СПОСОБ ОЧИСТКИ ВОЗДУШНЫХ БАССЕЙНОВ ГОРОДОВ ОТ СМОГА И ПОЛЛЮТАНТОВ В ПРИЗЕМНОМ СЛОЕ
METHOD FOR CLEANING THE AIR BASINS OF CITIES FROM SMOG AND POLLUTANTS IN THE SURFACE LAYER

Изобретение относится к области прикладной метеорологии и экологии, в частности к способам создания восходящего потока воздуха в башне за счет естественной конвекции при разности плотности более и менее нагретых слоев воздуха с целью создания циркуляции воздуха в приземном слое города для теплого времени года, и может использоваться для очистки воздушных бассейнов городов от смога за счет конвекции воздуха, обеспечивающей вынос загрязняющих атмосферу частиц из приземной зоны в верхние слои атмосферы.
Предпосылкой для создания изобретения явилась идея использования разности температуры воды в реке и воздуха в летнее время для улучшения экологической ситуации в г. Красноярске, когда неблагоприятные метеорологические условия (НМУ) наступают в случае отсутствия движения воздуха в приземном слое или при малой скорости ветра. При этом температура воды в реке Енисей составляет примерно 4°С, а средняя температура воздуха в летнее время равна 22°С, что позволяет использовать разность температуры воды и воздуха в летнее время для реализации заявляемого способа с помощью специального сооружения - башни на водной акватории Енисея.
Из уровня техники известны способы и устройства, создающие локальные конвективные потоки, обеспечивающие создание тяги из приземного слоя атмосферы в верхние слои, способствуя уносу загрязняющих микрочастиц из приземного слоя и разрушению инверсионного слоя, отражающего вредные вещества. Изменение атмосферных условий при этом основано на создании восходящего потока воздуха.
Известен способ создания восходящего потока воздуха в атмосфере и устройство для его осуществления (гелиатор), в котором восходящий поток воздуха подогревают на нескольких уровнях от нагреваемой солнцем зачерненной поверхности и обогащают отрицательными ионами, а устройство состоит из нагреваемой Солнцем многоярусной системы привязных аэростатов с зачерненными баллонами, которые располагаются в виде нескольких расположенных один над другим ярусов, причем на ярусах закреплены заземленные эмиттеры электронов, коронирующие в электрическом поле Земли (Патент РФ № 2462026 С1, дата приоритета 28.03.2011, дата публикации 27.09.2012, автор Павлюченко В.П., RU).
Недостатками аналога являются: сложность способа и устройства для его осуществления, обусловленная использованием аэростатов, а также недостаточная эффективность для очистки воздуха.
Из уровня техники известны также способы очистки загрязненного воздуха в приземной зоне с помощью очистительной башни.
2
Известна вентиляционная башня для обеззараживания атмосферы, снабженная трубой или воздуховодом с поперечным сечением более 25 м, который имеет вверху отверстие для притока более чистого воздуха, находящегося над границами наиболее частых слоев атмосферной инверсии, а также имеет сопла или выпускные отверстия на высоте более 30 м над землей. Для движения воздуха от верхнего отверстия к выпускным отверстиям предусмотрены средства, такие как турбины или компрессоры, при этом воздух выводится из выпускных отверстий с помощью эжектируемых воздушных струй, имеющих дальность действия не менее 500 м, причем скорость в центре потока сопла составляет более 1 м/с (Патент Германии № DE3823849 (А1), дата публикации 26.01.1989)
Недостатком способа очистки загрязненного воздуха с помощью известной башни является создание принудительной вентиляции для движения воздуха в башне сверху вниз, а также существенная высота башни.
2
3
Известна очистительная 100-метровая башня Xian smog tower, построенная в Китае, при тестировании которой зафиксировано снижение загрязнения воздуха от вредных для здоровья микрочастиц РМ2,5 на 15% всего за три месяца работы на территории в 10 км. При этом Xian smog tower удавалось перерабатывать до 10 млн м воздуха в сутки. Технологический процесс очистки воздуха башней Xian smog tower разделен на следующие этапы. Сначала воздух отбирается из атмосферы и транспортируется в расположенные неподалеку от башни тепловые станции, в которых при помощи электроэнергии, полученной от солнечных батарей, грязный воздух нагревается и возвращается в башню, внутри которой поднимается вверх, проходит через фильтры пять ступеней очистки и только затем попадает опять в атмосферу (https://24gadget.ru/1161066142-v-kitae-zarabotal-krupnevshiy-v-mire-ochistitel-vozduha.html, дата просмотра 31.03.2021).
Недостатком очистительной установки является необходимость создания парников для нагрева воздуха, занимающих значительную площадь, и использование устройств для создания вынужденных потоков воздуха.
В качестве прототипа принят способ очистки воздушных бассейнов городов, основанный на получении конвекции воздушных масс тепловым нагревом воздуха, реализуемый с помощью известного устройства для очистки загрязненного воздуха, которое содержит жесткую башню с закрепленным на элементах ее конструкции вертикально ориентированным нагревателем воздуха с электрическим подогревом от наземного источника электропитания, причем нагреватель выполнен в виде термосифонов, установленных вертикально один над другим и закрепленных на башне вдоль ее вертикальной оси, на которой также закреплены через изоляторы электрические нагреватели, контактирующие с поверхностью нижних концов термосифонов, при этом нагретые термосифоны нагревают окружающий их слой воздуха, который начинает восходящее движение вдоль вертикальной оси башни, создавая конвективные потоки, поднимающие вверх мелкие частицы загрязнений приземного слоя атмосферы (Патент РФ № 2316205 С2, дата приоритета 22.11.2005, дата публикации 10.02.2008, авторы: Телемтаев М.М и Яценко Е.С., RU, прототип).
Недостатком прототипа является высокая энергозатратность способа, обусловленная наличием нагревателей воздуха с электрическим подогревом от наземного источника электропитания.
Технической проблемой, решаемой изобретением, является создание способа очистки воздушных бассейнов городов от смога и поллютантов в приземном слое, основанного на создании восходящего потока воздуха в башне за счет естественной конвекции при разности плотности более и менее нагретых слоев воздуха для создания циркуляционного движения воздуха вблизи башни в приземном слое для теплого времени года при использовании для нагрева воздуха солнечной энергии.
Для решения технической проблемы предложен способ очистки воздушных бассейнов города Красноярска от смога и поллютантов в приземном слое воздуха в акватории Енисея в летнее время, заключающийся в создании естественной конвекции воздушных масс тепловым нагревом воздуха в башне для получения восходящего потока воздуха, способствующего появлению циркуляционного движения вблизи башни, созданию тяги, выносу и рассеиванию вредных примесей из приземной зоны в верхние слои атмосферы, в качестве источника теплоты для нагрева воздуха в башне используют солнечную энергию, а в качестве холодного источника – поверхность воды в реке, при этом за счет разности температуры воздуха вблизи поверхности воды и нагретых слоев в башне создают восходящий поток воздуха, при этом используют установленную с помощью опорных платформ в основании на двух отстоящих одна от другой баржах, сориентированных против течения реки в продольном направлении, башню в виде конуса с черным покрытием ее ограждения.
Согласно изобретению, в нем используют башню с металлическим каркасом, обшитым алюминиевыми листами с наружным покрытием.
На фиг. 1 схематично изображено устройство для осуществления способа очистки воздушных бассейнов городов от смога и поллютантов в приземном слое, общий вид; на фиг. 2 - то же, вид сверху, где введены следующие обозначения: 1 - башня; 2 - баржа; 3 - опорная платформа башни; стрелками показано направление течения реки Енисей.
Башня 1, выполненная с конусностью по типу конфузора для усиления создаваемой в ней тяги, содержит металлический каркас с закрепленным на нем ограждением из алюминиевых листов, покрытых снаружи черной краской для улучшения теплообмена излучением. В качестве ограждения каркаса также могут быть использованы современные высокопрочные ткани. В основании башни 1 диаметрально расположены две опорные платформы 3, предназначенные для монтажа башни 1 на двух баржах 2, отстоящих одна от другой и сориентированных против течения реки Енисей в продольном направлении.
Подготовка к осуществлению способа очистки воздушных бассейнов городов от смога и поллютантов в приземном слое производится следующим образом. Башня 1 монтируется с помощью опорных платформ 3 на палубах двух барж 2. Баржи 2 буксируют на специально выделенный участок реки Енисей в пределах города. За счет разности температуры поверхности воды реки Енисей и нагретой Солнцем внутренней поверхности башни 1 возникает восходящий поток воздуха, который способствует появлению циркуляционного движения вблизи башни 1, тяги внутри башни и рассеиванию вредных примесей из приземного слоя в верхние слои атмосферы.
Преимуществом способа является использование естественной конвекции воздуха для создания циркуляции воздуха вблизи башни без затрат электроэнергии для нагрева воздуха, а также сравнительная простота изготовления башни и мобильность устройства. Кроме того, при установке нескольких устройств эффективность способа возрастает.
Технический результат заключается в создании естественной конвекции воздушных масс тепловым нагревом воздуха в башне за счет солнечной энергии и в получении восходящего потока воздуха, способствующего появлению циркуляционного движения вблизи башни, созданию тяги, выносу и рассеиванию вредных примесей из приземной зоны в верхние слои атмосферы.