СПОСОБ ПРОВЕТРИВАНИЯ ГОРОДА В ПЕРИОД СМОГА
METHOD FOR CITY VENTILATION DURING SMOG

Способ проветривания города в период смога относится к приточно-вытяжным способам и устройствам (вентиляции), предназначенным для создания благоприятных условий людям, находящимся в шахтах, в глубоких карьерах, в запыленных цехах и в жилых зданиях. Приземный смог - ядовитый густой туман с примесью дыма, газовых отходов производства, выбросов автомашин с двигателями, работающими за счет сгорания топлива, и других отходов жизнедеятельности человека.
Приземный смог характеризуется толщиной от земли до 70 метров и более и температурной инверсией, то есть увеличением температуры от десятых долей до 15-20 градусов по высоте вместо обычного понижения. Инверсия температуры в смоге препятствует вертикальным перемещениям воздуха. Сильное загрязнение воздуха в больших городах и промышленных центрах наблюдается при штиле или слабом ветре. В появлении смога играет роль и расположение населенных пунктов в долинах холмов и гор. Плотная городская застройка, высотные здания, узкие и длинные городские магистрали не позволяют вредным выбросам равномерно рассеиваться и свободно перемещаться в атмосфере, поэтому многие загрязнители воздуха задерживаются в городском объеме, а часть из них оседает на строения и землю. При этом наблюдается повышенная концентрация вредных примесей в воздухе: угарного газа, оксида серы, оксида азота, хлороводорода, озона, взвешенных частиц пыли РМ2.5 и РМ10, летучих органических соединений и пестицидов, превышающих предельно допустимые концентрации (ПДК).
Известны способы уменьшения влияния смога на жизнедеятельность населения в объявленный период чрезвычайной ситуации (ЧС) за счет перевода промышленных предприятий на пониженную производительность, а населению рекомендуют закрывать плотно форточки в окнах. Такие способы устранения смога малоэффективны.
Известна «Система и способ вывода вредных выбросов производственных предприятий за границы воздушного бассейна города» (RU №2 740 279, МПК A01G 15/00, Е04Н 12/00, F24F3/16, B01D 53/00 опубл. 12.01 2021), которая представляет собой систему трубопроводов различного диаметра, имеющего как минимум один основной общий контур для общего потока выбросов от всех предприятий. К общему контуру подсоединен один или более трубопроводов, имеющих радиальное направление относительно центра города и основного контура. По нему предусмотрен транспорт вредных выбросов производственных предприятий посредством нагнетающих вентиляторов или компрессорной станции в направлении радиально от центра города. Каждый участок трубопроводов снабжен запорными арматурами -вентилями. Все линии трубопроводов контура и радиальных на всем протяжении жестко закреплены к земле, например, сваями и/или анкерными креплениями посредством хомутов. Для работы создают карту «розы ветров» и мест для сброса выбросов с их координатами. Измеряют высоты мест выброса над уровнем моря относительно трубопровода. Оценивают примерный объем возможности принятия выбросов и их рассеивания за единицу времени. Открытие/закрытие запорных арматур -вентилей производят по команде синхронно. Оголовок трубопровода на выпуске вредных выбросов разделен на несколько воздуховыпускных трубопроводов - рукавов, установленных вертикально, общая площадь сечения которых значительно превышает площадь сечения любого трубопровода для снижения скорости газового потока на выходе.
Недостатками известной системы являются:
- малая эффективность ликвидации смога, так как система работает только на вытяжку загрязненного воздуха из города;
- не ликвидируется верхний теплый слой смога - одна из причин смога;
- невозможность снижения концентрации вредных выбросов во всем объеме воздушной сферы города от других загрязнителей, например, от автомобильных выхлопов и других.
Известно также «Устройство для снижения уровня смога» (RU №2702610, МГЖ F24F 13/02, F24F 13/28, F03D 9/37, опубл. 19.12 2018), содержащее воздушный коллектор, соединенный с воздуховодом, выполненные в виде единой конструкции, имеющей входное нижнее и выходное верхнее отверстия и установленной вертикально или наклонно на стене дома или склоне горы или на аэростатах. При этом воздуховод выполнен с возможностью размещения в нем фильтрующих воздушный поток устройств, одно из которых выполнено с возможностью конденсации воды из воздушного потока, а воздушный коллектор выполнен с возможностью нагрева воздушного потока, поступающего из окружающего пространства. В частном случае, воздушный коллектор и воздуховод выполнены надувными, содержащими многослойные обшивки, выполненные с возможностью заполнения газом или воздухом, с возможностью последующего заполнения в надутом положении затвердевающим материалом. Кроме того, в воздушном коллекторе размещен источник нагрева воздушного потока, поступающего из окружающего пространства, выполненный либо в виде подведенного носителя тепла, либо в виде внутреннего источника тепла. Возможно, что воздушный коллектор выполнен с прозрачной внешней стороной, а остальная его часть выполнена в виде элементов, поглощающих и аккумулирующих солнечную энергию. Возможно также, что в воздуховоде размещена ветровая турбина с возможностью соединения с электрогенератором. Кроме того возможно, что внешняя поверхность конструкции выполнена с возможностью размещения на ней солнечных фотоэлектрических элементов. В другом варианте, аэростаты могут быть выполнены в виде тороидов или других конфигураций таким образом, что нижние из них имеют меньшие размеры, чем расположенные выше.
Недостатками известного устройства являются:
- малая эффективность ликвидации смога, так как оно работает только на вытяжку загрязненного воздуха из города;
- не ликвидируется верхний теплый слой смога - одна из причин смога;
- невозможность снижения концентрации вредных выбросов во всем объеме воздушной сферы города.
Наиболее близким техническим решением является устройство для ликвидации смога в городских условиях (RU №198561, МГЖ E21F 1/08, опубл. 15.07.2020), включающее опорный каркас, эластичную вытяжную трубу с тороидальной камерой, заполненной легким инертным газом. Опорный каркас устройства выполнен, по меньшей мере, из трех стоек, связанных по верху кольцевым перекрытием. На опорном каркасе смонтирован осевой вентилятор, заключенный в направляющую металлическую трубу, соединенную с эластичной вытяжной трубой. На кольцевом перекрытии по окружности равномерно размещены, по меньшей мере, три лебедки с тормозными устройствами, а тороидальная камера с помощью натяжных канатов соединена с лебедками. При этом эластичная вытяжная труба выполнена из полиэтилентерефталата или из резины и имеет длину более толщины слоя смога. Тем самым загрязненный воздух смога выбрасывают в атмосферу выше смога.
К недостаткам этого устройства следует отнести малую эффективность ликвидации смога, так как оно работает только на вытяжку загрязненного воздуха из города, невозможность ликвидации верхнего теплого слоя смога - одну из причин смога, невозможность снижения концентрации вредных выбросов во всем объеме воздушной сферы города.
Техническая проблема, решаемая предлагаемым изобретением, заключается в разрушении самого верхнего теплого слоя смога и устранении температурной инверсии смога, в подаче чистого воздуха в город и в устранении загрязненного воздуха из города, в уменьшении концентрации вредных выбросов, то есть в улучшении экологической среды для населения в городе.
Решение существующей проблемы осуществляется способом проветривания города в период смога с помощью эластичной вытяжной трубы с тороидальной камерой, заполненной легким инертным газом, длиной более толщины смога, снабженной осевым вытяжным вентилятором, согласно изобретению, чистый воздух из атмосферы, находящейся выше смога, всасывают воздухоплавающим лопастным устройством, которое удерживают в положении «зависания» в воздухе в районе верхнего нагретого слоя смога, разрушая температурную инверсию смога, и, с его помощью нагнетают чистый воздух сверху вниз по
воздухонепроницаемому эластичному рукаву, прикрепленному к воздухоплавающему лопастному устройству, а далее по приемному наземному коробу и по ответвлениям короба направляют к многолюдным местам, где загрязненный воздух смешивают с чистым воздухом, а использованный людьми воздух вытесняют чистым воздухом через открытые проемы и подхватывают его наружным искусственным ветром-сквозняком, создаваемым осевым вентилятором эластичной вытяжной трубы, и выталкивают смесь через трубу в атмосферу выше верхнего слоя смога. В качестве воздухоплавающего лопастного устройства используют двухосный вертолет, оснащенный грузоподъемным механизмом. В качестве воздухоплавающего лопастного устройства используют беспилотный дрон с радиоуправлением, оснащенный грузоподъемным механизмом. Приемный наземный короб и его ответвления выполнены из плотного воздухонепроницаемого материала.
Предлагаемым изобретением достигается технический результат, заключающийся в разрушении самого верхнего теплого слоя смога, и тем самым в устранении температурной инверсии смога, в подаче чистого воздуха в город и в устранении загрязненного воздуха из города, в уменьшении концентрации вредных выбросов, то есть в улучшении экологической среды для населения в городе.
Предлагаемый способ проветривания города в период смога поясняется схемой, на которой изображены: воздухоплавающее лопастное устройство 1, соединенное посредством крюка 2 и петли 3 с воздухонепроницаемым эластичным рукавом 4, который имеет верхний жесткий обод 5, распираемый радиальными ребрами 6, соединенными в центре обода 5 и прикрепленной к ним петлей 3. В нижней части воздухонепроницаемого эластичного рукава имеется нижний жесткий обод 7, посредством которого воздухонепроницаемый эластичный рукав 4 соединен с наземным приемным коробом 8, имеющим ответвления (на схеме не показаны). Вытяжная эластичная труба 9 имеет тороидальную камеру 10, наполненную легким инертным газом и удерживаемую тросами 11, запасованными на барабанах электрических лебедок 12, установленных на опорном каркасе 13. Нижний конец вытяжной эластичной трубы 9 закреплен на металлической трубе 14. Под каркасом 13 имеется проем 15, а в самом каркасе имеется отверстие 16, над которым установлен осевой вентилятор 17. Предлагаемый способ осуществляют следующим образом: в воздухе, в районе верхнего, наиболее нагретого, слоя смога 18, размещают в состоянии «зависания» воздухоплавающее лопастное устройство 1 (например, вертолет или дрон), с помощью которого всасывают чистый воздух из атмосферы, находящейся выше смога, захватывая часть верхнего, наиболее нагретого, слоя смога, и нагнетают его сверху-вниз по специальному воздухонепроницаемому эластичному рукаву 4, подвешенному на крюк 2 грузоподъемного механизма воздухоплавающего лопастного устройства 1. Чистый воздух доходит до приемного наземного короба 8 по рукаву 4. Диаметр воздухонепроницаемого эластичного рукава 4 соразмерен с диаметром несущего винта воздухоплавающего лопастного устройства 1.
Воздухонепроницаемый эластичный рукав 4 подвешен на крюк 2 с помощью петли 3, укрепленной на радиальных ребрах 6, которые распирают верхний жесткий обод 5 воздухонепроницаемого эластичного рукава 4. Затем чистый воздух постоянно направляют из наземного приемного короба 8 по его ответвлениям в многолюдные помещения: вокзалы, школы, больницы, торгово-развлекательные центры, и другие. В этих многолюдных помещениях люди дышат чистым воздухом, в результате чего вентилируют свои легкие. Из этих помещений воздух, использованный людьми, выдавливают чистым воздухом через окна, форточки и двери наружу и соединяют его с потоком наружного искусственного ветра-сквозняка, который создают путем одновременного повышения давления с помощью воздухоплавающего лопастного устройства 1 и понижения давления (разрежения), вызываемого осевым вентилятором 17 эластичной трубы 9. В результате разности давлений получают эффект искусственного ветра - сквозняка. Смоговый загрязненный воздух всасывают осевым вентилятором 17 через проемы 15 между стойками под вытяжной эластичной трубой 9 и тем же осевым вентилятором 17 смог выталкивают по вытяжной эластичной трубе 9 в атмосферу выше верхнего теплого слоя смога 18.
Осуществление способа проветривания города в период смога показано на следующем примере.
В качестве воздухоплавающего лопастного устройства 1 в предлагаемом изобретении могут быть использованы любые двухвинтовые соосные вертолеты или дроны с дистанционным управлением, оснащенные грузоподъемным механизмом.
За счет вращения лопастей воздухоплавающего лопастного устройства 1 образуется подъемная сила, действующая на устройство 1 снизу-вверх, а реактивная сила действует на воздух, который отталкивается от устройства 1 сверху-вниз. Воздухоплавательный устройство 1 имеет возможность «зависать» в воздухе, то есть сохранять свое положение на одном и том же месте. В таком состоянии устройство 1, по сути, выполняет функцию вентилятора.
Для примера рассмотрим вертолет типа Ми-10К, предназначенный для выполнения строительно-монтажных работ и работающий в качестве летающего крана при строительстве высотных зданий и сооружений и вертолет типа Ка-18.
Вертолет типа Ми-10К имеет следующую летно-техническую характеристику (ЛТХ): диаметр главного винта - 35 м; практический потолок - 4750 м; практическая дальность - 770 км; крейсерская скорость - 228 км/ч.
По известной зависимости  где L - дальность и V – скорость вертолета, определяем ориентировочно время Т, которое вертолет может непрерывно находиться в воздухе. Для вертолета типа Ми-10К оно составляет ориентировочно три часа.
Вертолет типа Ка-18 имеет ЛТХ: диаметр несущего винта - 10 м; практический потолок - 3500 м; перегоночная дальность полета - 1000 км; крейсерская скорость - 130 км/ч. Для вертолета типа Ка-18 ориентировочно время непрерывного нахождения вертолета в воздухе - 7,6 часов.
Обращаем внимание на диаметры несущих винтов представленных вертолетов (30 ми 10 м), соразмерно которым изготавливают специальный воздухонепроницаемый эластичный рукав 4, подвешиваемый к крюку 2 грузоподъемного механизма вертолета с помощью петли 3, укрепленной на радиальных ребрах 6, которые распирают верхний жесткий обод 5 специального воздухонепроницаемого эластичного рукава 4. Отбрасываемый вертолетом чистый воздух направляют вниз до нижнего жесткого обода 7, плотно соединенного с приемным наземным коробом 8 с ответвлениями, по которым чистый воздух подают в многолюдные места (вокзалы, рынки, транспортные остановки и т.п.) и также в сторону вытяжной эластичной трубы 9, работающей постоянно в период ЧС. Трубу 9 поддерживают в вертикальном положении с помощью тороидальной камеры 10, наполненной легким инертным газом и тросами 11, запасованными на барабанах электрических лебедок 12, установленных на опорном каркасе 13. Нижний конец вытяжной эластичной трубы 9 закреплен на металлической трубе 14. Загрязненный воздух, нижних слоев смога, поступающий через проемы 15 под каркасом 13 и через отверстие 16, выталкивают осевым вентилятором 17 по вытяжной эластичной трубе 9 в атмосферу выше теплого слоя 18 смога.
Режим проветривания города в период смога непрерывный до окончания ЧС. Возможна смена вертолетов и их типов.
Последовательность действий для осуществления предлагаемого способа следующая:
1. Первоначально устанавливают вертикально эластичную трубу 9;
2. Создают искусственный ветер-сквозняк в городе с помощью осевого вентилятора 17 и с его же помощью выбрасывают загрязненный воздух через вытяжную эластичную трубу 9;
3. Поднимают в воздух воздухоплавательное устройство 1 с подвешенным к нему воздухонепроницаемым эластичным рукавом 4;
4. Устанавливают воздухоплавательное устройство 1 в состояние «зависания» в районе верхнего теплого слоя 18 смога;
5. Всасывают воздухоплавательным устройством 1 чистый воздух из атмосферы, расположенной выше теплого слоя 18 смога;
6. Направляют чистый воздух по воздухонепроницаемому эластичному рукаву 4 сверху-вниз до наземного приемного короба 8;
7. По отводам наземного приемного короба 8 чистый воздух направляют в многолюдные места;
8. Наполняют многолюдные места чистым воздухом, выдавливая загрязненный воздух;
9. Используют чистый воздух для дыхания людей;
10. Вытесняют использованный людьми воздух совместно с избыточным чистым воздухом, соединяя его с потоком искусственного ветра-сквозняка.
С применением предлагаемого способа проветривания города разрушается температурная инверсия смога и обеспечивается замена загрязненного воздуха города в период ЧС чистым атмосферным воздухом.