Результат интеллектуальной деятельности: ВОЗДУХООЧИЩАЮЩЕЕ ВЕНТИЛИРУЕМОЕ ОГРАЖДЕНИЕ ЗДАНИЯ

Предлагаемое изобретение относится к строительству и может быть использовано при изготовлении вентилируемых стеновых ограждений, позволяющих утилизировать тепло наружного воздуха и тепловые потери здания в летний и зимний периоды и одновременно очищать уличный воздух от вредных примесей.

Известен вентилируемый стеновой элемент, содержащий внутренние вертикальные щелевые полости между несущей конструкцией ограждения, соединенного через ребра жесткости с его наружной поверхностью (декоративным ограждением), сообщающейся с атмосферой через отверстия в ней [Патент РФ №2181821, МПК Е04С 2/26, МПК Е04В 2/42, 2002].

Основными недостатками известного вентилируемого стенового элемента являются недостаточная прочность декоративного ограждения, невозможность утилизации тепла наружного воздуха и тепловых потерь здания, а также невозможность очистки уличного воздуха от вредных компонентов, что снижает его надежность и эффективность.

Более близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является слоистая панель вентилируемого стенового ограждения, включающая несущий внутренний слой (несущее ограждение) и наружный слой из бетона плотной структуры (декоративное ограждение), армированные контурной сеточной арматурой, средний слой из крупнопористого материала со сквозными пустотами (щелями, воздушными зазорами), сообщающимися с атмосферой через систему вытяжных отверстий и каналов. [Патент РФ №2221119, МПК Е04С 2/26, МПК Е04В 2/14, 2004].

Основным недостатком известной слоистой панели вентилируемого стенового ограждения является невозможность поглощения вредных компонентов (диоксид углерода, оксиды азота, оксиды серы, сажа, озон и т.д.) уличного воздуха, что снижает ее экологическую эффективность.

Техническим результатом предлагаемого изобретения является повышение экологической эффективности воздухоочищающего вентилируемого ограждения здания.

Технический результат достигается воздухоочищающим вентилируемым ограждением здания, включающим 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 4 диаметром от 20 до 40 мм, изготовленной из основных 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 ограждения и поверхностью тротуара - щель шириной Δ₃, а под нижним торцом ограждения устроена ливневая канализация.

На фиг. 1-5 представлено предлагаемое воздухоочищающее вентилируемое ограждение здания (ВОВОЗ) (фиг. 1 - общий вид, фиг. 2 - продольный разрез, фиг. 3-5 - основные узлы).

ВОВОЗ включает ряд прижатых друг к другу боковыми торцами декоративных ограждений 1 высотой Н, толщиной Δ₁, каждое из которых состоит из прямоугольного каркаса 2, внутрь которого вложена сетчатая прямоугольная емкость 3, выполненных из коррозионно-устойчивого материала, емкость 3 заполнена гранулами пемзы 4 диаметром от 20 до 40 мм, изготовленной из основных металлургических шлаков, каркас 2 прикреплен к наружному ограждению 5 креплениями 6 таким образом, чтобы между внутренней стенкой декоративного ограждения 1 и наружным ограждением 5 был воздушный зазор 7 шириной Δ₂, между нижним торцом ограждения 1 и поверхностью тротуара - щель 8 шириной Δ₃, а под нижним торцом ограждения 1 устроена ливневая канализация 9.

В основу работы предлагаемого воздухоочищающего вентилируемого ограждения здания 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 (СаО, SiO₂, Аl₂О₃, MnO) с модулем основности М>1, которое придает гранулам металлургической пемзы 4 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 4 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 SO₃, которые, в свою очередь, взаимодействуют с частицами подкисленной воды, остающейся в порах гранул 4, с образованием соответствующих кислот HNO₃ и H₂SO₄. Кроме того, на поверхности и в порах гранул 4 легко оседают мелкодисперсные частицы (пыль, сажа и т.д.), в результате чего, проходя через них, воздух очищается от большей части вредных компонентов.

Работа предлагаемого ВОВОЗ происходит следующим образом. В летний и переходный периоды (в связи с высокой интенсивностью автотранспорта в эти периоды концентрация вредных компонентов в уличном воздухе максимальная) в зависимости от направления и силы ветра наружный воздух может поступать (при слабом ветре или безветрии), в основном, в воздушный зазор 7 между декоративными ограждениями 1 и наружными ограждениями 5 через щели 8, расположенные в нижней части декоративных ограждений 1 (например, у цоколя здания), через живое сечение гранул шлака 4 со стороны улицы, движется по воздушному зазору 7 снизу вверх, одновременно снижая количество тепла, поступающего от солнечных лучей в здание, и создавая тягу в зазоре 7, и проникает через перфорацию внутренней стороны сетчатой емкости 3, заполненной гранулами пемзы 4, где очищается от значительной части вредных компонентов (диоксид углерода, оксиды азота, оксиды серы, сажа, озон и т.д.), и через наружную перфорацию емкости 3 поступает в пешеходную сторону улицы. При сильном ветре уличный воздух, наоборот, за счет ветрового давления поступает в гранулы шлака через наружную перфорацию емкости 3, очищается от вредных компонентов на гранулах 4, выходит через внутреннюю перфорацию емкости 3, после чего по зазору 7 очищенный воздух также поступает в пешеходную зону улицы.

При падении активности ВОВОЗ, которая происходит в результате насыщения гранул 4 вредными компонентами, их следует подвергать регенерации. Процесс регенерации заключается в промывке водой гранул 4 от частиц пыли, сажи и кислой воды, содержащей уловленные оксиды углерода, серы и азота. Промывка 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 9 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.

При отрицательных температурах холодный наружный воздух также поступает в воздушный зазор 7 между декоративными ограждениями 1 и наружными ограждениями 5 через щель 8, расположенную в нижней части декоративных ограждений 1, и движется по воздушному зазору 7 снизу вверх, создает дополнительное термическое сопротивление, снижая тем самым теплопотери здания, одновременно подогревая гранулы шлака 4, которые сорбируют вредные компоненты. При этом, в связи с невозможностью регенерации гранул 4 и возможностью образования ледяной корки на наружной поверхности ограждений 1, очистительная способность ВОВОЗ резко снижается.

Высота Н и толщина Δ₁ декоративного ограждения 1 определяется архитектурными особенностями здания, зоной максимальной загазованности уличного воздуха и концентрацией вредных веществ в нем. Ширину Δ₂ воздушного зазора 7 и щели 8 Δ₃ определяют из условий минимальных тепловых потерь здания зимой и минимального его нагрева летом. При этом площадь щели 8 должна быть меньше площади продольного живого сечения гранул 4 в ограждении 1. В целях художественного оформления декоративных ограждений 1 наружные стеки каркаса 2 а сетчатой емкости 3 можно изготавливать фигурными и окрашенными в различные цвета.

Таким образом, предлагаемое воздухоочищающее вентилируемое ограждение здания обеспечивает в период положительных температур наружного воздуха, 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 период отрицательных температур - уменьшение теплопотерь от наружных ограждений в окружающую среду, снизив тем самым энергопотребление здания, и снижение концентрации вредных веществ уличного воздуха в период положительных температур.