Результат интеллектуальной деятельности: Экологичное вентилируемое ограждение здания

Предлагаемое изобретение относится к строительству и может быть использовано при изготовлении вентилируемых стеновых ограждений, позволяющих снизить тепловые поступления от наружного воздуха и одновременно очищать уличный воздух от вредных примесей в регионах жаркого и влажного климата.

Известно устройство – слоистая панель вентилируемого стенового ограждения, включающая несущий внутренний слой (несущее ограждение) и наружный слой из бетона плотной структуры (декоративное ограждение), армированные сеточной арматурой, средний слой из крупнопористого материала со сквозными пустотами, сообщающимися с атмосферой через систему вытяжных отверстий и каналов. [Патент РФ №2221119, МПК E 04 C2/26, МПК E 04 B2/14, 2004].

Основным недостатком известного устройства является невозможность поглощения вредных компонентов (диоксид углерода, оксиды азота, оксиды серы, сажа, озон и т.д.) уличного воздуха, что снижает ее экологическую эффективность.

Более близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является воздухоочищающее вентилируемое ограждение здания, включающее ряд, прижатых друг к другу боковыми торцами декоративных ограждений высотой Н толщиной Δ₁, каждое из которых состоит из прямоугольного каркаса, внутрь которого вложена сетчатая прямоугольная емкость, выполненных из коррозионно-устойчивого материала, емкость заполнена гранулами пемзы, изготовленной из основных металлургических шлаков, каркас прикреплен к наружному ограждению с образованием между внутренней стенкой декоративного ограждения и наружным ограждением воздушного зазора шириной ∆₂, между нижним торцом ограждения и поверхностью тротуара – щели шириной ∆₃, а под нижним торцом ограждения устроена ливневая канализация [Патент РФ №2633621, МПК E04F 13/075, 2017].

Недостатком известного воздухоочищающего вентилируемого ограждение здания является его быстрый нагрев от солнечных лучей в жаркий период и передача значительного количества этого аккумулированного тепла поверхности наружного ограждения здания, а также недостаточная очистка гранул шлака от загрязнений, обусловленная тем, что во время промывки его водой очищается в основном только фронтальные слои гранулированного шлака, в результате чего снижается его эффективность.

Техническим результатом предлагаемого изобретения является повышение эффективности экологичного вентилируемого ограждения здания.

Технический результат достигается экологичным вентилируемым ограждением здания, содержащим ряд, прижатых друг к другу боковыми торцами декоративных ограждений высотой Н толщиной Δ₁, каждое из которых состоит из прямоугольного каркаса, верхние, нижние и боковые торцы которых закрыты сеткой, фронтальная и тыльная стороны закрыты горизонтальными, наклоненными относительно горизонта под углом 45°, планками, обращенными своими наружными кромками на фронтальной стороне вверх, на тыльной стороне – вниз и выполненными из коррозионно-устойчивого материала, образующих в целом емкость, которая заполнена гранулами пемзы, изготовленной из основных металлургических шлаков, при этом диметры ячеек сетки и зазоры между планками несколько меньше минимального диаметра гранул металлургических шлаков, каркас прикреплен к наружному ограждению креплениями таким образом, чтобы между внутренней стенкой декоративного ограждения и наружным ограждением был воздушный зазор шириной Δ₂, между

нижним торцом вышеупомянутого ограждения и поверхностью тротуара – щель шириной Δ₃, а под нижним торцом ограждения устроена ливневая канализация.

На фиг. 1–5 представлено предлагаемое экологичноее вентилируемое ограждение здания (ЭВОЗ): (фиг. 1–общий вид, фиг. 2 – продольный разрез, фиг. 3–5 – основные узлы).

ЭВОЗ содержит ряд, прижатых друг к другу боковыми торцами декоративных ограждений 1 высотой Н толщиной Δ₁, каждое из которых состоит из прямоугольного каркаса 2, верхние и боковые торцы которых закрыты сеткой 3, фронтальная и тыльная стороны закрыты горизонтальными, наклоненными относительно горизонта под углом 45°, планками 4, обращенными своими наружными кромками на фронтальной стороне вверх, на тыльной стороне – вниз и выполненными из коррозионно-устойчивого материала, образующих в целом емкость 5, которая заполнена гранулами пемзы 6 диаметром от 20 до 40 мм, изготовленной из основных металлургических шлаков, при этом диметры ячеек сетки 3 и зазоры между планками 4 несколько меньше минимального диаметра гранул металлургических шлаков 6, каркас 2 прикреплен к наружному ограждению 7 креплениями 8 таким образом, чтобы между внутренней стенкой декоративного ограждения 1 и наружным ограждением 7 был воздушный зазор 9 шириной Δ₂, между нижним торцом ограждения 1 и поверхностью тротуара – щель 10 шириной ∆₃, а под нижним торцом ограждения 1 устроена ливневая канализация 11.

В основу работы предлагаемого ЭВОЗ положены химический состав уличного воздуха, загрязненного вредными компонентами выхлопных газов автомобильного транспорта (диоксид углерода, оксиды азота, оксиды серы, сажа, озон и т.д.), концентрация которых наиболее высокая в приземном слое атмосферы [Л. Ф. Голдовская. Химия окружающей среды. – М.: Мир, 2005, с.86-90, с.155], высокая растворимость диоксида углерода по сравнению с остальными компонентами воздуха в воде [Справочник химика, т. III. – М. – Л.: Химия, 1965, с 316], высокая скорость реакции окисления NO в NO₂ и SO₂ в SO₃, которые хорошо растворяются в воде с образованием HNO₃ и H₂SO₄, в присутствии озона [Неницеску К. Общая химия. – М.: Высш. Школа, 1958, с. 275; Кутепов А. М. и др. Общая химическая технология.- М.: Высш. Школа, 1985, с. 348], высокое значение модуля основности гранулированного металлургического шлака – основной металлургической пемзы, которая представляет собой материал с высокопористой механически прочной структурой (прочность на сдавливание до 2,7 МПа), состоящий из оксида кальция, оксида кремния, оксида алюминия и частично из оксида магния (CaO, SiO₂, Al₂O₃, MnO) c модулем основности М>1, которое придает гранулам металлургической пемзы 6 основные свойства [Строительные материалы. Справочник. Под ред. Болдырева А. С. и др. – М.: Стройизд.,1989, с. 423; Домокеев А. К. Строительные материалы. – М.: Высш. школа, 1989, с. 163], позволяющие сорбировать на их поверхности вещества, обладающие кислыми свойствами, к которым относятся и вредные компоненты выхлопных газов автомобильного транспорта (NO_x, SO_x , СО_х). Кроме того, исходя из своего состава, металлургические шлаки устойчивы к коррозионному воздействию кислых компонентов выхлопных газов, широко доступны и дешевы. Адсорбированные из уличного воздуха оксиды азота и серы в порах гранул шлака 6 обладают повышенной реакционной способностью, обусловленной их взаимодействием с поверхностью адсорбента–гранул шлаковой пемзы 4 [Неницеску К. Общая химия – М.: Мир, 1968, с. 298], поэтому окисляются кислородом со скоростью большей, чем в газовой фазе с образованием легко растворимых в воде NO₂ и SО₃, которые, в свою очередь, взаимодействуют с частицами подкисленной воды остающейся в порах гранул 6, с образованием соответствующих кислот HNO₃ и H₂SO₄. Кроме того, на поверхности и в порах гранул 7 легко оседают мелкодисперсные частицы (пыль, сажа и т. д.), в результате чего, проходя через них, воздух очищается от большей части вредных компонентов. При этом, наличие на фронтальной и тыльной стороне наклонных планок 4 в жаркий период предохраняет наружное ограждение 7 от перегрева, а при промывке водой (дождевой или промывочной) обеспечивает очистку всего слоя гранул шлака 6 в декоративном ограждении 1.

Работа ЭВОЗ происходит следующим образом. В жаркий период наклонные планки 4 на фронтальной стороне ограждения 1 отражают часть солнечного тепла от него и таким образом снижают количество тепла, поступающего на наружное ограждение 1. В зависимости от направления и силы ветра наружный воздух может поступать (при слабом ветре или безветрии), в основном, в воздушный зазор 9 между декоративными ограждениями 1 и наружными ограждениями 8 через щели 10, расположенные в нижней части декоративных ограждений 1 (например, у цоколя здания) и частично проходит через живое сечение гранул шлака 6 со стороны улицы, движется по воздушному зазору 9 снизу вверх, одновременно снижая количество тепла, поступающего от солнечных лучей в здание, создавая тягу в зазоре 9 и проникает через щели между тыльными планками 4, в гранулы пемзы 6, где очищается от значительной части вредных компонентов (диоксид углерода, оксиды азота, оксиды серы, сажа, озон и т. д.) и через наружные щели между планками 4 фронтальной стороны ограждения 1 поступает в пешеходную сторону улицы. При сильном ветре уличный воздух, наоборот, за счет ветрового давления поступает в гранулы шлака через щели между фронтальными планками 4 в емкость 5, очищается от вредных компонентов на гранулах 6, выходит через щели между тыльными планками 4 из емкости 5, после чего по зазору 7 очищенный воздух также поступает в пешеходную зону улицы. При этом, за счет наличия наклонных планок 4 на тыльной стороне ограждения 1 происходит турбулизация потока воздуха, поднимающегося по зазору 9 и осуществляется более интенсивный отвод тепла от наружного ограждения 7.

При падении активности ЭВОЗ, которая происходит в результате насыщения гранул 6 вредными компонентами, их следует подвергать регенерацихи. Процесс регенерации заключается в промывке водой гранул 6 от частиц пыли, сажи и кислой воды, содержащей уловленные оксиды углерода, серы и азота. Промывку может быть принудительной –путем орошения декоративных ограждений 1 водой, подаваемой из водопроводной сети или автоцистерн и естественной– путем промывки ограждений 1 дождевой водой. При этом, стекающая в ливневую канализацию 11 подкисленная вода, в связи со значительным содержанием диоксида углерода в ней будет способствовать процессам фотосинтеза [Комов В. П. и др. Биохимия. – М.: Дрофа, 2004, с. 210] на полях орошения городских очистных сооружений.

В период дождей или во время регенерации наклонные планки 4 на фронтальной стороне ограждения 1, наружные кромки которых направлены вверх, выполняют роль водосливов и обеспечивают сток воды в глубь емкости 5, которая промывает все гранулы шлака 6, находящиеся в ней, а наклонные планки 4 на тыльной стороне ограждения 1, наружные кромки которых наклонены вниз, выполняя также роль водосливов, обеспечивают сток загрязненной примесями воды в зазор 9, где эта вода контактирует с поступающим из щели 10 и поднимающимся по зазору 9 потоком воздуха. При этом, часть воды в результате этого контакта испаряется, отнимая тепло у воздуха, снижая тем самым его температуру, в результате чего осуществляется более интенсивное охлаждение наружного ограждения 7, другая оставшаяся часть воды поглощает вредные примеси из этого воздуха и стекает в ливневую канализацию 11.

Высота Н и толщина Δ₁ декоративного ограждения 1 определяется архитектурными особенностями здания, зоной максимальной загазованности уличного воздуха и концентрацией вредных веществ в нем. Ширина Δ₂ воздушного зазора 9 и щели 10 Δ₃ определяют из условий минимального его нагрева в жаркий период времени. При этом, площадь щели 10 должна быть меньше площади продольного живого сечения гранул 6 в ограждении 1. В целях художественного оформления декоративных ограждений 1 наружные стенки каркаса 2 и планок 4 фронтальной стороны ограждений 1 можно выполнять окрашенными в различные цвета.

Таким образом, предлагаемое экологичное вентилируемое ограждение здания обеспечивает в жаркий период, наряду с уменьшением нагрева наружных ограждений здания, очистку уличного воздуха от значительной части вредных компонентов выхлопных газов автомобильного транспорта (NO_x, SO_x , СО_х, сажа, пыль и пр.), в периоды дождей и промывок, помимо очистки воздуха и уменьшения нагрева здания – полную очистку адсорбента от загрязнений.