Проблему подачи воды в доме при наличии источника — скважины или колодца — вполне можно решить самостоятельно. В этой статье мы расскажем о самых простых и недорогих способах водоснабжения на разных этапах. Вы узнаете об основных принципах устройства автономного водопровода в загородном доме.

Далеко не всегда получается приобрести дом или дачу, готовые под ключ, где всё уже установлено, испытано и работает. До 50% объектов купли-продажи имеют либо незавершённый вид, либо требуют ремонта или реконструкции. Иногда речь идёт об участке с фундаментом, а то и без него. Индивидуальными источниками воды на таких участках обычно служат артезианские скважины или колодцы.

Примечание. На каждую скважину буровики выдают документ — «Паспорт скважины». В нём указаны параметры (глубина, ширина, расстояние до зеркала) и эксплуатационные характеристики скважины (производительность, качество воды), которые будут решающими при выборе насосного оборудования.

Внимание! В случае отсутствия «Паспорта скважины» не следует устанавливать и эксплуатировать постоянное оборудование «вслепую». Заказать услугу исследования скважины можно в любой организации соответствующего профиля.

Этап строительства, наружных работ или полив

Вода — необходимый элемент не только для живых организмов, но и для химических реакций. Понадобиться она может на разных этапах строительства и эксплуатации дома, дачи. Мы рассмотрим варианты срочного монтажа и подачи воды в разных случаях.

Когда разводки водопровода ещё нет, а вода уже нужна, разумно применить временный вариант. В этом случае вода будет доставляться только по участку, набираться в ёмкости, использоваться для приготовления раствора и прочих хозяйственных нужд. Работа такой системы будет производиться в ручном режиме, по необходимости и только в летний период.

Колодец хорош тем, что в нём можно использовать все виды водоподъёмных насосов. Недостаток его в том, что обычно это место общего пользования — колодец на участке большая редкость. Поэтому мы будем ориентироваться в основном на индивидуальные скважины, исходя из экономии средств на временные коммуникации.

В обоих случаях рекомендуется оборудовать примитивный пульт управления подачи воды. Водорозетка может быть выполнена в виде жёсткого колена в форме П или Г со штуцерами на входе и выходе. Ключ — любой переключатель в наружном исполнении. Если диаметр скважины позволяет, можно использовать в ней недорогой вибрационный насос без поплавка. Насос должен входить в трубу свободно, с запасом минимум 2 см по окружности. Если диаметр трубы не позволяет установить садовый насос, на этом этапе можно подобрать скважинный или наружный, который потом будет работать в постоянной системе.

Что понадобится:

1. Любой погружной насос, конструктивно подходящий к источнику (в статье «Обзор погружных насосов для загородного дома» мы рассказывали о моделях этих агрегатов).
2. Переключатель в наружном исполнении.
3. Запас сплошного кабеля от ключа до насоса, установленного на глубину.
4. Трос, верёвка.
5. Материал для жёсткого колена — труба, колена трубы, штуцер под колено (1 дюйм на выходе).
6. Обратный клапан (латунь или пластик) под резьбу на выходе насоса и штуцер под клапан (1 дюйм на выходе).
7. Шланг под штуцеры (1 дюйм внутри).
8. Хомуты, крепёж, материал козырька и щита.

Порядок работы

1. Определяем глубину установки (подвеса) насоса. Если скважина (колодец) малой или средней глубины (10-25 метров), оптимально установить насос в 1 метре от дна. Вибрационные насосы дают напор до 60 метров. Глубину скважины можно определить пробным опусканием груза на верёвке.

2. Если необходимо — подключаем сплошной кабель заданной длины к насосу.

3. Отмеряем нужную длину верёвки (троса), шланга.

4. Устанавливаем обратный клапан со штуцером на насос.

5. Подсоединяем шланг к штуцеру насоса и крепим хомутами.

6. Опускаем насос в скважину на заданную глубину и фиксируем страховочный трос.

7. Монтируем электрощит (доска с укреплённым на ней ключом и автоматом) и подсоединяем кабель к переключателю, на который подаём напряжение.

8. Собираем жёсткое колено и устанавливаем его крепежами на прочную основу (столб, труба, стена). Материал для колена можно выбрать подручный — металл, ППР, металлопластик. Подсоединяем шланг к штуцеру колена и фиксируем его хомутами.

При установке наружного (садового) насоса процедура упрощается до уровня интуитивного восприятия: шланг с сетчатым фильтром и обратным клапаном опускается одним концом в источник, а другим подсоединяется к насосу. Вся система фиксируется по месту.

В этом варианте нам не потребуется кран для запора воды — его функцию выполняет обратный клапан, благодаря которому труба постоянно заполнена водой. Если установить штуцер на высоте 1 метр, можно подавать воду для полива самотёком на довольно большой участок при условии, что он не имеет уклона в сторону источника воды.

Цена вопроса. В этой системе дороже всего будет стоить только сам насос — от 600 до 1500 руб. Штуцеры, шланг, трос, обратный клапан (пластик) и автомат обойдутся примерно в 300-500 руб.

Водоснабжение маленькой дачи с поливом, подача воды в помещение на дальнюю точку

Для полноценного функционирования скважины зимой понадобится устройство кессона — переходного помещения между источником (скважиной) и потребителем (системы водоразбора дома). Обычно его располагают ниже уровня земли, глубже промерзания грунта. Он выполняет несколько жизненно важных функций:

1. Служит местом для установки оборудования, по сути, являясь насосной.
2. Удерживает постоянную температуру за счёт энергии грунта.
3. Поглощает шум от работы оборудования (насосной станции).

На этом этапе можно комбинировать временные элементы системы с постоянными. Есть элементы и показатели, которые останутся неизменными. Это глубина источника, расстояние до ввода в дом, глубина промерзания грунта, высота дома.

С учётом того, что мы стремимся постепенно ввести в эксплуатацию постоянную автономную систему водоснабжения , строительства кессона нам не избежать. Если мы эксплуатируем во временной системе вибрационный насос, то вся конструкция просто переносится в кессон.

Следующим постоянным элементом будет магистраль от кессона к вводу в дом. Этот участок лучше выполнить капитально, не зависимо от насосного оборудования. Трубу закладывать глубже промерзания грунта, диаметром не менее того, что в разводке дома, с шаровыми кранами с обеих сторон. Здесь возникает препятствие — путь от источника до потребителя может быть «тернист» и подлежит расчёту. Нас интересуют два основных показателя насоса: напор и глубина погружения водозабора (глубина всасывания для наружных).

Предположим, наши потребности на данном этапе весьма скромны: подача воды на высоту 2 метра от уровня 2-го этажа (от земли 5 м) в 10 метрах от скважины. Потребление — периодическое (наполнение ёмкостей), не более 1 м 3 в час. Глубина от насоса до зеркала воды — 5 метров.

Вычисляем высоту (Н), на которую насос должен поднять воду. 1 метр напора по вертикали равен 4 метрам горизонтального перемещения, на сопротивление системы — 5%:

• Н = (6 + 10/4 + 2) + 10% = 11,55 — принимаем 12 метров.

При гидротехнических расчётах полученный показатель умножают на 2 — чтобы учесть дальнейшие условия эксплуатации. Итак, требуемый напор в нашем случае будет 24 метра.

Подобрав таким образом насос (с запасом мощности), мы включаем его в систему и устанавливаем в кессоне. В этом случае ручное управление на основе обратного клапана нам уже не подходит и пришло время внедрять автоматику. Первым и пока что единственным элементом управления будет реле давления. Его можно установить на вводе в дом (изнутри).

Что даёт реле давления? Оно срабатывает при открытии крана (падении давления) в системе и включает насос. Иными словами, автоматически подкачивает воду напрямую из скважины в систему. Мы подчёркиваем, что описанные устройства — временные меры, переходный этап к полноценной системе.

Внимание! Основная причина выхода из строя наружных и погружных насосов — частое кратковременное включение.

Обзор поверхностных насосов мы провели в предыдущей статье.

В таком виде система будет работать при открывании крана и позволит провести зиму с водой. Давление будет нестабильным, неравномерным, поэтому подключение водонагревательных приборов не рекомендуется.

Постоянное полноценное водоснабжение дачи или дома

Большая часть системы собрана и подключена. Осталось решить четыре задачи:

1. Стабилизировать давление в системе.
2. Защитить насос от частых кратковременных запусков.
3. Дополнить и окончательно скомпоновать систему.
4. Отфильтровать воду.

Задача 1 и 2

Давление выравнивается при помощи накопительного бака особой конструкции — гидроаккумулятора. Внутри него установлена герметичная резиновая мембрана, отделяющая водозаборный отсек от воздушного.

При включении гидроаккумулятора в систему происходит следующее: насос нагнетает воду в замкнутую систему, мембрана растягивается, создавая давление, срабатывает реле давления, насос отключается. Давление в системе поддерживается не насосом, а мембраной.

При малых объёмах потребления (мытьё рук, слив бачка унитаза) насос не включается на подкачку сразу, что в разы экономит его ресурс в сравнении с прямой системой. Для обеспечения дома, где проживает 4 человека, обычно достаточно бака на 30 литров, но существуют изделия на 50, 70, 100 и более литров. Рабочее давление гидроаккумляторов такого объёма — от 6 бар (атм). Реле давления выставляют в пределах 1-2,5 бар.

Задача 3 и 4

На этом этапе мы технически обеспечили подачу воды в дом на нужную высоту и расстояние под постоянным заданным давлением. Разумным шагом теперь станет «продление жизни» частям системы путём улучшения качества воды. Проще говоря, сейчас следует доукомплектовать систему фильтрами и смонтировать для постоянного использования.

Если скважина неглубокая и водозабор расположен близко ко дну, то установки грубого фильтра нам не миновать. Чтобы защитить крыльчатку и гидроаккумулятор, включаем в систему перед насосом (рядом с ним) фильтр грубой очистки. Непосредственно перед распределением воды в помещении устанавливают фильтры тонкой очистки для того, чтобы защитить чувствительные приборы домашней сантехники.

Внимание! Устанавливайте фильтры тонкой очистки в доступных местах для визуального контроля и своевременного обслуживания.

Классическим и наиболее удачным способом компоновки считается размещение всех описанных элементов (кроме фильтров тонкой очистки) в кессоне скважины. Это упрощает обслуживание и «прячет» шум под землю. При этом система не занимает места в доме.

Разумеется, описанные компоненты существуют в разных вариациях заводского исполнения. Самая удобная и популярная из них — портативная насосная станция. Она представляет собой гидрокомпрессор, компоненты которого подобраны с учётом взаимных показателей и собраны в заводских условиях. В неё входят:

• поверхностный насос
• гидроаккумулятор
• манометр
• реле давления
• пульт управления

Затраты на поэтапную сборку насосной станции своими руками

Исходные данные:

1. Насос поверхностный. Требуемый напор — от 24 м, давление на выходе — от 3 бар, глубина всасывания от 7 м.
2. Гидроаккумулятор — 20-30 литров.
3. Реле давления 1-3 бар с манометром — 1 шт.
4. Обратный клапан (латунь) — 2 шт.
5. Труба ПНД — 10 м.
6. Труба ППР — 10 м.
7. Кран шаровой — 2 шт.

Таблица расходов:

Позиция	Производитель	Цена ед., руб.	Кол-во	Стоимость, руб.
Насос поверхностный	HAMMER NAC800A, КНР	2500	1	2500
	QUATTRO ELEMENTI Giardino1000, Италия	3300	1	3300
	GRUNDFOS JP 5, Германия	11000	1	11000
Гидроаккумулятор	EUROAQUA Н024L, КНР	1600	1	1600
	НАСОСЫ+ TANK 30L H, КНР	2100	1	2100
	AQUAPRESS AFC 24SB, Италия	5200	1	5200
Реле давления с манометром	Реле давления РДМ 5 (РМ 5) + манометр, Россия	400	1	400
Обратный клапан, латунь	AL-KO, Германия	300	2	600
Труба ПНД	-	20	10	200
Труба ППР	-	20	10	200
Кран шаровой	STA, Украина	70	2	140
Итого сопутствующий монтаж				1540
Итого насос + гидроаккумулятор				4100/5400/16200
Итого вся система				5640/6940/17740
Работа				5000
Итого материал и работа				10640/11940/22740

Обзор готовых насосных станций, подходящих под исходные требования:

Как видно из анализа, цена всей системы зависит от многих факторов, в том числе не учтённых в таблице (дополнительные, сопутствующие и транспортные расходы). Основной статьёй сметы являются насос и гидроаккумулятор. Их цена кардинальным образом зависит от производителя.

Как сделать гидроаккумулятор без мембраны своими руками

Специально для тех, кто привык всё делать сам, кратко опишем оригинальную и очень эффективную систему поддержания давления. Вместо заводского гидроаккумулятора устанавливаем герметичный бак из нержавеющей стали или пищевого алюминия. Подключаем к нему насос с поплавковым концевым переключателем. Устанавливаем на бак компрессор, который будет создавать нужное давление при любом уровне воды. Это сократит количество включений насоса ещё как минимум в два раза. При этом система усложнится за счёт компрессора.

Одной из последних новаций на рынке современных кровельных материалов является мембранная кровля. Технология ее укладки позволяет выполнить монтаж кровельного покрытия без швов, что дает кровле наилучшие гидроизоляционные характеристики. Рынок предлагает различные мембраны, которые различаются между собой составами и способами укладки.

Среди этого многообразия возможно подобрать вариант для любого типа. Рассмотрим, что представляет собой мембранная кровля и познакомимся с технологией ее укладки на различные поверхности.

В этой статье

Типы мембранной кровли

Производство мембранного покрытия базируется на полимерах и искусственных каучуках, которые и сообщают этому виду кровельного покрытия его эластичность. Существует три типа данного материала.

На основе поливинилхлорида

Мембраны ПВХ на основе поливинилхлорида, который является основой многих изоляционных кровельных материалов. Эластичность подобному покрытию придает летучий пластификатор, а гибкость – армирующая сетка из полиэфиров. Подобные характеристики позволяют применять ПВХ мембраны на крышах сложных конструкций.

Способ укладки данной мембраны исключает наличие швов, что в разы повышает ее устойчивость к протечкам. Кроме того, данные мембраны выпускаются в различных цветах, в том числе светлых, что позволяет крыше отражать солнечные лучи и не нагреваться в жаркую погоду. Монтируется при помощи теплосварки.

Данный тип мембранной кровли при своих достоинствах обладает приемлемой стоимостью, что делает его популярным материалом для обустройства крыш.

Мембрана ЭПДМ на основе искусственного каучука с армированием

Мембрана ЭПДМ на основе искусственного каучука с армированием при помощи полимерной сетки. Для улучшения прочностных характеристик в нее добавляются эфирные добавки. Гидроизоляция ЭПДМ мембраны высока из-за высокой адгезии к битумным поверхностям. Монтируется клеевым способом.

Недостатком кровли является ее высокая стоимость, которая окупается длительным сроком службы – более полувека.

Мембрана ТПО – новинка отечественного кровельного рынка. Материал производится на основе разных видов каучука, в которые для повышения прочности, эластичности и огнеупорности добавляют различные стабилизирующие добавки. В основе этого термопластичного материала лежат различные виды поливинилхлорида, а не резина. Монтируется теплосваркой.

Сфера применения

Кровля из мембраны, как правило, монтируется на . Удобством данного вида кровельных материалов является тот факт, что они могут быть уложены на старое кровельное покрытие без его демонтажа, что значительно экономит время и средства на благоустройство крыши или ее ремонт.

При использовании мембран на плоских крышах можно создать эксплуатируемую поверхность, на которой можно размещать различные объекты, в том числе с большой проходимостью. Это удобно при создании крыши над подземным гаражом или паркингом, при обустройстве кафе на крыше офисного или торгового центра.

Мембранные кровли активно задействованы в сферах многоэтажного и промышленного строительства, в то время как их использование в секторе частных домов только набирает обороты.

Важным преимуществом использования мембранных материалов является отсутствие дополнительной гидроизоляции в кровельном пироге.

Основные моменты при выборе и работе с мембранными покрытиями

Есть мнение, что мембранные кровельные материалы применимы только на плоских бетонных крышах. Опровергнем это мнение: мембраны можно монтировать на любые и особенно удобно применять для ремонта старых кровельных конструкций.

Расчет применения мембранной кровли должен основываться на следующих правилах:

• Необходимо учитывать нагрузку на стропильную систему или стены здания. Если они надежны, то есть возможность балластного крепления мембраны. Если уверенности в прочности дома нет, то лучше выбрать сварочный или клеевой метод фиксации мембран;
• При расчете количества материала, необходимого для покрытия крыши, нужно учитывать нахлесты в 5 см, а также необходимость монтирования мембраны на все виды примыканий.

Главное достоинство мембранной кровли – отсутствие швов – может быть в одночасье разрушено неверной технологией укладки. Не поленитесь проверить герметичность выполненных швов: после их остывания проведите по шву отверткой и убедитесь в отсутствии отверстий.

Монтаж

Технология кровли из мембраны зависит от типа выбранного покрытия и основания под кровлю. Рассмотрим основные методы монтажа.

Клеевой метод

Данным способом монтируется мембрана ЭПДМ. Для этого применяются специальные двухсторонние клеевые ленты, которыми проклеиваются стыки полотен мембранного материала. Подобная технология монтажа удобна в частном строительстве, так как не требует применения специализированного оборудования. Склеивание полотен производится достаточно быстро и не требует особой подготовки.

Однако, данный метод не дает долговечного герметичного покрытия. На месте стыков клеевая лента с течением времени начинает отходить и пропускать влагу под кровлю.

Метод теплосварки

Сварка стыков мембран делается при помощи нагретого воздуха. Этим методом укладываются мембраны ПВХ, ТПО. Используется сварочный аппарат, который поставляет струю воздуха температурой 600°. Может применяться строительный фен с возможностью разогрева воздуха до минимум 550°.

Полотна мембраны укладываются с нахлестом друг на друга, края нагреваются горелкой и склеиваются между собой. После того как материал остыл, образуется единое полотно с прочно запаянными швами. Швы после использования горелки полностью герметичны и обладают той же эластичностью, что и остальное полотно.

Правила укладки

Технология укладки ПВХ мембран содержит ряд правил:

• Перед запаиванием швов важно очистить поверхность мембраны от любых загрязнений, в том числе от жира и химических веществ;
• Полотна укладываются свободно, без натяжки. Величина нахлеста двух соседних полотен должна составлять не менее 5 см;
• Важно достаточно быстро проводить сварочный аппарат, не задерживаясь долго на одном месте и не занижая рекомендуемые значения температур. При очень толстом шве есть большая вероятность разрыва полотна в месте около шва;
• При слишком высокой температуре сварочного аппарата мембрана будет гореть и не склеиться;
• Оптимальная ширина шва – не менее 2 см. При меньшем значении необходимо установить сверху шва круглую заплатку из мембраны.

При использовании строительного фена необходимо следом за насадкой, разогревающей стык полотен, проводить по ним валиком. При использовании сварочного аппарата этого не требуется, так как аппарат самостоятельно прикатывает свариваемую поверхность.

Балластный метод

В отличие от сварки, метод крепления мембраны балластом не требует использования специальной аппаратуры, что делает его приемлемым в условиях монтажа своими руками. Балластный метод возможен на плоских крышах и кровлях с уклоном до 15°.

Данная технология подразумевает наличие крепких несущих конструкций, так как закрепление ПВХ мембраны балластом связано с большим весом.

Монтаж заключается в следующем:

• Раскат рулонов мембраны на основании;
• Закрепление материала по периметру и в местах примыканий клеящей лентой;
• Засыпание поверх мембраны балласта: не меньше 50 кг на 1 кв. м.

Для балласта подойдет щебенка, галька, блоки бетона или тротуарная плитка. Важно учитывать, что если балласт имеет острые углы, которые могут повредить поверхность мембраны, то необходимо предварительно укрыть кровельное покрытие нетканым материалом.

Балластное крепление ПВХ мембран удобно возможностью обустройства .

Монтаж мембранного покрытия на профнастил

Достаточно распространен вариант укладки мембраны на крыши из профнастила, благодаря чему крыша из профлиста утепляется и звукоизолируется.

Монтаж в данном случае следует по данному алгоритму:

• На профнастил укладывается пароизоляция с нахлестом полотен;
• Поверх пароизоляции укладываются плиты утеплителя в два слоя. Важно соблюдать перекрытие верхним слоем стыков нижнего;
• Крепление утеплителя к основанию производится саморезами;
• На утеплитель укладывает мембранное покрытие, швы которого запаиваются специальным оборудованием;
• В местах примыканий делаются наложения из мембраны.

Сразу хочу предупредить, что этот топик не совсем по тематике Хабра, но в комментариях к посту про разработанный в MIT элемент идею вроде бы поддержали, так что ниже я опишу некоторые соображения о биотоливных элементах.
Работа, на основе которой написан данный топик, выполнялась мной в 11 классе, и заняла второе место на международной конференции INTEL ISEF.

Топливный элемент – химический источник тока, в котором химическая энергия восстановителя (топлива) и окислителя, непрерывно и раздельно подаваемых к электродам, непосредственно превращается в электрическую
энергию. Принципиальная схема топливного элемента (ТЭ) представлена ниже:

ТЭ состоит из анода, катода, ионного проводника, анодной и катодной камеры. На данный момент мощности биотопливных элементов недостаточно для использования в промэшленных масшатабах, но БТЭ с небольшой мощностью могут использоваться для медицинских целей как чувствительные датчики поскольку сила тока в них пропорциональна количеству перерабатываемого топлива.
К настоящему времени предложено большое число конструктивных разновидностей ТЭ. В каждом конкретном случае конструкция ТЭ зависит от назначения ТЭ, типа реагента и ионного проводника. В особую группу выделяют биотопливные элементы, в которых используются биологические катализаторы. Важной отличительной чертой биологических систем является их способность к селективному окислению различных топлив при низкой температуре.
В большинстве случаев в биоэлектрокатализе используют иммобилизованные ферменты, т.е. ферменты, выделенные из живых организмов и закрепленные на носителе, но сохранившие при этом каталитическую активность (частично или полностью), что позволяет использовать их повторно. Рассмотрим на примере биотопливный элемент, в котором ферментативная реакция сопряжена с электродной при использовании медиатора. Схема биотопливного элемента на основе глюкозооксидазы:

Биотопливный элемент состоит из двух инертных электродов из золота, платины или углерода, погруженных в буферный раствор. Электроды разделены ионообменной мембраной: анодное отделение продувается воздухом, катодное - азотом. Мембрана позволяет пространственно разделить реакции, протекающие в электродных отделениях элемента, и в тоже время обеспечивает обмен протонами между ними. Подходящие для биосенсоров мембраны разных типов выпускаются в Великобритании многими фирмами (ВДН, ВИРОКТ).
Введение глюкозы в биотопливный элемент, содержащий глюкозооксидазу и растворимый медиатор, при 20 °С приводит к возникновению потока электронов от фермента к аноду через медиатор. По внешней цепи электроны идут к катоду, где в идеальных условиях в присутствии протонов и кислорода образуется вода. Результирующий ток (в отсутствие насыщения) пропорционален добавке скоростьопределяющего компонента (глюкозы). Измеряя стационарные токи, можно быстро (5с) определить даже малые концентрации глюкозы - до 0,1 мМ. Как сенсор, описанный биотопливный элемент, имеет определенные ограничения, связанные с присутствием медиатора и определенными требованиями к кислородному катоду и мембране. Последняя должна удерживать фермент и в тоже время пропускать низкомолекулярные компоненты: газ, медиатор, субстрат. Ионообменные мембраны, как правило, удовлетворяют этим требованиям, хотя их диффузионные свойства зависят от рН буферного раствора. Диффузия компонентов через мембрану приводит к снижению эффективности переноса электрона вследствие побочных реакций.
На сегодняшний день имеются лабораторные модели топливных элементов с ферментными катализаторами, которые по своим характеристикам не отвечают требованиям их практического применения. Основные усилия в ближайшие несколько лет будут направлены на доработку биотопливных элементов и дальнейшее применение биотопливного элемента будет связано большей степенью с медициной, например: вживляемый биотопливный элемент, использующий кислород и глюкозу.
При использовании ферментов в электрокатализе главной проблемой, требующей решения, является проблема сопряжения ферментативной реакции с электрохимической, то есть обеспечение эффективного транспорта электронов с активного центра фермента на электрод, что может достигаться следующими путями:
1. Перенос электронов с активного центра фермента на электрод с помощью низкомолекулярного переносчика - медиатора (медиаторный биоэлектрокатализ).
2. Непосредственное, прямое окисление и восстановление активных центров фермента на электроде (прямой биоэлектрокатализ).
При этом медиаторное сопряжение ферментативной и электрохимической реакции в свою очередь можно осуществить четырьмя способами:
1) фермент и медиатор находятся в объеме раствора и медиатор диффундирует к поверхности электрода;
2) фермент находится на поверхности электрода, а медиатор в обьеме раствора;
3) фермент и медиатор иммобилизованы на поверхности электрода;
4) медиатор пришит к поверхности электрода, а фермент находится в растворе.

В данной работе катализатором катодной реакции восстановления кислорода служила лакказа, а катализатором анодной реакции окисления глюкозы - глюкозооксидаза (ГОД). Ферменты использовались в составе композитных материалов, создание которых является одним из наиболее важных этапов создания биотопливных элементов, одновременно выполняющих функцию аналитического датчика. Биокомпозитные материалы в данном случае должны обеспечивать селективность и чувствительность определения субстрата и в тоже время обладать высокой биоэлектрокаталитической активностью, приближающейся к ферментативной.
Лакказа представляет собой Cu-содержащую оксидоредуктазу, основной функцией которой в нативных условиях является окисление органических субстратов (фенолы и их производные) кислородом, который при этом восстанавливается до воды. Молекулярная масса фермента составляет 40000 г/моль.

К настоящему времени показано, что лакказа является наиболее активным электрокатализатором восстановления кислорода. В ее присутствии на электроде в атмосфере кислорода устанавливается потенциал близкий к равновесному кислородному потенциалу, и восстановление кислорода протекает непосредственно до воды.
В качестве катализатора катодной реакции (восстановления кислорода) использовали композитный материал на основе лакказы, ацетиленовой сажи АД-100 и нафиона. Особенностью композита является структура, обеспечивающая ориентацию молекулы фермента по отношению к электронпроводящей матрице, необходимую для прямого переноса электрона. Удельная биоэлектрокаталитическая активность лакказы в композите приближается к наблюдаемой в ферментативном катализе. Способ сопряжения ферментативной и электрохимической реакции в случае лакказы, т.е. способ переноса электрона от субстрата через активный центр фермента лакказы на электрод, – прямой биэлектрокатализ.

Глюкозокооксидаза (ГОД) – фермент класса оксидоредуктаз, имеет две субъединицы, каждая из которых имеет свой активный центр – (флавинадениндинуклеотид) ФАД. ГОД является ферментом, селективным по отношению к донору электронов – глюкозе, а в качестве акцепторов электронов может использовать многие субстраты. Молекулярная масса фермента составляет 180000 г/моль.

В работе использовали композитный материал на основе ГОД и ферроцена (Фц) для анодного окисления глюкозы по медиаторному механизму. Композитный материал включает ГОД, высокодисперсный коллоидный графит (ВКГ), Фц и нафион, что позволило получить электронопроводящую матрицу с высокоразвитой поверхностью, обеспечить эффективный транспорт реагентов в зону реакции и стабильные характеристики композитного материала. Способ сопряжения ферментативной и электрохимической реакций, т.е. обеспечение эффективного транспорта электронов от активного центра ГОД на электрод – медиаторный, при этом фермент и медиатор были иммобилизованы на поверхности электрода. В качестве медиатора - акцептора электронов – использовали ферроцен. При окислении органического субстрата – глюкозы, ферроцен восстанавливается, а затем окисляется на электроде.

Если кому-то интересно, я могу подробно описать процесс получения покрытия электородов, но за этим лучше пишите в личку. А в топике я просто опишу полученную структуру.

1. АД-100.
2. лакказа.
3. гидрофобная пористая подложка.
4. нафион.

После того, как электорды получены мы перешли непосредственно к экспериментальной части. Вот так выглядела наша рабочая ячейка:

1. электрод сравнения Ag/AgCl;
2. рабочий электрод;
3. вспомогательный электрод - Рt.
В опыте с глюкозооксидазой - продувка аргоном, с лакказой - кислородом.

Восстановление кислорода на саже в отсутствии лакказы происходит при потенциалах ниже нуля и происходит в две стадии: через промежуточное образование перекиси водорода. На рисунке представлена поляризационная кривая электровосстановления кислорода лакказой иммобилизованной на АД-100, полученная в атмосфере кислорода в растворе с рН 4,5. В этих условиях устанавливается стационарный потенциал близкий к равновесному кислородному потенциалу (0,76 В). При потенциалах катоднее 0,76 В на ферментном электрода наблюдается каталитическое восстановление кислорода, которое протекает по механизму прямого биоэлектрокатализа непосредственно до воды. В области потенциалов катоднее 0,55 В на кривой наблюдается плато, которое соответствует предельному кинетическому току восстановления кислорода. Величина предельного тока составила около 630 мкА/см2.

Электрохимическое поведение композитного материала, на основе ГОД нафиона, ферроцена и ВКГ, исследовали методом циклической вольтамперометрии (ЦВА). Состояние композитного материала в отсутствии глюкозы в фосфатно-буферном растворе контролировали по кривым заряжения. На кривой заряжения при потенциале (–0,40) В наблюдаются максимумы относящиеся редокс-превращениям активного центра ГОД – (ФАД), а при 0,20-0,25 В максимумы окисления и восстановления ферроцена.

Из полученных результатов следует, что на основе катода с лакказой, в качестве катализатора кислородной реакции, и анода на основе глюкозооксидазы для окисления глюкозы, существует принципиальная возможность создания биотопливного элемента. Правда на этом пути есть множество препятствий, например пики активности ферментов наблюдаются при разном pH. Это привело к необходимости добавлять в БТЭ ионообменную мембрану.Мембрана позволяет пространственно разделить реакции, протекающие в электродных отделениях элемента, и в тоже время обеспечивает обмен протонами между ними. В анодное отделение поступает воздух.
Введение глюкозы в биотопливный элемент, содержащий глюкозооксидазу и медиатор, приводит к возникновению потока электронов от фермента к аноду через медиатор. По внешней цепи электроны идут к катоду, где в идеальных условиях в присутствии протонов и кислорода образуется вода. Результирующий ток (в отсутствие насыщения) пропорционален добавке скоростьопределяющего компонента - глюкозы. Измеряя стационарные токи, можно быстро (5с) определить даже малые концентрации глюкозы - до 0,1 мМ.

К сожалению довести идею этого БТЭ до практического внедрения мне не удалось, т.к. сразу после 11 класса я пошёл учиться на программиста, чем усердно занимаюсь и сегодня. Спасибо всем, кто осилил.

Мембранная кровля – это современное и, пожалуй, самое совершенное решение устройства мягкой кровли. Сочетание надежности, повышенной стойкости к климатическим и атмосферным воздействиям, эластичности, способности сохранять качественные характеристики в пределах широкого температурного диапазона ставит этот материал в ряд передовых и высококачественных.

Использование полимерных мембран при устройстве мягких кровель уже является гарантией качества покрытия и его долговечности. Ремонт мембранной кровли при соблюдении правильной технологии укладки покрытия необходим значительно реже, чем в случае других материалов. Срок ее безремонтной службы– от 30 лет до 60.

Самым большим плюсом подобных кровель считается устойчивость к экстремальным температурам, что позволяет использовать мембрану в самых различных условиях.

Какие бывают мембраны

Кровельная мембрана – это пленочный полимерный материал. Назвать его точный состав довольно затруднительно, поскольку составляющие компоненты у разных производителей могут и не совпадать. Для получения более качественных образцов в его состав включают модифицированный битум, стекловолокно, всевозможные пластификаторы и другое.

Сегодня рынок предлагает три способа устройства подобной кровли:

– в его основе лежит пластифицированный ПВХ, армированный для прочности полиэфирной сеткой. Пластичность ему обеспечивают летучие пластификаторы, это около 40% состава. путем сваривания полотен горячим воздухом в единое полотно. Работы выполняют, используя специальное оборудование. Он устойчив к УФ-излучению и воздействию огня. Однако, яркие раскраски со временем несколько тускнеют, к тому же материал неустойчив к маслам, битумным материалам и растворителям. Еще одним негативным фактором является выделение полотном летучих соединений в атмосферу.

ТПО – основу составляют термопластичные олефины, которые армированы либо стекловолокном, либо полиэстером (встречаются также и неармированные изделия). Из-за отсутствия в составе летучих пластификаторов он не так эластичен, что затрудняет монтаж. Его, как и в случае поливинилхлоридного, выполняют, сваривая полотна горячим воздухом. Эксплуатационный срок полученного покрытия достигает 60 лет, оно отличается большой прочностью и надежностью даже при низких температурах. Монтаж можно проводить также в зимнее время.

ЭПДМ –синтетический каучук, лежащий в его основе, армирован для прочности полиэфирной сеткой. Изделие отличается наиболее высокой эластичностью и сравнительно низкой ценой. в основном на клей, и, хотя он обеспечивает достаточную прочность соединения ЭПДМ покрытия, стыковочные швы тем не менее не теряют «проблемности» с точки зрения протекания воды.

Преимущества мембранных покрытий

• Долговечность. Эксплуатационный срок составляет около 60 лет.
• Высокая скорость монтажа, поскольку покрытие укладывают в один слой – производительность работ примерно 600 м 2 /смена.
• Возможность выбора ширины рулонов позволяет покрывать крыши различной конфигурации, причем с наименьшим количеством стыков.
• Качественный и однородный шов, который обеспечивается сваркой горячим воздухом.
• Высокая эластичность, морозоустойчивость, стойкость к УФ, эксплуатационная и химическая.
• Высокий класс пожаробезопасности – до Г-1.
• Исключительная легкость покрытия, которая дополнительно не перегружает несущие конструкции.
• Технические характеристики полимерных мембран дают возможность,не меняя технологии, монтировать их круглый год.

При таком количестве достоинств единственное неудобство мембранного покрытия – его цена. Они обходятся дороже своих конкурентов в полтора-два раза.

Способы устройства кровли

В зависимости от конструкции крыши монтаж выполняют одним из трех способов.

Механический – используется для крыш с большим углом наклона. Крепление проводят при помощи специального крепежа, а места соединений герметично скрепляют специальным оборудованием.

Балластный – подходит для крыш с уклоном меньше 10⁰. Балластом может служить, скажем, щебень.

Клеевой – применяется для крыш зданий, расположенных в зоне повышенных ветровых нагрузок. Полотно просто приклеивают к плоскости.

Как отремонтировать мембранное покрытие

Хотя за весь эксплуатационный срок мембрана дает усадку в пределах 0,5%, однако, и этого может быть достаточно для возникновения напряжения и разгерметизации в шовных соединениях. Покрытие может существенно повредиться при выполнении всевозможных работ, установке на крыше дополнительного оборудования или при неосторожной очистке крыши от снега и льда.

Чтобы заделать швы или устранить небольшие повреждение, арендовать спецоборудование, конечно, экономически нецелесообразно. Более того, старые мембраны частично теряют свою эластичность, поэтому намного хуже свариваются. Увеличивается стоимость сварочных работ на 20-25%.

Идеальным решением для таких случаев являются современные ремонтные технологии EternaBond, предполагающие прочное соединение однородных мембран. В основе этой технологии лежит химическая стимуляция адгезии, которая обеспечивает монолитность клеевого соединения, то есть не только герметичность, но и исключительную прочность шва. Внешне это рулонная лента, на которую нанесен с одной стороны клеевый слой – он и вступает в активную реакцию со структурой мембраны.

Восстановленный фрагмент может служить при любых температурах до 30 лет.

Герметичность и прочность кровли являются обязательными условиями комфортного проживания в загородном доме. Популярность индивидуального строительства порождает предложение новых материалов и технологий со стороны производителей. Одним из таких предложений являются мембранные плёнки, в том числе для кровель.

Как и чем монтировать мембранную крышу

Мембранные кровельные покрытия применяются для плоских и имеющих малый угол наклона конструкций крыш. При этом возможна укладка финишного материала поверх уже имеющейся старой кровли при производстве ремонта. Это значительно снижает трудоёмкость выполнения таких работ.

Мембранную плёнку можно укладывать поверх старого кровельного покрытия, предварительно выровняв его и очистив от грязи

Использование для плоских кровель мембранного материала создаёт высоконадёжное в отношении водонепроницаемости покрытие. Это относится в первую очередь к плёнкам, соединённым теплосварным способом. Срок службы мембранной кровли составляет до 50 лет, если всё сделано правильно. Для устройства такой крыши применяются:

• мембраны из ПВХ - поливинилхлорида - наиболее популярный материал;
• плёнки ЭПДМ на основе синтетического каучука (пропилен-диен-мономер);
• мембраны ТПО - полиолефин термопластичный, содержащий до 70% этиленпропиленового каучука и порядка 30% полипропилена.

Кроме того, для повышения основных характеристик многие производители вводят в состав материала мембран стекловолокно или полиэфирные нити.

Основными свойствами, позволяющими успешно использовать мембраны для кровель, являются их пластичность и гибкость. Поэтому их можно применять на любых уклонах скатов. Такие кровли огнестойки, имеют длительные сроки эксплуатации и способны выдерживать большие нагрузки.

Фотогалерея: какие бывают мембранные крыши

Мембранным материалом можно покрыть кровлю любой формы Правильное формирование кровельного пирога обеспечивает долговечность крыши с мембранным покрытием Места стыков и примыканий пропаиваются с помощью специального инструмента Мембрану можно закреплять только по периметру, на всей остальной поверхности она будет держаться с помощью балласта (щебня или плитки)

Подготовка к устройству кровли

Предварительные мероприятия по устройству крыши из мембран не отличаются особой сложностью. Для этого необходимо:

Технология монтажа

Существует несколько методов устройства крыш с применением мембран.

Балластный метод

Таким способом устанавливается покрытие на кровлях с наклоном скатов не более 15 градусов. Монтаж производится следующим образом:

Клеевое закрепление

Установка мембран на клей применяется на кровлях сложной формы или при работе в местностях с повышенными ветровыми нагрузками. Крепление мембраны и обработка стыков производится специально разработанными клеями или двусторонними клеящими лентами. Приклеивание по всей площади контакта не производится, обрабатываются только стыковые поверхности и крайние кромки.

Монтажный клей применяется, если мембрана укладывается на:

1. Древесину.
2. Бетонные плиты или стяжку.
3. Металлические поверхности (профнастил).

Для закрепления на вертикальных поверхностях дополнительно к клею применяются прижимные планки с уплотнителями. Технология монтажа проста и не предполагает использования специального оборудования.

Этот способ достаточно затратен и не даёт полной гарантии долгой эксплуатации, поэтому применяется не так часто в сравнении с остальными.

Монтаж кровли с помощью специальных клеевых составов не всегда обеспечивает необходимую долговечность, поэтому применяется редко

Видео: монтаж мембраны на битумную кровлю клеевым способом

Способ тёплой сварки

Сварка применяется для мембран ПВХ и ТПО. Соединение на стыках и по периметру производится при помощи нагрева струёй горячего воздуха при температуре 400–600 o C. При настилке мембран на больших площадях используется профессиональное сварочное оборудование, работающее в автоматическом режиме. Ширина шва составляет 3–12 сантиметров.

Получаемые стыки абсолютно герметичны, а сопротивляемость соединения разрыву становится выше, чем у сплошной мембраны.

При работе в труднодоступных местах используются ручные строительные фены и специальная оснастка для прижима краёв к месту установки.

Места стыка нагреваются до 400–600 градусов, а затем прокатываются валиками

Видео: монтаж мембранной кровли

Механическое крепление мембран

Механическая фиксация мембран является наиболее доступным для исполнения своими руками способом. Он также применяется, когда стропильная система не выдержит нагрузки балласта. Поводом к отказу от клеевого метода может служить сложная форма кровли, особенно в местностях с высокими ветровыми нагрузками.

Лучшей основой для применения механического крепления служит бетон или профлист. При фиксации листов к вертикальным плоскостям используются рейки с уплотнителем на изнаночной стороне. Крепление по полотну производится через оцинкованные самонарезающие винты с использованием широких шайб. Шаг установки крепежа - не более 20 сантиметров.

Механическое крепление мембраны в бетонную поверхность производится тарельчатыми дюбель-гвоздями с широкими шляпками

Видео: устройство мембранной кровли механическим способом

Особенности монтажа элементов мембранной крыши

Применение мембран для покрытия кровли связано с рядом особенностей в зависимости от его вида и характера основания.

Важны следующие моменты:

1. Особое значение имеет выбор вида мембранного покрытия с учётом местных условий и вида кровли.
2. Все виды плёнок подходят для крепления балластным способом.
3. При использовании мембран ТПО лучшим видом крепления является механический, поскольку он не требует эластичности плёнки.
4. Если полотно покрытия соединяется тёплой сваркой вручную, нужно выбирать плёнку без упрочняющих добавок.
5. При использовании ПВХ-мембраны нельзя допускать контакта покрытия с веществами, содержащими нефтепродукты, растворители и битум. При несоблюдении этого условия плёнка может разрушиться. Если имеется такое соседство, плёнку нужно разделять слоем пенополистирола.

Фотогалерея: виды мембранных плёнок

В ряде случае полиэтиленовая плёнка является лучшим вариантом мембраны Плёнка ЭПДМ в основном применяется для покрытия плоских крыш Армирование плёнки значительно повышает её прочность и долговечность ПВХ-мембраны хорошо работают в условиях низких температур и обладают отличными гидроизоляционными свойствами

Инструмент для монтажа

Набор инструментов для укладки мембранной крыши на загородном частном доме:

1. Фен строительный с возможностью получения воздушной струи с температурой до 600 градусов.
2. Валик латунный для прокатки углов и труднодоступных мест.
3. Прорезиненый валик с термостойкой резиной.
4. Строительный нож для обрезки плёнки.
5. Ножницы для вырезки углов и кругляшей из плёнки, которые устанавливаются в местах с трёхслойной плёнкой на сложных стыках.
6. Дрель или перфоратор (при использовании механического способа крепления).
7. Молоток слесарный.
8. Удлинитель на всю длину кровли по диагонали.

В процессе работы может понадобиться и другой инструмент общего пользования, который, как правило, имеется в любом хозяйстве.

Для самостоятельного монтажа мембранной плёнки необходимо иметь строительный фен и набор ножей и валиков

Фен для монтажа мембранной кровли

На строительный фен стоит обратить более пристальное внимание. В руках рачительного хозяина он может стать незаменимым инструментом, способным выполнять следующие функции:

Для этого инструмента можно придумать ещё много различных применений, поэтому он по праву может занять постоянное место в инструментальном шкафу домашнего мастера.

Устройство и технические характеристики фенов

Строительные фены выпускаются многими производителями, но устройство у всех одинаковое. Основными деталями фена являются:

1. Электродвигатель вентилятора. В зависимости от модели его мощность может составлять от 500 до 3 000 Вт. Оснащается одной или двумя крыльчатками для подачи воздуха. Для домашнего применения достаточно инструмента мощностью порядка 2 000 Вт.
2. Керамическая основа, на которой устанавливается нагревательный элемент для повышения температуры воздушной струи.
3. Пластиковый корпус из термостойкого материала.
4. Электронные устройства для придания инструменту специфических функций и характеристик.

Основные характеристики фенов:

1. Температура нагрева воздушной струи в большинстве моделей составляет от 300 до 650 o C. Предлагаются также изделия с возможностью установки температуры до 800 o C.
2. Производительность фенов определяется количеством воздуха за минуту работы. Модели среднего класса выдают до 650 литров горячего воздуха. Чем выше производительность фена, тем больше набор возможностей при его использовании.
3. Регулировка объёма воздуха. Эту функцию имеют не все модели, но она считается важной, поскольку расширяет возможности инструмента.
4. Устройство поддержания заданной температуры воздушного потока. Важная функция для обеспечения стабильной работы устройства в течение длительного времени. Она защищает инструмент от перегрева.
5. Устройство для быстрого охлаждения воздушной струи. Весьма полезное свойство, позволяющее сократить время ожидания остывания обработанного объекта.
6. Наличие фильтра на воздухозаборнике позволяет использовать инструмент в запылённом помещении и продлевает срок его службы.

Моделей строительных фенов производится множество. Ценовые показатели колеблются также в широком диапазоне. Можно приобрети самую простую модель за 900 рублей. Самые дорогие изделия обойдутся в 4 800–5 000 руб. Такая разница определяется набором дополнительных функций и характеристик, присущих конкретному прибору. Учитывая возможности, которые фен предоставляет домашнему мастеру, такой инструмент в своём арсенале весьма желателен.

Строительный фен позволяет выполнять многие сложные работы, поэтому его наличие в наборе инструментов крайне желательно

Если инструмент нужен для выполнения разовых работ, его можно взять в аренду. Арендная плата при этом составит от 250 рублей в сутки, и предложений в сети достаточно.

Видео: опыт эксплуатации и процесс выбора технического или строительного фена

Применение мембранных плёнок в загородном строительстве повышает качество кровель при первоначальном использовании и значительно упрощает проведение ремонтных работ. Простой инструмент и несложная технология применения позволяет выполнять работы самостоятельно даже не очень продвинутым в строительстве людям. Успехов и вам!