяние, снег при температуре воздуха ниже -10С идёт редко, поэтому температуру, от которой надо греть снег, в среднем принимают -5С.

Теплоизоляцию больших обогреваемых площадей снеготаяния как правило не делают, ибо конечный эффект экономии невелик. В случае с узкими дорожками, смонтированными не по грунту, лестницами и отдельными ступенями, не имеющими снизу такого хорошего утеплителя как грунт, результат теплоизоляции может быть достаточно ощутимым. Это также зависит от режима работы системы снеготаяния (эпизодически или постоянно с автоматикой, следящей за температурой и количеством осадков).

Плотность свежевыпавшего снега 50 кг/м3, плотность слежавшегося снега достигает 300 кг/м3.

Плотность льда, покрывающего "запущенные" дорожки более 900 кг/м3.

Теплоёмкость льда 2,1 кДж/(кг*К), теплоёмкость снега 1,7 кДж/(кг*К).

Теплота перехода воды в жидкое состояние 335 кДж/кг.

Из этих цифр, можно сделать вывод, что тепла, для того, чтобы нагреть 1 кг снега от -5 С до 0 С (на 5К) нужно где-то в 40 раз меньше, чем тепла, чтобы затем этот килограмм снега растопить. Также требуется нагреть массивную дорожку выше температуры плавления снега. Желательно не допускать образования на дорожках слежавшегося снега и льда, которые имеют плотность в 6-20 раз выше снега свежевыпавшего и соответственно во столько раз потребуют больше тепла на нагрев себя до температуры начала таяния при одинаковой толщине покрова.

Итак, что получается на 1 квадратный метр обогреваемых дорожек. Для того, чтобы при -5 С растаяло 10 см свежевыпавшего снега потребуется сначала нагреть эти 0,1 м3 (5 кг) снега до 0 С, а затем уже растопить.

Уйдёт 5*5*1,7 + 5*335 = 1718 кДж теплоты (примерно 0,5 кВт*час). Из них всего 43 кДж чтобы нагреть 5 кг снега до 0 С и целых 1675 кДж чтобы растопить. Ещё скорее всего потребуется 1000 кДж (четверть кВт*часа) чтобы подсушить (испарить) остатки неотведённой в водосток воды (примерно 0,4 литра влаги с м2). Теплота испарения воды 2250 кДж/кг.

Сами дорожки бывают достаточно массивные и стоит учесть количество тепла, необходимого на предварительный прогрев самой дорожки и сопутствующие потери в окружающую среду при этом. Теплоёмкость бетона 0,8-1,0 кДж/(кг*К) при плотности 2000-2400 кг/м3 200 кг массы одного квадратного метра дорожки толщиной 10 см требуют дополнительные 900 кДж (ещё 0,25 кВт*час) для прогрева на 5 градусов ( с -5С до 0С) или 0,5 кВт*час для прогрева с -10С до 0С.

Это разовые затраты на прогрев дорожки до начала снеготаяния. Есть ещё теплопотери в окружающую среду, зависящие от длительности работы системы снеготаяния. Через достаточно низкую теплопроводность грунта (1-2 Вт/(м*К) в нижележащие слои каждый час теряется сравнительно небольшая тепловая мощность. Если взять градиент температуры 1К на 100 мм грунта (а это 10К на 1 м), то с квадратного метра теплопотери вниз составят всего 0,01-0,02 кВт.

Для того, чтобы поддерживался требуемый градиент 1 К на 100 мм, должен быть обеспечен постоянный теплоотвод, против чего будет работать теплоёмкость (средняя 1 Вт/(м*К). Грунт будет постепенно нагреваться за счёт проходящего через него теплового потока, сдерживая при этом рост температурного градиента.

Средние теплопотери в грунт по самым максимальным оценкам не превысят 0,05 кВт/м2, при установившемся температурном градиенте 10-20 град/метр. Более высокий градиент, чем 20-30К, вряд ли возможен и целесообразен от открытых дорожек вверх (к воздуху) коэффициент теплоотдачи примерно 15-25 Вт/(м2*К), что даст около 0,1 кВт тепло потерь в атмосферу, но это только в самом конце процесса оттайки, когда уже почти весь снег стаял, до этого снег защищает зону таяния (пока эту зону прикрывает) от излишних теплопотерь в атмосферу, так как является неплохим теплоизолятором.

Дорожное покрытие толщиной 10 см с теплопроводностью 1,5 Вт/(м*К) имеет термосопротивление 0,07 (м2*К)/Вт и теоретически при напоре 10 К может пропустить в сторону снежного покрова тепловой поток 150 Вт/м2 При 20К уже 300Вт/м2 Этого, как показывает практика вполне хватает. Температура теплоносителя выбирается из соображений теплопередачи, материала, шага труб и пр. Вполне достаточна получаемая от ТН температура 30-35 С в стандартных решениях шага и диаметра труб.

Итого требуется: 0,5 кВт*час на каждые 10 см растапливаемого снега (около 5 мм осадков в водяном эквиваленте); 0,25 кВт*час на испарение остатков влаги; 0,5 квт*час предварительно нагреть квадратный метр дорожки (100 мм) на 10 градусов; 0,2-0,3 кВт*час потери в грунт за 4-6 часов работы; 0,1 кВт*час потери в атмосферу за последний час работы; Всего от 1,5 до 2,0 квт*час на квадратный метр дорожки и 10 см снежного покрова в зависимости от продолжительности цикла Из них прямых теплопотерь в грунт около 10-15% Предварительный прогрев дорожки 40-45% И собственно на сам снег 45-50% из расчёта 10 см свежевыпавшего снега и -5С Практически сложилось так, что для систем уличного обогрева дорожек закладывают мощность примерно до 200-300 Вт/м2.

Этого чаще всего хватает, чтобы растопить снег и лёд за несколько часов работы системы снеготаяния. Меньшая величина времени требуется для тёплой погоды и тонкого свежевыпавшего слоя, более длительный период для толстого покрова, для слежавшегося льда может понадобиться более длительный срок. Кроме того, для совсем теплой погоды и тонкого покрова мощность можно ещё ограничить регуляторами, а закладывать в проект мощность более 300 Вт/м2 считается нерациональным, так как возникает большая пиковая нагрузка на электросеть или котёл в моменты работы системы при больших подогреваемых площадях.

Затраченное время прямо пропорционально влияет на затраты энергии и соответственно стоимость процесса, чем длительнее процесс, тем больше абсолютных теплопотерь в атмосферу и грунт. На 150-180 м2 площади при удельной теплоотдаче 200-300 Вт/м2 мощность теплогенератора должна быть порядка 50 кВт, поэтому, как правило стараются обойтись мощностью менее, чем 200-300 Вт/м2, хотя, если хочется быстрее, тогда требуется соответствующий запас мощности.

Если на дорожках образовался лёд, то времени может понадобиться больше, так как плотность льда значительно выше плотности снега. Сезонная потребность тепла на снеготаяние рассчитывается исходя из средней величины осадков в регионе. Для МО примерно 50 кВт*час (для снежной зимы) на 1 м2 поверхности снеготаяния за зимний сезон.

Стоимость эксплуатационных расходов для подмосковной зимы примерно 100-200 руб. за квадратный метр за зимний сезон (в среднем по расходу дизтоплива или электричества в МО) или 30-50 руб./м2 (сезон) при использовании теплового насоса для нагрева теплоносителя системы снеготаяния.

Если есть желание получить 10% экономии от эксплуатационных расходов, то можно смонтировать дополнительное утепление под дорожное покрытие с соответствующим увеличением толщины по расчёту несущей способности. Но покроет ли подобная экономия удорожание дорожных работ? Решать индивидуально.