Стенд 15 Рыбакова Е.М.

Елизавета Рыбакова

Мурманская область, г. Мурманск
Гимназия №2, Мурманский областной центр дополнительного образования «Лапландия», 6 класс

АВТОМАТИЗИРОВАННАЯ СИСТЕМА КОНТРОЛЯ АНТИОБЛЕДЕНЕНИЯ КРОВЛИ И ВОДОСТОКОВ

Научный руководитель: Павлов Николай Александрович, Мурманская область, г. Мурманск, Мурманский областной центр дополнительного образования «Лапландия», педагог дополнительного образования

Елизавета Рыбакова

АВТОМАТИЗИРОВАННАЯ СИСТЕМА КОНТРОЛЯ АНТИОБЛЕДЕНЕНИЯ КРОВЛИ И ВОДОСТОКОВ

Разработка прототипа автоматизированной системы контроля антиобледенения кровли и водостоков, использующей альтернативные источники энергии.

Исследовать современное состояние проблемы в научной и научно-технической литературе.
Изучить возможность разработки автоматизированной системы контроля антиобледенения кровли и водостоков, использующей альтернативные источники энергии.
Разработать прототип автоматизированной системы контроля антиобледенения кровли и водостоков с использованием ветрогенератора.
Проверить эффективность работы созданного прототипа.

Практическая значимость работы состоит в создании прототипа автоматизированной системы контроля антиобледенения кровли и водостоков с использованием ветрогенератора, который позволит сократить затраты на чистку крыш и на электроэнергию.

Работа решает технологическую и экономическую проблемы имеющихся кабельных антиобледенительных систем.

Проблема сосулькообразования и последствий схода снежных шапок и сосулек с крыш актуальна практически в каждом регионе нашей страны. По данным национального центра по антиобледенению «Ледовый патруль» Артура Мирзояна в России ежегодно от сосулек погибает порядка 300 человек, в том числе и в Мурманске и области, что говорит об отсутствии системы мер, направленных на предотвращение сосулькообразования или борьбы с ними. Жилищно-коммунальные службы просто не справляются с объемами работы в периоды потеплений. С 60-х годов прошлого столетия ученые пытаются решить эту проблему, но ни одно решение так и не было введено в систематическое использование. В последние десятилетия активно разрабатываются кабельные системы противообледенения кровли и водостоков, которые неплохо себя зарекомендовали в очистке крыш честных домов, которые также не получили пока распространение в жилом фонде, так как установка и обслуживание являются дорогостоящими, требующими определенных энергозатрат.

Наш прототип состоит из:
1. Модуля обогрева (низковольтного нагревательного кабеля)
2. Модуля контроля окружающей среды, который представлен набором датчиков, контролирующих такие параметры как температуру и давление. Конструкция скатной кровли предполагает использовать систему снегозадержателей, на которые и будут крепиться датчики.
Датчики температуры будут устанавливаться непосредственно на кровлю и над кровлей. Это позволит контролировать температуру окружающей среды как над снежным покровом, так и под ним. Поскольку снег может быть использован как своеобразный теплоизолятор, то разница показателей датчиков, может послужить сигналом к запуску системы. Если снеговая нагрузка будет достаточной большой и скроет оба датчика температуры, то сигнал к запуску системы обогрева кровли будет идти от датчика давления, так как при большом скоплении снега появиться давление на элементы снегозадержателей и крыши.
3. Модуля энергообеспечения, который состоит из: аккумуляторного блока, ветрогенератора, преобразователя напряжения, блока контроля зарядки аккумулятора, блока выбора источника зарядки аккумулятора.
4. Контроль за системой осуществляется с помощью микроконтроллера Arduino, Программа написана на языке программирования Wiring, среда разработки Arduino IDE.

В результате мы создали действующий прототип кабельной антиобледенительной системы. Принципиальными отличиями нашего прототипа от имеющихся кабельных антиобледенительных систем являются:
- использование кабеля 12 Вольт;
- установка 2х датчиков температуры (вместо одного), включающих систему при разнице температур;
- использование датчика давления вместо датчика влажности, что особенно актуально в северных регионах;
- использование ветрогенератора тапа - Ротор Савониуса для подзарядки аккумулятора (экспериментальным путем мы установили, что данный ветрогенератор способен вырабатывать 2.4 Ватт).

Поскольку мощности одного нашего ветрогенератора недостаточно, чтобы поддерживать заряд аккумулятора, то в дальнейшем мы планируем улучшить нашу систему и предоставить ей возможность для подключения нескольких или других источников энергии.

Мы просчитали и обосновали экономическую выгодность данного прототипа при установке на стандартную кровлю многоквартирного дома, сравнив затраты на очистку двускатной кровли на 7 лет при установке стандартной антиобледенительной системы, экспериментальной (нашей) антиобледенительной системы и механическом способе уборки и построили график. Анализ данного графика позволяет сделать вывод, что уже с первого года установка и использование кабельной антиобледенительной системы является выгодным по сравнению с вызовом специализированной бригады (из расчета 10 вызовов за сезон). Установка нашей антиобледенительной системы обойдется дороже в первый год, но, учитывая ее полную автономность и практическое отсутствие потребления электроэнергии от стандартной электросети (хотя в графике заложены расходы на частичное использование электросети при необходимости), со второго года практически не требует затрат. Затраты на установку нашей автоматизированной антиобледенительной системы окупятся за 3 года, за 7 лет будут примерно на 100 тысяч меньше, чем затраты на использование автоматизированной системы, работающей от электросети, и в 4.5 раза меньше, чем регулярный вызов специализированных бригад за данный период.

Своей работой мы хотели в первую очередь привлечь внимание этой к серьезной проблеме. Возможно, установка и обслуживание таких систем в масштабах города – это очень дорого, но, человеческая жизнь стоит намного дороже.

В качестве перспектив развития проекта предполагается совершенствование системы, проработка дизайна и разработка приложения для смартфона по управлению и контролю за системой.

Расписание работы автора проекта

03 ноября, вт