Problematic.Club - Сосульки на крышах домов (два и более этажа) в городах: ликвидация причин образования или вредных последствий
  • Сосульки на крышах домов (два и более этажа) в городах: ликвидация причин образования или вредных последствий


    Предварительный этап: Описание проблемной ситуации и обоснование ее актуальности


    Описание проблемной ситуации

    Сосульки образуются при низких (отрицательных по шкале Цельсия) температурах, обычно — несколько градусов ниже нуля, и при поступлении воды.
    Вода может, например, стекать с крыши дома, где снег тает под воздействием солнечных лучей или тепла с чердачных помещений. Талая вода под воздействием силы тяжести стекает вниз, и, благодаря холодному окружающему воздуху, замерзает. Вследствие такого намерзания воды размер сосульки увеличивается. Если сила тяжести, действующая на сосульку, в результате роста массы сосульки превысит предел прочности льда в точке начала роста, то сосулька обрушивается.

    Источник: https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%A1...8C%D0%BA%D0%B0

    Название: Сосульки_общее.jpg
Просмотров: 28

Размер: 9.6 Кб


    Обоснование актуальности проблемной ситуации

    Обрушение влечет вредные последствия: травмы для прохожих, повреждения транспорта или самих элементов кровли. К сожалению, представители властей чаще ограничиваются предупреждениями, а не решением проблемы в корне. Например, вот тут: "http://55.mchs.gov.ru/pressroom/news/item/2572651/:

    Главное управление МЧС России по Омской области напоминает жителям региона: чтобы избежать несчастных случаев в результате падения сосулек, схода снега, необходимо быть внимательными, стараться не передвигаться близко к стенам зданий, под балконами. Стоит обходить стороной места возможного падения сосулек или снежных пластов с крыши. Если опасное место огорожено, не пытайтесь сократить путь, пройдя под предупреждающими лентами.
    Что требуется получить?

    Необходимо, чтобы сосульки либо вовсе не образовывались, либо могли удаляться с крыш как можно быстрее, безопаснее и дешевле.

    Существующие методы решения проблемной ситуации

    Наиболее известные, включая активно применяемые, методы борьбы с сосульками можно объединить в 5 групп:

    1. Механическая очистка ("дворники c лопатами", условно говоря). В доказательствах не нуждается, можем лично лицезреть каждую зиму.

    Плюсы:

    "Дешево и сердито", или самое универсальное и распространенное решение, применяемое на большинстве кровель

    Минусы:

    Сосульки и наледи удаляются не оперативно, есть риск травмы и гибели работников, не на всех крышах можно удалить без специального альпинистского снаряжения, а это уже другие деньги и время проведения работ. Ну вот как тут, например:

    Нажмите на изображение для увеличения. 

Название:	Сосульки_альпинист_дворник.jpg 
Просмотров:	38 
Размер:	120.6 Кб 
ID:	110

    2. Термическая обработка (подогрев крыш/водостоков с использованием кабельных систем). С примерами (взято с рекламных страниц) можно ознакомиться тут: http://rooffaq.com/en/kab_obogrev/3.php или тут http://www.7dach.ru/Oleg_Sanko/antio...ami-46644.html

    Плюсы
    :

    Все удаляется само собой, в любое время (если нет недостатков в проектировании и монтаже).

    Минусы:

    Cистема требует значительных расходов на монтаж и на электроэнергию для эксплуатации. Кроме того, система кабелей, приведенная на картинке

    Нажмите на изображение для увеличения. 

Название:	Анти-обледенительные кабели.jpg 
Просмотров:	38 
Размер:	194.4 Кб 
ID:	111 слева, (видимо, проект был вполне не продуман), не справляется с задачей: снег между кабелем и нижней границей крыши как лежал, так и лежит. И значит, будет таять и участвовать в образовании наледи и сосулек.

    3. Теплоизоляция подкровельного пространства. Это формирование холодного чердака, чтобы крыши не грелись и снег не таял. Речь идет о так называемом "кровельном пироге", с примерами можно ознакомиться тут http://www.kroi.ru/articles/1/606/

    Плюсы:

    Самый простой способ формирования холодного чердака - всегда открытые слуховые окна. Закрываться они должны решетками только от птиц или осадков.

    Минусы
    :

    (i) Если кровля между чердаком и жильцами последнего этажа изолирована плохо, потребуются затраты на ее изоляцию. Иначе жильцы просто вновь закроют чердак.
    (ii) Необходимо обеспечить во всех домах обязательное поддержание чердачных окон в открытом состоянии круглогодично.
    (iii) Полная эффективность данного способа сомнительна. Снег на крышах тает не только там, где в подкровельное пространство поступает тепло, но и в неотапливаемых зданиях - от солнечных лучей.

    4. Экзотические: "лазерная эпиляция" (вернее, сбивание лазером), озвученная в свое время В.Матвиенко для Петербурга, либо сбивание парогенераторами.

    Плюсы:

    Полагаем, их нет.

    Минусы
    :

    Хорошо описаны здесь http://www.mozganet.ru/2013/icicles/ (разбор инициативы Матвиенко). Мы "погуглили" эти "идеи", и, как выяснилось, такая инициатива родилась не на пустом месте. В качестве опытного образца лазер применяли в Москве в 2002-2003гг. о технология оказалась неэффективной и крайне дорогой. Подробнее см. здесь http://www.korund34.ru/static/docs/t..._sosulkami.pdf

    5. Спецпокрытия для кровли. Например, на основе графитной смазки, с добавлением термоподогревающихся карнизов https://www.dp.ru/a/2012/03/07/S_sosulkami_budut_borot и вот такая ссылочка на предложение термокарниза в сети https://ruslo.tiu.ru/p21969541-antio...rmokarniz.html.

    Плюсы
    (термокарниза):

    Позволяет нагреть кровлю и очистить ее от сосулек.

    Минусы
    (термокарниза)

    Стоимость изготовления и монтажа - 900 руб/погон метр + стоимость эксплуатации (предлагается, по сути, греть улицу). Также непонятно, как он работает от центрального отопления, если у термокарниза прописана потребляемая мощность 15 кВт.[Примечание: на официальном сайте компании Русло+ - изобретателя термокарниза, никаких упоминаний о данном товаре или услуге нет: http://ruslo-piter.ru/catalogue/. Означает ли это, что термокарниз не оказался неэффективным для массового внедрения?]

    Анализ методов борьбы с сосульками приводится здесь: http://www.korund34.ru/static/docs/t..._sosulkami.pdf . (Статья рекламная, по сути, рекламируются кровельные покрытия "Корунд"). Автор пришел к выводу, что все известны методы либо малоэффективны, либо дороги. Самым эффективным он считает "Корунд". Здесь мы также не беремся оценить эффективность данного материала. Однако, его покупка и монтаж потребуют от 850 до 1560 руб/ кв м.


    Этап 1: Постановка проблемы

    Шаг 1.1. Описание проблемной ситуации как системы

    Имеется двух- или многоскатная кровля. Она предназначена, чтобы принимать на себя снег и воду и оперативно сбрасывать их, не накапливая. Ее функция - защита дома от окружающей среды. Покрытие кровли по умолчанию принимаем любым: металл (металлочерепица, профнастил, листовая жесть, и пр.), битумная черепица, шифер, керамика, любые смешанные материалы.

    Внешние факторы (вредные):

    • тепло от подкровельного пространства (растапливает снег);
    • осадки (снег, дождь, особенно ледяной), солнце (лучи растапливают снег);
    • ветер, отрицательная температура (подмораживает талую воду на краю крыши) и пограничная температура (около 0);

    Противоречия, которые необходимо устранить:

    Покатая кровля изначально задумана как способ автоматически избавляться от снега и воды, за счет силы тяжести. Но в результате совокупности воздействия вредных факторов (осадки + солнце + ветер + пограничная температура), на ней происходит накопление снега и образование сосулек.

    Противоречие № 1: Скатная кровля полезна, т.к. позволяет автоматически сбрасывать снег и воду, не требует обслуживания, но позволяет образоваться сосулькам.

    Противоречие № 2: Плоская кровля (или вообще отсутствие кровли) не образует сосульки, но требует обслуживания.

    Для нормальной эксплуатации жилого дома кровля необходима, и потому мы выбираем противоречие № 1 и с ним продолжаем работать.

    Идеальный конечный результат (ИКР):

    Необходимо добиться такого состояния скатной кровли, чтобы пласты снега и сосульки вообще не образовывались либо могли автоматически и оперативно удаляться, с минимальным привлечением человеческого внимания, ручного труда, затрат энергоресурсов и с минимальной стоимостью обслуживания.

    Запишем ряд обязательных параметров (ограничений для системы), которым должно соответствовать идеальное решение проблемы сосулек:

    1. Не требует значительных энергозатрат. Так как стоимость энергии в мире неуклонно растет, предложения "греть улицу" (кабельными системами или каким-то иным образом) не будут считаться эффективными решениями проблемы). Кроме того, нагрев кровли не гарантирует, что растаявший от нагрева снег не будет намерзать на кромке кровли, за пределами обогреваемой зоны, где действует минусовая температура.

    2. Не требует ручного труда, или привлечения специализированной техники. Не будет считаться решением обычный найм большего числа дворников, с мотивировкой, что стоимость их труда невысока. Стоимость труда может быть невысока в текущих обстоятельствах, но если вдруг ужесточат требования к технике безопасности, введут обязательное обслуживание крыш только людьми со специальной подготовкой или разрешением - стоимость такого труда резко вырастет.

    3. Автоматизм. Сосульки должны удаляться автоматически, без человеческого контроля. Допускается минимальное привлечение внимания (на уровне - "нажать кнопку").

    Шаг 1.2. Определяем конфликтующую пару: изделие и инструмент

    Конфликтующей парой является кровля ("Изделие") и сосульки (ледяные образования) на кромке кровли ("Инструмент"). Также конфликтующим элементом (инструментом) может выступать снег, лежащий и (или тающий) на кровле.

    Шаг 1.3. Графическая схема системы

    Назовем нашу систему условно "Кровля-осадки" и представим вот таким образом:

    Название: Система_кровля_осадки.png
Просмотров: 28

Размер: 36.8 Кб


    [Замечания в части смыслового наполнения или художественного стиля принимаются и приветствуются]

    Шаг 1.4. Выбираем, что является главной функцией рассматриваемой системы и выбираем, какое системное противоречие является главным

    Однозначно, для нас главное - наличие кровли, а значит продолжаем работать с противоречием № 1.

    Шаг 1.5. Усиливаем выбранное противоречие

    Отсутствующая кровля не позволяет образоваться сосулькам (к пустоте ничего намерзнуть не может).

    Шаг 1.6. ФОРМУЛИРУЕМ ПРОБЛЕМУ:

    Необходимо такое изменение в кровле (или в состоянии кровли как системы), чтобы кровля как-бы "отсутствовала" и не накапливала на себе лед (или снег), но при этом сохранялась ее основная функция - защита дома от внешней среды, включая осадки.

    Шаг 1.7. Проверить возможность применения системы стандартов

    Подробнее о применяемых в ТРИЗ стандартах можно прочитать здесь http://www.altshuller.ru/triz/ariz85v-t2.asp.

    Применяя стандарты ТРИЗ, можно уже на данном шаге увидеть решение проблемы сосулек. Это введение в нашу систему "Кровля-осадки" как минимум еще двух полей: теплового (с отрицательной температурой) - изнутри, и электрического поля. Почему электрического? Для ответа на этот вопрос предлагаем пройти далее по алгоритму.


    Этап 2. Анализ проблемы (начало решения проблемы)


    Шаг 2.1. Определяем оперативную зону (ОЗ)

    Оперативной зоной является поверхность кровли и ее кромка. Поверхность кровли - это место взаимодействия теплого воздуха, идущего изнутри дома, и осадков и холодного воздуха - извне.

    Шаг 2.2. Определяем оперативное время (ОВ)

    Оперативное время складывается из:

    Времени "до конфликта" (T1):

    • времени накопления снега
    • времени таяния снега


    Времени "конфликта" (T2):

    • времени стекания и замерзания талой воды на кромке кровли.


    [Очевидно, что процесс образования сосулек является растянутым во времени. Именно поэтому решения по оборудованию крыши нагревательными элементами неэффективно - нагрев придется поддерживать все время, пока идет/лежит снег и до тех пор, пока крыша не будет полностью сухая от снега и воды.]

    Шаг 2.3. Определяем "вещественно-полевые ресурсы" (ВПР) или просто ресурсы

    Определим "вещественно-полевые ресурсы" нашей системы "Кровля-осадки".

    1. Внутрисистемные:

    • кровля, подкровельное пространство (вещества);
    • теплый воздух подкровельного пространства (тепловое поле);

    2. Внешнесистемные:

    • Отрицательные температуры, солнечные лучи (тепловые поля);
    • Осадки: снег, дождь (вещества).

    3. Надсистемные:

    • В рассматриваемой системе "Кровля-осадки" надсистемными ресурсами можно считать ресурсы другой системы, в которую входит наша система. Например, система отопления дома, или же электрическая сеть дома.



    Этап 3. Определение идеального конечного результата (ИКР) и противоречия


    Шаг 3.1. Формулировка идеального конечного результата
    (ИКР-1)

    Изменение системы "Кровля-осадки", не усложняя систему и не выходя не пределы установленных нами параметров (ограничений) - см. шаг 1.1. и не вызывая иных вредных явлений, позволяет устранить накопление снега, его таяние и стекание и намерзание воды на кровле во время выпадения снега и/или во время его таяния и намерзания, при этом сохраняя функцию кровли по защите дома от неблагоприятной внешней среды, включая осадки.

    Шаг 3.2. Усиление формулировки ИКР

    В систему нельзя вводить новые вещества и поля - их можно только брать из уже имеющихся ресурсов (которые перечислили в шаге 2.3.)

    [Согласно этому правилу, дворники и лопатами/ломами на крыше - явно не идеальное решение, т.к. они подразумевают дополнительные ресурсы]

    Шаг 3.3. Формулировка противоречия на макроуровне

    Кровля в течении времени Т1 (накопления осадков) и Т2 (намерзание сосулек) должна присутствовать, чтобы защищать дом от неблагоприятной внешней среды, и в то же время ее не должно быть, чтобы осадки не накаливались и сосульки не намерзали.

    Шаг 3.4. Формулировка противоречия на микроуровне

    В зоне контакта кровли и осадков должно быть соприкосновение с осадками (его не может не быть, иначе кровля не реализует свою защитную функцию) и не должно быть контакта, чтобы не происходило накапливание/таяние снега или же происходило намерзания талой воды на кромке кровли.

    Шаг 3.5. Обновлённая формулировка идеального конечного результата (ИКР-2)

    Зона контакта кровли и осадков (включая уже образующиеся сосульки) должна принимать на себя осадки, но одновременно должна принимать как-бы "отсутствующее" состояние, чтобы эти осадки сбрасывать с себя. Иными словами, контакт осадков и кровли одновременно должен быть и его не должно быть.

    Шаг 3.6. Применение стандартов

    Перечень стандартов для решения задачи из ИКР-2 (см. выше) можно найти здесь http://www.altshuller.ru/triz/ariz85v-t2.asp. На данном этапе сложно понять, применим ли какой-либо из них к решению нашей проблемы или нет. Предлагаем двигаться дальше и перейти к четвертому этапу.


    Этап 4. Мобилизация и применение ресурсов


    Постараемся решить нашу проблему через использование уже имеющихся ресурсов (мы их обозначили в шаге 2.3.), в том числе их изменением (не влекущим чрезмерное удорожание или усложнение решения).

    Шаг 4.1. Моделирование "маленькими человечками" (ММЧ)


    Составим схему конфликта из маленьких человечков, а именно поверхность кровли и осадки. Покажем текущее состояние системы "Кровля-осадки" и то состояние, к которому требуется прийти.

    Название: Система_кровля_осадки_ММЧ.png
Просмотров: 29

Размер: 36.3 Кб


    Алгоритм АРИЗ-85-В рекомендует отображать изменяемым с помощью ММЧ только инструмент. Нашей системе инструментом являются осадки. Полагаю, что на данном этапе развития техники мы не можем напрямую воздействовать на них. Мы можем воздейстовать на состояние поверхности кровли (изделия). Поэтому именно кровлю мы отобразим динамическим элементом: "человечки, которые символизируют кровлю, разрывают контакт с человечками, которые символизируют осадки: снег, сосульки".

    Шаг 4.2. Шаг "назад" от ИКР

    Покажем состояние системы, при котором человечки сцепили бы руки (т.е. возник бы вредный эффект присоединения осадков к кровле). Из схемы видно, что нужно как-то обеспечить разрыв (зазор) между поверхностью кровли и осадками, в том числе сосульками.

    Название: Система_кровля_сосульки_ММЧ_шаг_назад.png
Просмотров: 28

Размер: 27.1 Кб


    [В рассматриваемой системе данный шаг можно было пропустить, т.к. желаемое состояние и что для этого нужно сделать уже видно из схемы шага 4.1.]

    ШАГ 4.3. Определить, решается ли задача применением смеси ресурсных веществ


    Задача не решается, т.к. как не объединяй кровлю и осадки, требуемого результата не будет.

    ШАГ 4.4. Определить, решается ли задача заменой имеющихся ресурсных веществ пустотой или смесью ресурсных веществ с пустотой

    Также не решается.

    [Здесь следует упомянуть предложенное техническое решение с воздушными рукавами, для сбрасывания наледи и снега. На практике оно оказалось нерабочим. Предполагаем, потому, что при намерзании на рукав снега/льда возможности для ветра поднять рукав резко падают. Вот так охарактеризовали эффективность воздушного рукава по результатам конкурса по борьбе с сосульками в Санкт-Петербурге, проводившемся в 2010 году:

    Последняя заявка - скатный пневморазрушитель льда от компании "Ноу-хау". Он представляет собой полимерный воздушный рукав, который при включении компрессора наполняется воздухом, расширяется и сбрасывает сосульки, пока они еще маленькие. Компрессор можно иметь стационарный или переносной. Главное – успеть им воспользоваться, пока крыша не покрылась сплошным слоем льда, потому что с таким заслоном насос не справится. Источник: http://www.online812.ru/2010/12/14/004/
    Шаг 4.5. Определить, решается ли задача применением веществ, производных от ресурсных (или применением смеси этих производных веществ с "пустотой")

    Пропустим этот шаг, решения здесь не видно. Также (ВРЕМЕННО) пропустим шаги 4.6. и 4.7. К ним мы вернемся в конце данного анализа проблемы.


    Этап 5. Применение информационного фонда


    ШАГ 5.1. Рассмотрим возможность решения задачи (в формулировке ИКР-2 и с учетом ВПР, уточненных на этапе 4) по стандартам


    Просмотрим стандарты. Предположим, что решение для нашей проблемы может быть найдено уже на в Классе 1, через синтез веполя: http://www.altshuller.ru/triz/standards.asp#111

    Построим веполь для нашей системы "Кровля-осадки". Нам необходимо, чтобы состояние системы "Кровля-осадки" изменилось таким образом, чтобы вредная связь полностью исчезла (прямо говоря, между кровлей и осадками нам в идеале не нужна вообще никакая связь. Кровля должна работать по принципу "приняла осадки - сбросила осадки").

    Название: Кровля_осадки_веполь.png
Просмотров: 27

Размер: 10.1 Кб


    В1 = кровля
    В2 = осадки
    П1 = [это будет тепловое поле с отрицательной тепмературой -t]
    П2 = [это будет электрическое поле, причем "двойное: переменный ток и электрический импульс"]

    Добавление поля "П1" (формирование холодного чердака) позволяет обеспечить постоянное охлаждение поверхности кровли. В результате, осадки (снег) будет налипать на кровлю значительно меньше. Хотя полностью исключить намерзание все же нельзя. Например, при т.н. "ледяном" дожде льдом покрываются даже холодные предметы.

    Добавление поля "П2" (переменный ток + электрический импульс) позволяет создать кратковременный разрыв между кровлей и осадками. Данный способ очистки от наледи уже был запатентован и применяется:

    Если по металлическому стержню пропустить переменный электрический ток, а потом подать сильный электрический импульс, то взаимодействие двух токов заставляет стержень вздрагивать. На этом основан ряд изобретений: способ удаления льда с крыла самолета, способ удаления льда с решеток водозаборных сооружений... Источник: http://www.altshuller.ru/engineering/engineering23.asp
    Таким образом, на физическом уровне задачу можно считать решенной: взаимодействие двух токов - переменного и импульсного позволяет создать кратковременный разрыв между осадками (снег, лед) и кровлей. В результате, наш ИКР-2 можно считать достигнутым, т.к. на короткое время кровли "как-бы нет" (она не контактирует с осадками) и в то же время она есть и продолжает защищать дом от окружающей среды. Для реализации решения потребуется подвести ток к кровле.

    Такое решение не практически не требует человеческого участия (ток может включать оператор, или же ток будет периодически включать автоматика).

    На данном этапе вернемся к шагу 4.6., который в алгоритме АРИЗ-85-В звучит так: "Определить, решается ли задача введением вместо вещества электрического поля или взаимодействием двух электрических полей". Подробнее см. http://www.altshuller.ru/triz/ariz85v-4.asp#3. То есть задача могла быт решена еще на шаге 4.6. Однако, нужно было рассмотреть стандарты, и мы прошли немного дальше.


    Этап 6. Изменение или замена задачи


    Шаг 6.1. Переход от физического ответа к техническому

    Если задача решена, можно перейти от физического ответа к техническому: сформулировать способ и/или дать принципиальную схему устройства, осуществляющего этот способ.

    Способ - это подведение электричества к кровле.


    Этап 7. Анализ способа устранения противоречия


    Шаг 7.1. Контроль ответа


    Проверим качеств полученного ответа. Противоречие должно быть устранено почти идеально, без ничего. Мы добавили 2 поля, которые могут быть легко получены из уже имеющихся ресурсов (внутри- и надсистемных): проветриванием чердака получаем тепловое поле с минусовой температурой, и мы также можем легко подвести электричество от сети дома.

    Шаг 7.2. Предварительная оценка полученного решения

    Контрольные вопросы: 

    1. Обеспечивает ли полученное решение выполнение главного требования ИКР (кровля сама....)? 

    • Да, кровля (пока речь ведем только о металлической!) может сама очищаться от осадков, включая сосульки.


    2. Какое физическое противоречие устранено (и устранено ли) полученным решением? 

    • Кровля существует и защищает дом от осадков, но при этом может в нужный момент разорвать с ними контакт.


    3. Содержит ли полученная система хотя бы один хорошо управляемый элемент? Какой именно? Как осуществлять управление? 

    • Да, это тепловое поле в подкровельном пространстве, и электрическое поле (переменный ток + электрический импульс).


    4. Годится ли решение, найденное для "одноцикловой" модели задачи в реальных условиях со многими циклами?

    • Да, это решение подходит для многих циклов.


    Шаг 7.4. Оценка возникающих при внедрении идеи подзадач

    Найденное решение на практике НЕ идеально. Не все кровельные материалы обладают нужной нам электропроводностью. Металлические кровли - да, а вот кровли из шифера, керамики или битумной черепицы - нет.

    Следовательно, к металлической кровли можно подвести ток. Но как быть с неметаллической? Кроме того, для неметаллической кровли (шиферной, черепичной) возникает и вторая проблема: даже если каким-то образом ток нам подвести получится, не приведет ли принудительное "вздрагивание" кровли к ее разрушению? Например, тот же шифер является достаточно хрупким материалом.

    Поэтому, найденное решение, хотя идеально теоретически, на практике порождает такие проблемы (подзадачи):

    1. Как провести электрический ток к кровле из материалов, не имеющих электропроводности, для принудительной вибрации ("вздрагивания") кровли?
    2. Как при проведении принудительной вибрации кровли из неметаллических хрупких материалов обеспечить их неразрушаемость?

    Эти вопросы предлагаем вынести в отдельные связанные темы. Сформируем их здесь https://problematic.club/showthread....81%D1%82%D0%B8 и здесь https://problematic.club/showthread....81%D1%82%D1%8C.

    Здесь вернемся к шагу 4.7. алгоритма: "Определить, решается ли задача применением пары "поле - добавка вещества, отзывающегося на поле" (Подробнее см. http://www.altshuller.ru/triz/ariz85v-4.asp#7). Именно этот шаг будем нам полезен при работе над дополнительными вопросами, обозначенными выше.
    Эта статья изначально была опубликована в теме форума: Статья: Сосульки на крышах домов (два и более этажа) в городах: ликвидация причин образования или вредных последствий автор темы Cheshire Посмотреть оригинальное сообщение
    Комментарии Оставить комментарий

    Для входа нажмите здесь

    Яндекс.Метрика