Электро – импусная проливообледенительная система (ЭИПОС), применение для кровель.

Цель обзора – подробное рассмотрение электроимпульсной противобледенительной системы (ЭИПОС) применительно к кровлям зданий и ее сравнение с электрической системой кабельного обогрева (ЭСО).

1. Описание и история создания ЭИПОС.

В 1967 году в СССР был разработан электроимпульсный прибор для защиты самолётов от обледенения. В конце 70-х в ОКБ Илюшина стало применять ЭИПОС для гражданских Ил-86. Места установок ЭИПОС: на крыльях и стабилизаторах самолетов под алюминиевой поверхностью располагались электромагнитные индукторы, через которые периодически проскакивали импульсы - поверхность крыла "встряхивалась" под действием силы индукции и очищались от наледи.
Способ удаления льда с обшивки, который реализует ЭИПОС (см. рисунок) для защиты крыла (предкрылков) 1 и оперения 2, заключается в создании в защищаемой обшивке и находящемся на ней слое льда импульсных деформаций (от лат. impulsus – удар, толчок). При этом возникающие в слое льда механические напряжения достаточны для его разрушения, но в обшивке напряжения меньше предела усталости или предела циклической прочности.

Деформации создаются индукторами (лат. inductor, от induco – ввожу, навожу, побуждаю) 3 – электромагнитными катушками без сердечника, закрепленными с некоторым зазором δ относительно внутренней стороны обшивки 5 вдоль передней кромки защищаемой поверхности. Каждый индуктор защищает определенную зону обшивки. При подаче импульса тока высокого напряжения U в индукторе возникает кольцевой ток и возбуждается электромагнитное поле, в обшивке (по закону электромагнитной индукции Ленца, названному в честь русского физика и электротехника Э. Х. Ленца) возбуждаются кольцевые токи и возникает свое электромагнитное поле. Взаимодействие этих полей будет отталкивать от закрепленного на "жестком" каркасе 4 индуктора 3 "гибкую" обшивку 5, упруго деформируя ее (деформированное состояние обшивки – 6) и разрушая таким образом лед.
Из физики процесса удаления льда с помощью ЭИПОС ясно, что с возрастанием жесткости конструкции требуется увеличение мощности импульса.
Практика показала эффективность впервые установленной на самолете Ил-86 в качестве штатной системы ЭИПОС: серии из трех последовательных импульсов продолжительностью около 0,1 мс и периодом их следования 1–2 с достаточно для эффективного удаления льда.
На данный момент все современные самолеты в России и за рубежом оснащены подобными системами.

Особенности работы и эксплуатации. Условия эффективной работы. Сравнение с ЭСО.

2.1. ЭИПОС для самолета.

ЭИПОС была разработана в 1967 году.ЭИПОС создавалась для внештатных, критических ситуаций и применяется на самолете крайне редко, несколько раз за всю жизнь самолёта - максимум 10 раз. После каждого применения ЭИПОС, самолет ставится на внеплановый техосмотр. В авиации этот эффект называют возникновением "барьерного льда", из-за которого самолеты терпят катастрофы. 22 декабря 1976 г. состоялся первый полет Ил-86 под управлением летчика-испытателя. 22 сентября 1978 г. закончились заводские испытания. Ил –86. Первое упоминание ЭИПОС в открытой печати произошло в 1979 году. 26 декабря 1980 состоялся первый полет с пассажирами на борту. Это означает то, что к этому времени самолет прошел все необходимые проверки, сертификация и летные испытания. Значит, в самолет уже верят, верят в системы, которыми он оснащен, и могут доверять ему жизни более 300 пассажиров, которые катапультироваться не могут. Прошло более 10 лет, прежде чем придуманную систему адаптировали под конкретную модель самолета (Ил-86) и стали уверенны в том, что она не навредит. Расчетный срок эксплуатации Ил-86 – 30 лет. Для каждого самолета надо экспериментальным путем определять ту наибольшую мощность импульса, при которой отскакивает лед, но не повреждается обшивка. А это времена СССР, когда финансирование создания подобных проектов было непрерывным и достаточным. Конструкция самолета и в частности его крыльев и подкрылков рассчитана на огромные нагрузки, которым самолет подвергается в воздухе. Линейные размеры самолета за время его эксплуатации меняются незначительно. Индукторы ЭИПОС для самолетов установлены внутри крыльев и жестко связаны с каркасом, чтобы четко выдерживать зазор между индуктором и обшивкой.

2.2. ЭИПОС для кровель.

Рассмотрим кровлю площадью около 1000 м2,   с периметром кровли около 200 м. Пусть кровля у нас металлическая с карнизным выносом от стены 300 мм и настенным желобом. Водосток организованный, наружний. Кровля теплая, совмещенная, мансардного типа (теплый чердак). Стоимость устройства такой кровельной системы  в районе 3 000 000 рублей. Срок эксплуатации кровли примем – 30 лет. Металлических кровель в Москве около 12 000. Многие здания выполнены по индивидуальным проектам. ЭИПОС для кровель работает только на карнизном свесе. Характеристики и конструкция карнизного свеса для двух одинаковых зданий выполненных по одну проекту - разные. Допуски в строительстве не такие как в авиастроении. Со временем, характеристики свеса меняются. Конструкция карнизного свеса не такая прочная как обшивка самолета. В лучшем случае, это металлические листы соединены фальцевым замком, которые с течением времени, даже без установленной ЭИПОС, расшатываются и их приходиться обжимать, чтобы кровля не подтекала.
Первые системы ЭИПОС на кровлях стали ставить в 1999 году. Особенно активно ставили в  2002-2004 год. Разработчики системы утверждают, что установили систему на 100 зданиях. Устанавливают её для каждодневной работы в осенне-зимний период. Примерно 150 дней в году. Минимальное количество срабатываний - 4 раза в сутки. Некоторые системы для более эффективной работы настраивают на сброс каждые два часа – 12 раз в сутки. Получается, работает система на кровлях минимум 600 раз в год. В течение 30 лет от 18 000 раз!!! Денег на доводку системы никто не выделяет, внедряют то, что есть от самолетов с некоторыми «доработками». Индукторы ЭИПОС для кровель устанавливаются меньшего веса, чем для самолетов. Индукторы устанавливаются снаружи здания. Для эффективной работы их надо ставить через один метр на выносных кронштейнах под карнизным свесом. Стена здания должна быть жесткой для фиксирования индуктора на строго заданном расстоянии от карнизного листа. Строго говоря, чем меньше расстояние от индуктора до жесткой стены, тем лучше.

2.3. Практические наблюдения за работой системы ЭИПОС на кровлях.

Из открытых источников получены адреса восьми объектов, где подобные системы устанавливали разработчики. Из этих адресов разработчики тайны не делали, а предъявляли их как показательные объекты в 2003-2004 годах. Автор лично прозвонил эти объекты и вот результат:
2.3.1. на шести из восьми объектах, инженера, ответственные за эксплуатацию зданий, не знают, что у них эта система стоит, чистят кровли лопатами.
2.3.2. «МЕТРОГИПРОТРАНС», Москва, ул. Новокузнецкая, д. 43/16, тел.959-2201, конт .лицо Кобыленко Николай Николаевич
Отзыв об ЭИПОС. Система установлена около года назад. Несколько раз меняли выгоревшие индукторы. Система работает 12 раз в сутки, шум работы системы слышен, и не только на верхних этажах. Большую наледь система сбить не может. Настенные желоба и сильное обледенение карниза регулярно чистят альпинисты лопатами.
.БАНК «ЕВРОФИНАНС», Москва, Новый Арбат, д. 29, тел. 205-7688, конт .лицо Волчков Сергей Николаевич.
Отзыв об ЭИПОС. Штатно система должна включаться 4 раза в сутки, но её очень давно не включают, так как при включении системы с кровли падает не ледяная пыль, а достаточно крупная наледь, которая отлетает на расстояние до 20 м от здания. Высота здания 18 этажей. Для эффективной борьбы с сосульками на кровле здания дополнительно установлена система кабельного обогрева.

3. Выводы.

Для эффективной работы системы ЭИПОС необходимо следующее:
3.1. Найти источник финансирования на серьезные и длительные исследования в этой области. По минимальным оценкам 5-7 лет на доводку.
3.2. В первую очередь, необходимо, чтобы система действительно разбивала наледь в пыль, а не сбрасывала сосульки на машины и прохожих в самый неподходящий момент.
3.3. Для каждой кровли делать индивидуальный и кропотливый расчет (проект) подобной системы.
3.4. Разработать эффективную систему управления ЭИПОС.
3.5. Вместе с ЭИПОС использовать какую-то другую систему (вариант на данный момент – кабельный обогрев, либо очистка вручную) для удаления льда в настенных желобах и водосточной системе, для предотвращения лавинообразного схода снега ставить снегозадержание.
3.6. Индукторы устанавливать на точно выверенном расстояние от карниза и регулярно проверять это расстояние.
3.7. Кронштейн для индуктора разрабатывать под каждую кровлю индивидуально.
3.8. Регулярно проверять жесткость крепления кронштейнов.
3.9. Разработать план мероприятий и средств,исключающих воздействие погоды на сами индукторы. Они сами могут покрываться льдом, так как под карнизом у большинства зданий идут потери тепла.
3.10. Существенно, в тысячи раз, повысить ресурс индукторов при уличном применении. Несколько раз в год, проверять сами индукторы на выгорание, так как ресурс самолетных ЭИПОС в тысячи раз меньше необходимого.
3.11. Регулярно обжимать фальцы кровли и проверять крепления листов к несущей конструкции, иначе кровля будет протекать, и рано или поздно, крепеж в обрешетке разболтается и листы ветром с кровли унесет ветер.
3.12. Снизить шум работы ЭИПОС.
3.13. Исследовать влияние мощного электромагнитного поля на людей находящихся на верхних этажах здания.
3.14. Получить сертификаты на систему соответствия, пожарный и гигиенический.

Выводы:
1. На данный момент система ЭИПОС – «сырая», на ответственных объектах применяться не может. Необходимы длительные, серьёзные работы по доработке системы.
2. Существует ряд ограничений на применение системы.
2.1. Нельзя ставить на высокие здания.
2.2. Нельзя ставить  на «нежесткие», например, навесные фасады.
2.3. Система излучает достаточно высокий уровень шума
2.4. Система создает достаточно высокое электромагнитное поле. Следствием этого является невозможность применения ЭИПОС для детских и медицинских учреждений.

Еще один фактор, сдерживающий  применение данной системы: Россия не единственная страна-производитель самолетов, аналогичные системе ЭИПОС стоят на всех современных самолетах, в странах близких по климату к России: Финляндия, Швеция, Канада, США, но в мире системы,  подобные ЭИПОС,  для кровель  распространения не получили.
Одновременно с этим широкое распространение получили ЭСО. Применяется они около 20 лет именно на кровлях. В России более 20 лет. За это время только в Москве установлен кабельный обогрев кровель на более пяти тысяч зданий.

Заключение:
Сегодня единственным, наиболее эффективным методом борьбы с образованием наледей на кровле и в водосточных трубах для кровель  домов, получившим наибольшее распространение, как у нас, так и за рубежом является электрические системы обогрева (ЭСО).

 25 марта 2016 г.Селюков Р. А.
ООО «АНТАРЕС»