Вода — благо, а вода в жилье — благо вдвойне, но при этом всегда существует риск прорыва труб и затопления жилого помещения. По словам экспертов, подавляющее большинство аварий в ЖКХ так или иначе связаны именно с неисправностями систем водоснабжения, а ущерб от заливов квартир превышает ущерб от квартирных краж.
Сегодня главным элементом систем обнаружения протечек воды являются специальные детекторы — гидросенсоры. Существуют сотни разновидностей таких датчиков, но все они работают на одном принципе — замыкании при заливе водой контактов, включенных в измерительную цепь. Этот метод работает по «принципу лужи», а сами детекторы — плоскостные, работающие на горизонтальной плоскости датчики (2D). Недостатком гидросенсоров является то, что обнаруживают они утечку воды с существенным запозданием. Для срабатывания напольного датчика слой воды должен быть 3-5 мм, что в комнате площадью в 25 кв. м составит 200 литров!
Московскими изобретателями Владимиром Кондратенко и Юрием Сакуненко были сформулированы и запатентованы основные принципы работы и конструкции новых 3D-гидросенсоров. Эти сенсоры работают на ином — сорбционном — принципе обнаружения воды и представляют собой кабель, каждый квадратный сантиметр поверхности которого способен зафиксировать попадание на него даже небольшого количества воды (экспериментально подтверждена чувствительность к 0,05 г воды). Такой кабель может «работать» по всей своей длине, в любой плоскости пространства, прокладываться в местах наиболее вероятного появления протечек. Один кабель заменяет собой десятки традиционных 2D датчиков и многометровые линии их коммутации.
Обычно кабель — это провод в изолирующей оболочке. Это делается, чтобы избежать потерь электроэнергии и предотвратить короткие замыкания. Здесь же, наоборот, все сделано для замыкания: кабель заключен в неизолирующей обмотке. Вода, проникая через обмотку из сорбционного материала и попадая на электропроводящую оболочку, провоцирует короткое замыкание, что и «отмечает» подключенный к кабелю датчик. И чем больше датчиков подключено к кабелю, тем точнее определяются место и масштабы протечки.
На основе гидросенсорных кабелей были также изготовлены 3D-парогидросенсорные кабели, позволившие впервые в мире регистрировать появление несанкционированных прорывов водяного пара, как при непосредственном воздействии пара на кабель, так и при контакте первых капель сконденсировавшегося пара с поверхностью 3D-парогидросенсорного кабеля.
«В ходе исследований удалось найти способ, который позволил определять не только факт залива, но и его размеры, — рассказал Владимир Кондратенко. — С практической точки зрения это очень важное преимущество, так как появляется возможность объективно определять «масштабы бедствия» и принимать оптимальные меры реагирования. Также открывшиеся возможности позволят существенно уменьшить число ложных срабатываний систем реагирования, позволят избежать ситуаций, когда из-за незначительного залива система автоматически отключала подвод воды целому производственному комплексу или многоквартирному дому».
В строительной отрасли с помощью такого кабеля может быть решен целый ряд задач. Например, на настоящее время, по словам изобретателей, нет ни одной системы по контролю за протечками крыш. «Наш кабель в строительстве может быть использован буквально везде, в любых критических местах, где необходимо регистрировать либо увлажнение, либо появление конденсата воды, — отмечает Кондратенко. — Эксперименты показали, что 3D-гидросенсорные кабели работают даже при «замуровывании» их в гипс».
За свою разработку авторы получили в 2017 году золотую медаль Международного салона инноваций «АРХИМЕД-2017», Кубок мэра Москвы в номинации «Лучшее изобретение в интересах ЖКХ г. Москвы», кубки и дипломы ассоциаций изобретателей Китая и Португалии. А 8 декабря этого года на Международной выставке изобретений и дизайна «IIDC 2017» в Гонконге разработка была награждена золотой медалью и почетным дипломом, а также дипломом «За лучшее изобретение» президента Международной федерации ассоциаций изобретателей доктора Алиреца Растегара.
Из названия гидросенсорного кабеля видно, что принцип его работы основан на явлении сорбции, то есть поглощения воды. СГК состоит (см.рис.) из двух параллельных сенсорных элементов, представляющих собой гибкие металлические жилы (6) с оболочкой (5) и эластичного электропроводного полимерного композита. Вся эта конструкция помещена в «сорбционный» чехол (2), изготовленный из капиллярного пористого волокнообразного материала (3), обладающего в сухом состоянии высокими диэлектрическими свойствами. Вода, соприкасаясь с чехлом, например, в виде оплетки, за счет сорбционных свойств материала оплетки начинает распространяться по толщине чехла, образуя слой, замыкающий электропроводящие поверхности сенсорных элементов и формирующий тем самым сигнал ΔUb (см. рис.), свидетельствующий о факте попадания воды. После соответствующей процедуры обработки сигнала на пульте управления системой появляется сообщение о факте затопления и его координатах.