Результат интеллектуальной деятельности: Вентиляционный блок с внутренним полимерным покрытием

Изобретение относится к области строительства и может быть использовано при изготовлении вентиляционных блоков, преимущественно бетонных или железобетонных, для воздуховодов.

Вентиляционные блоки представляют собой бетонные прямоугольные плиты с вентиляционными каналами круглого или прямоугольного сечения. За прототип принят вентиляционный блок из железобетона с одним или более вентиляционными каналами (см. «Вентиляционные блоки из железобетона и их виды» https://cementim.ru/ventilyatsionnye-bloki-iz-zhelezobetona/ ).

Бетонные воздуховоды применяются в системах вентиляции многоквартирных домов для удаления воздуха из кухонь, туалетов, ванных комнат и из других комнат квартир. При этом в составе удаляемого воздуха присутствуют углекислый газ, органические вещества, сажа и жиры, а также микроорганизмы.

Основные недостатки воздуховодов из бетонных блоков: повышенная гигроскопичность, пористость и высокое значение шероховатости внутренней поверхности. Бетонные воздуховоды не подлежат замене при этом срок эксплуатации системы вентиляции на базе таких воздуховодов должен соответствовать сроку службы здания, который составляет 50 лет.

По результатам эксплуатации было принято решение о постепенном отказе от использования вентиляционных каналов в многоквартирных жилых домах ввиду адгезии водяных паров и органических веществ к бетонной поверхности и ухудшения технических характеристик воздуховодов.

Изобретение решает техническую проблему, которая заключается в снижении загрязнения поверхности бетонных вентиляционных каналов и улучшении технических характеристик воздуховодов.

Технический результат, достигаемый изобретением, заключается в уменьшении шероховатости внутренней поверхности вентиляционного блока и, как следствие, снижении адгезии водяных паров и органических веществ к этой поверхности, а также в снижении водо- и паропроницаемости поверхности вентиляционных блоков.

Технический результат достигается вентиляционным блоком, содержащий корпус по меньшей мере с одним каналом, отличающийся тем, что по меньшей мере один канал имеет на внутренней поверхности корпуса покрытие из полимерного материала, наносимого в жидком виде, которое является негорючим или слабогорючим, имеет водопроницаемость не более 0,1 кг/(м²ч^0,5), паропроницаемость не более 20,0 г/(м²сут) и адгезию к материалу корпуса не менее 1,5 МПа.

Кроме того, корпус может быть выполнен из материала, выбранного из группы: бетон, железобетон, керамзитобетон, гипс, гипсобетон, хризотилцемент.

Вентиляционные блоки, как инженерная коммуникация, используемая для обеспечения воздухообмена жилого или промышленного здания, широко используется в современном строительстве. Система создается на этапе строительства. Основой данных систем являются вентиляционные блоки - объемные панели, имеющие форму параллелепипеда, в несущей части которых имеются сквозные каналы.

Вентиляционные блоки изготавливают из железобетона, легкого бетона, керамзитобетона, гипса, гипсобетона или хризотилоцемента. Требования к внутренним поверхностям вентиляционных блоков не нормируются. На практике это приводит к тому, что внутренняя поверхность блоков зачастую имеет недостаточно ровную, шероховатую поверхность. В процессе эксплуатации это приводит к тому, что на поверхности образуются отложения пыли, которые со временем утолщаются и уплотняются, забивая живое сечение канала, увеличивая сопротивление системы, объем удаляемого воздуха уменьшается (иногда совсем прекращается), канал «зарастает», система вентиляции перестает эффективно функционировать, что приводит к негативным последствиям для здоровья людей, а также является причиной ускоренного распространения пожара.

Повышение аэродинамического сопротивления канала приводит к прекращению работы вытяжной системы.

Кроме вышеперечисленных проблем следует отметить, что подобные скрытые полости с теплым воздухом и повышенной влажностью становятся местом для размножения различных бактерий и насекомых. Шероховатая поверхность самих каналов способствует передвижению насекомых.

Покрытие внутренней поверхности вентиляционных каналов полимерным составом может оказать существенное влияние на работу воздуховодов за счет уменьшения шероховатости поверхности, уменьшения водопоглощения и, как следствие, уменьшения деструкции поверхности воздуховодов, уменьшению (или полному исключению) условий размножения микроорганизмов, накоплению пыли и жиров во внутреннем пространстве воздуховода.

Предложенный вентиляционный блок включает корпус с одним или более сквозными каналами. В каналах на внутренней поверхности корпуса имеется покрытие из полимерного материала, наносимого в жидком виде. Покрытие должно удовлетворять следующим требованиям:

водопроницаемость по ЕN 1062-1 не выше W3 (не более 0,1 кг/(м²ч^0,5);

группа горючести по ГОСТ 30244-94 не выше Г1 (слабогорючее - Г1 или негорючее - НГ );

адгезия к бетону не менее 1,5 МПа;

паропроницаемость не более 20,0 г/(м²сут).

На рынке присутствуют жидкие композиционные составы для нанесения различных покрытий: гидроизоляция, лакокрасочные и другие.

Применение материалов группы горючести Г1 (слабогорючие) исключает продолжение горения во внутренней полости вентиляционного коллектора, так как материалы данной группы горючести не способны к самостоятельному горению. Такие материалы могут применяться во внутренней полости вентиляционных каналов систем общеобменной вентиляции в строительном исполнении и во внутренних полостях транзитных вентиляционных каналов систем общеобменной вентиляции в строительном исполнении с нормируемым пределом огнестойкости, что не противоречит положениям нормативных правовых актов и нормативных документов по пожарной безопасности.

В таблице 1 приведены результаты исследования различных полимерных покрытий, наносимых в жидком виде, на соответствие параметрам паро- и водопроницаемости, горючести и адгезии.

Из таблицы 1 видно, что заявленным требованиям соответствуют материалы под номерами 1, 5, 7, 8, 11, 13-15, 17-19, 23-25, 27, 28.

Для проведения экспериментальных исследований по сопротивлению поверхности воздуховодов из предлагаемых вентиляционных блоков в аэродинамическом потоке, имитирующем поток воздуха в системе вентиляции, при изменении скорости потока использовался лабораторный стенд для аэродинамических испытаний, обеспечивающий стабильный аэродинамический поток с возможностью его регулировки. Лабораторные исследования на аэродинамическом стенде проводились для определения характеристик вентиляционных каналов - удельного гидравлического сопротивления и абсолютной шероховатости.

H_c - аэродинамическое сопротивление вентиляционной сети, Па, рассчитывается по формуле:

где P_д - динамическое давление воздушного потока, отнесенное к скорости потока в каждом элементе сети, Па;

λl/d - потери напора по длине прямого участка воздуховода в зависимости от эквивалентной шероховатости поверхности;

Σζ - сумма коэффициентов местных сопротивлений элементов вентиляционной сети, определяемая по формуле:

где ζ₀ , ч_с , ζ_деф - соответственно коэффициенты местного сопротивления входа воздуха, сети воздуховодов и оголовка (дефлектора, зонта или вентшахты); в нашем случае перед и после опытного образца имеются стабилизирующие прямые участки, принимаем Σζ=0;

λ - коэффициент гидравлического сопротивления трения;

l - длина воздуховода, м;

d - гидравлический диаметр, м.

Коэффициент гидравлического сопротивления трения зависит от абсолютной шероховатости материала воздуховодов и для различных режимов течения может быть рассчитан по универсальной формуле А.Д. Альтшуля:

где К_э - абсолютная шероховатость материала воздуховодов, мм;

Re - число Рейнольдса, определяемое по формуле:

где ν - кинематическая вязкость воздуха, м²/с. При температуре воздуха 20°С,

ν= 15,06 ×10^-6 м²/с.

Гидравлический диаметр для прямоугольного воздуховода может быть рассчитан по формуле (эквивалентный по скорости воздуха):

где а, b - стороны прямоугольного воздуховода, м.

Для проведения исследований были предоставлены образцы вентиляционных блоков с каналами сечением 125×325 мм, длиной 600 мм. Внутренняя поверхность каналов в одних образцах была обработана полимерным составом, а других не обработана (контрольные образцы).

Эквивалентный по скорости гидравлический диаметр (5) составит:

d = 2ab/a+b = 2×125×325/125+325 = 180,5 мм

l/d= 600/180,5=3,32

При проведении исследований наблюдался развитый турбулентный режим, («вполне шероховатые трубы», R_e ≥500), что позволило при расчётах коэффициента гидравлического сопротивления использовать формулу Б.Л. Шифринсона:

Были проведены испытания образцов с различными полимерными покрытиями, указанными по таблице 1. Результаты исследований каналов вентиляционных блоков (воздуховодов), обработанных полимерным покрытием и необработанных приведены в таблице 2.

Результаты выполненных экспериментальных исследований показали, что при обработке каналов вентиляционных блоков полимерным покрытием коэффициент гидравлического сопротивления трению снижается в 2,5 раза и более, а коэффициент абсолютной шероховатости поверхности - более, чем в 50 раз.

Таким образом, по вопросу применения полимерных покрытий в вентиляционных каналах систем вентиляции в строительстве можно сказать следующее:

- применение полимерных покрытий группы горючести Г1 во внутренней полости вентиляционных каналов систем общеобменной вентиляции в строительном исполнении не противоречит положениям нормативных правовых актов и нормативных документов по пожарной безопасности;

- применение полимерных покрытий группы горючести Г1 возможно в том числе во внутренних полостях транзитных вентиляционных каналов систем общеобменной вентиляции в строительном исполнении с нормируемым пределом огнестойкости.

Основными преимуществами воздуховодов, выполненных из предлагаемых вентиляционных блоков, являются:

• уменьшение аэродинамического сопротивления вентиляционных каналов, что улучшает качество воздуха в помещениях, уменьшает энергопотребление при условии организации принудительной вытяжки;

• уменьшение влагопоглощения, что замедляет протекание процессов деструкции (например, реакций выщелачивания) материала воздуховодов и увеличивает срок службы;

• уменьшается способность к абсорбции пыли и жиров и, соответственно, уменьшение загрязнения воздуховодов, уменьшение сопротивления воздушному потоку, уменьшение способности распространения пламени при пожаре, уменьшение миграции насекомых и грызунов по воздуховодам системы вентиляции.