АНТИАРИДНОЕ ЗДАНИЕ
ANTIARID BUILDING

Изобретение относится к строительству, в частности к сооружению жилых комплексов в аридных зонах (aridus (лат.) - сухой).
Цель изобретения - обеспечить население засушливых районов комфортной средой обитания.
В последнее время наблюдается рост населения планеты и происходит это на фоне снижения объемов пресной воды, истощения почв, сокращения полезных природных ископаемых и резкого загрязнения окружающей среды, что чревато образованием пустынь и полупустынь в некогда процветающих районах.
Предлагается здание, куда кроме жилого блока с благоустроенными квартирами включен комплекс обслуживающих учреждений, выходящих в общее атриумное пространство, подземный гараж, теплично-опреснительная установка, водонапорная башня, животноводческая ферма, блок утилизации отходов и пруд, что должно обеспечить жильцам этого дома автономное комфортное проживание во внешне неблагоприятных условиях.
Одним из ключевых устройств этого здания является теплично-опреснительная установка, оборудованная осмотроном, расположенным в подвале, насосной станцией, расположенной над осмотроном и оборудованной струйными насосами перистальтического типа, способными, подавая воду с разных горизонтов, имеющую различный потенциал солености, обеспечивать за счет осмотического давления [1] круговое движение полупрозрачных мембран, насаженных на трубу, соосную с центральной вертикальной осью установки, что приводит, благодаря их вращению, к функционированию мультипликатора и электрогенератора, связанного с аккумулятором электроэнергии, и способствует очистке воды. Учитывая, что мембраны, как известно из [2], периодически засоряются, предлагается использовать брюхоногих моллюсков [3] для отчистки мембран, для чего время от времени останавливать на непродолжительное время работу осмотрона. Над насосной станцией вдоль центральной вертикальной оси установки размещена сфера, вращающаяся относительно этой оси и оборудованная снаружи светопрозрачным теплоизолирующим покрытием, при этом на поверхности сферы спиралевидно уложены вегетационные трубы, которые также светопрозрачны, благодаря чему здесь имеется возможность в теплый период года в дневное время обеспечить произрастание растений, используя солнечную энергию. Но в ночное время и в пасмурную погоду установка продолжает функционировать, что ускоряет период созревания плодов растений, а облучение растений необходимым светом в этот период осуществляют лазерные установки, лучи которых попеременно направлены на растения, душевые установки с питательным раствором, на сопла газопровода и фотоэлементы, расположенные на наружной ступени телескопических связей между держателями растений, соединенными с электромагнитами, освобождающими зубья пластин связей подвижным фиксатором [4]. Над сферой расположена камера рассады, а под сферой - камера сбора урожая. В вышеуказанной сфере вегетационные трубы объединены с обратными трубами, расположенными на внутренней поверхности сферы.
В предлагаемом устройстве для перемещения держателей в обратной трубе использованы полимерные гидрогели, обладающие свойством при определенных условиях увеличиваться в объеме [5], благодаря чему после освобождения держателей от выросших растений в камере сбора урожая порожние держатели, попадая в обратные трубы и продолжая перемещаться по направляющим, получают дополнительный импульс за счет гидрогеля, размещенного в многоступенчатых гидрогелевых патрубках в сухом состоянии, а после подачи в патрубки воды по водопроводящим трубкам, увеличиваясь в объеме, поднимая вышерасположенные над гидрогелем крышки, содержащие электромагниты, воздействующие на металлические вставки держателей, гидрогель поднимает держатели до уровня стыка гидрогелевых патрубков, где осуществляется перехват держателей электромагнитными вставками крышек, одновременно способствующих омагничиванию воды, вдоль вышерасположенных секций гидрогелевых патрубков, установленных смежно с обратными трубами, где очередная вышерасположенная пара крышек с электромагнитами установлена перпендикулярно к паре крышек нижележащего отсека, и поэтапно, перемещая держатели до камеры высадки рассады, где порожние держатели заполняют сетками с капсулами, в которых находятся ростки и питательные вещества, для последующего перемещения по вегетационным трубам. Разбивка гелевых патрубков на отдельные отсеки, с одной стороны, сокращая одноразовое перемещение геля вдоль патрубка, снижает возможность излишнего трения геля о стенки патрубка, благоприятствует ускорению его перемещения, а с другой, способствует синхронизации темпов роста растений и сборки телескопических связей после удаления растений в камере сбора урожая. При этом после того, как осуществлен очередной перехват держателя, в гидрогелевый патрубок отсека подают электрический ток на находящийся в каждом отсеке электронагреватель, где происходит коллапсообразное сокращение объема гидрогеля, который сползает на дно отсека патрубка, а крышки, расположенные над гидрогелем и связанные с ним, оборудованные обратными клапанами и теплоизоляционным покрытием, изолируют воду от гидрогеля, который подсушивают перед очередной подачей воды, а изолированная в патрубке вода, которая в результате дальнейшего разогрева, превращаясь в пар, попадает по паропроводящим трубкам в расположенную выше камеры высадки рассады паровую камеру, где пар, направленный на лопасти паровой турбины, приводя турбину в круговое движение через поворотный механизм, приводит во вращение полый вал, расположенный соосно с центральной вертикальной осью установки, и преобразуется в электроэнергию; пар же, поднимаясь вверх, конденсируется на поверхности сферического покрытия паровой камеры, стекает в виде пресной воды в лотки, расположенные по периметру паровой камеры, и перекачивается в водонапорную башню.
Струйные насосы, трубы которых покрыты полимерной пленкой, способной при попеременном воздействии на нее лазерного луча производить закачивание воды, при этом лазерные установки располагаются на вращающихся столиках, снабженных поворотным механизмом, связанным с полым валом секции нормального осмоса осмотрона, причем столик снабжен заслонками и управляется через автоматизированную систему управления [6].
Круговорот воды в здании осуществляется следующим образом:
1. Закачивание подземной воды с нижних горизонтов, обладающей большей минерализацией по сравнению с расположенными выше [7], в один из двух резервуаров камеры нормального осмоса.
2. Закачивание воды с верхних горизонтов, обладающих меньшей минерализацией в отличие от нижних, в смежный резервуар той же камеры, где происходит процесс осмоса, в результате которого получается солоноватая вода в одном резервуаре и очень соленая -в другом.
3. Солоноватая вода закачивается в соответствующий бак водонапорной башни и используется для залива кровли здания.
4. Очень соленая вода направляется в свой бак башни и в пруд, где опресняется прудовыми опреснителями, и полученная таким образом пресная вода направляется в бак пресной воды, а рассол - в утилизатор, где после его использования и очистки закачивается по возвратной трубе под землю.
5. Очень соленая вода из соответствующего бака водонапорной башни под давлением подается в один из отсеков камеры обратного осмоса, где, пройдя через мембрану, превращается в очищенную пресную воду, которая подается через форсунки на лопасти гидротурбины, где вырабатывается электроэнергия, а оставшаяся очень соленая вода направляется в пруд.
6. Пресная вода из гидротурбины направляется в обратные трубы сферы, где, попадая в гелевые патрубки, омагничивается, после чего, попадая в виде пара в паровую камеру, превращается сначала в конденсат, а затем в дистиллированную омагниченную воду, которая попадает в соответствующий бак водонапорной башни и оттуда распределяется на бытовые нужды, в том числе используется как питьевая вода и для приготовления питательного раствора для растений, а также на животноводческую ферму.
Здание включает животноводческий сектор, состоящий из фермы крупного рогатого скота, птицефермы и комплекса силосных башен, причем силосные башни снабжены транспортерами для заполнения массой ботвы растений из теплично-опреснительной установки и оборудованы роторными ветроэнергодвигателями, и гараж, обеспечивающий хранение и обслуживание электромобилей, а также розетки, связанные с аккумулятором, обеспечивающие периодическую заправку электромобилей электроэнергией и расположенные как внутри здания, так и снаружи, где зарядные устройства оборудованы устройством для оплаты за электроаккумулированную энергию по электронным картам, включает утилизатор, обеспечивающий переработку отходов жизнедеятельности людей и животных, а также рассола, остающегося после опреснения воды, использует методы селекции и флотации, что обеспечивает безотходное функционирование здания, а также производство медикаментов, основанных на переработке рассола. Смежно с жилым блоком расположен пруд, заполненный очень соленой водой, обустроенный фонтанами и засаженный по периметру зелеными насаждениями, а акватория пруда оборудована всепогодными прудовыми опреснителями, включающими устройства, функционирующие по методу замораживания и по методу гелиоопреснения, а также трансформирующиеся покрытия многослойного типа и оборудованные солнечными панелями, причем опреснители связаны с электроаккумулятором здания, а водонапорная башня, расположенная над паровой камерой теплично-опреснительной установки, снабжена баками с водой разной степени минерализации, подающейся из осмотрона и паровой камеры по трубам, расположенным внутри шахты, установленной вдоль центральной вертикальной оси теплично-опреснительной установки, где также установлен лифт, в котором подъем осуществляется с уровня пола секции гидротурбины до уровня пола водонапорной башни, которая оборудована плоской крышей для посадки вертолетов, с возможностью подъема на нее по лестнице из водонапорной башни.
На фиг.1 приведен разрез здания по А-А на фиг.2; на фиг.2 - план здания на уровне В-В на фиг.1; на фиг.3 - схема круговорота воды в теплично-опреснительной установке, разрез паровой камеры и разрез осмотрона А-А на фиг.2; на фиг.4 - разрез установки по С-С на фиг.3; на фиг.5 - то же по D-D на фиг.3; на фиг 6 - то же по Е-Е на фиг.3; на фиг.7 приведен разрез установки по А-А на фиг.2 со спирально уложенной одной из вегетационных труб и обратной трубой; на фиг.8 - продольный разрез вегетационной трубы; на фиг.9 - элемент телескопической связи, разрез; на фиг.10 - обратная труба с примкнутыми к ней гелевыми патрубками, разрез по F-F на фиг.12: I - до подъема, II -после подъема гидрогеля; на фиг.11 - стык гелевых патрубков в месте перехвата (аксонометрия); на фиг.12 - то же, план на уровне G-G на фиг.10; на фиг.13 - струйный насос (аксонометрия).
На фиг.1-2 приведено здание, в котором показаны: жилой блок 1 с гелиоколлекторами 2, атриум 3, обслуживающие учреждения 4, теплично-опреснительная установка 5, подземный гараж 6, водонапорная башня 7, животноводческая ферма 8 с силосными башнями 9, блок утилизации 10, пруд 11 со всепогодными прудовыми опреснителями 12, блок регенерации раствора 13, аккумулятор 14, АСУ 15, подземные водосодержащие линзы 16, кровля 17. На фиг.3 приведена схема круговорота воды, где показаны пути перемещения различных видов воды в пределах здания, где обозначены: водонапорная башня 7, осмотрон 18, секция нормального осмоса 19, секция обратного осмоса 20, секция гидротурбины 21, камера сбора урожая 22, насосная станция 23, камера высадки рассады 24, вертолетная площадка 25, центральная вертикальная шахта 26, подземные водосодержащие линзы 16, кровля 17, разрез паровой камеры 27, находящейся над сферой 28, где пар, направленный на лопасти 29 паровой турбины 30, приводя турбину в круговое движение через поворотный механизм, приводит во вращение вал 31, расположенный соосно с центральной вертикальной осью установки 5, и преобразуется в электроэнергию; пар же, поднимаясь вверх, конденсируется на поверхности сферического покрытия паровой камеры 27, стекает в виде пресной воды в лотки 32, расположенные по периметру паровой камеры 27, и перекачивается через трубу в водонапорную башню 7, а рассол направляют в камеру регенерации питательного раствора для растений 13, который подается затем по трубе для полива растений. На фиг.4 показан разрез секции нормального осмоса 19. На фиг.5 приведен разрез секции обратного осмоса 20. На фиг.6 приведен разрез секции гидротурбины 21. Также на фиг.3 условными обозначениями показаны: - Ω - омагниченная вода, - - - пресная вода (по величине концентрации солей до 1 г/л), - ○ - солоноватая вода (1-3 г/л), - ∆ - соленая вода (3-25 г/л), -  - очень соленая вода (25-50 г/л), - * - рассол (более 50 г/л). На фиг.3-6 приведены: разрезы и планы секции нормального осмоса 19 с полупроницаемой мембраной 33, пропускающей пресную воду и препятствующей проникновению молекул солей и различных неблагоприятных веществ, молекулы пресной воды под давлением проникают через мембрану 33 в более концентрированный раствор, оказывая таким образом давление на мембрану 33 и вращая вал 31, благодаря чему вырабатывается электроэнергия, использованная же очень соленая вода частично отводится в пруд 11, другая ее часть направляется в водонапорную башню 7, откуда подается с высокой отметки в отсек обратного осмоса 20 с очень соленой водой, где под давлением молекулы воды проникают через полупроницаемую мембрану 33, оставляя соли и бактерии в исходной концентрированной соленой воде, и выводится через патрубок 34, направляясь на лопасти 29 турбины 30, струя чистой воды приводит в движение через поворотный механизм вал 31, соосный с вертикальной осью установки 5.
На фиг.7 приведен разрез сферы 28, где показаны: обратная труба 35, по которой перемещаются порожние держатели 36, вегетационная труба 37 с конвейерами растений 38, нижнее окно 39 в камеру сбора урожая 22, через которое производится сбор выращенных растений, верхнее окно 40 из камеры высадки рассады 24, через которое происходит установка ростков растений в порожние держатели 36 конвейера 38, центральная вертикальная шахта 26 установки 5, центральный вал 31.
На фиг.8 приведен продольный разрез вегетационной трубы 37, где помещены конвейеры с растениями 38, уложенными в эластичные сетки 41, установленными в держатели 36, объединенные телескопическими связями 42. Вегетационная труба 37 оборудована душевыми установками 43 и поддонами 44, на которых вмонтированы лазерные установки 45 на шаровых шарнирах 46, поворотные зеркала 47.
На фиг.9 показан разрез элемента телескопической связи 42, который крепится к кольцу держателя 48 посредством объединяющего кольца 49. Лазерный луч 50 воздействует на фотоэлемент 51, расположенный на наружной ступени 52, связанный с электромагнитом 53, который в момент импульса притягивает посредством металлической вставки 54 фиксатор 55 на шарнире 46. Совершая движение, фиксатор 55 освобождает очередной зуб пластины 56, находящейся под давлением пружины 57, таким образом, общая длина телескопической связи 42 увеличивается.
На фиг.10, 11, 12 приведены разрезы обратной трубы 35 с примкнутыми патрубками 34 и аксонометрия ее фрагмента, содержащими полимерные гидрогели 58, которые увеличиваясь в объеме после подачи воды в патрубки 34 по водопроводящим трубкам 59, поднимают вышерасположенные над гидрогелем крышки 60, с электромагнитами 53, воздействующие на металлические вставки 54 держателей 36. После того как осуществлен очередной перехват держателя 36, в гидрогелевый патрубок 34 отсека подают электрический ток на находящийся в каждом отсеке электронагреватель 61, благодаря чему происходит коллапсообразное сокращение объема гидрогеля 58, который сползает на дно отсека патрубка 34, а крышки 60, расположенные над гидрогелем 58 и связанные с ним, оборудованные обратными клапанами 62 и теплоизоляционным покрытием 63, изолируют воду от гидрогеля 58, который подсушивают перед очередной подачей воды, а изолированная в патрубке вода, которая в результате дальнейшего разогрева, превращаясь в пар, попадает по паропроводящим трубкам 64 в расположенную выше камеры высадки рассады 24 паровую камеру 27.
На фиг.13 приведен фрагмент струйных насосов 65, которыми располагает установка 5, трубы которых покрыты полимерной пленкой 66, способной при попеременном воздействии на нее лазерного луча 50, пульсируя, производить закачивание воды, при этом лазерные установки 45 располагаются на вращающихся столиках 67, снабженных поворотным механизмом, связанным трансмиссией 68 с центральным вертикальным валом 31 секции нормального осмоса 19, при этом столик 67 снабжен заслонками 69 и управляется через автоматизированную систему управления (АСУ), причем центральные вертикальные валы 31 сферы 28, паровой камеры 27, секции гидротурбины 21 и секции нормального осмоса 19 расположены соосно и являются конструкциями, представляющими собой полые цилиндрические стержни, внутри которых размещена шахта.
Источники информации
1. Lessieur Piero D. Опреснение воды: Электрические и комбинированные системы: перевод с английского языка / С.Н.Булекова // Сантехника. - М.: АВОК-ПРЕСС. - №2, 2007. - С.18-23.
2. Мосин О.В. Обратный осмос [http://www.o8ode.ru/article/answer/clean/obratnyi_ocmoc.htm].
3. Брюхоногие моллюски. Большая советская энциклопедия. - т.4, - М.: Советская энциклопедия, 1971. - С.76-77.
4. RU 2152149 C1, 2000.
5. Филиппова О.Е. Умные полимерные гидрогели // Природа. - 2005. - №8. - С.8.
6. US 6,999221 B1, 2006.
7. Информационный бюллетень о состоянии недр территории республики Калмыкия за 2008 г. - вып.12. - Элиста: Гидроспецгеология, 2009. - С.27.