Модульное здание с повышенными потребительскими свойствами
MODULAR BUILDING WITH ENHANCED CONSUMER PROPERTIES

Изобретение относится к строительству жилых и общественных зданий в средней полосе России и может быть использовано для обеспечения индивидуальных экологически чистых зон обитания, в частности, в соответствии с программами создания локальных систем жизнеобеспечения, "Зеленый мир" международного агентства "Союз технологий XXI века".
Известен по патенту РФ №2506374 (Заявка: 2012120021) дом с возможностью расположения в удаленных от населенных пунктов местах, оборудованный автономной системой энергоснабжения. Дом включает жилые и вспомогательные помещения, теплицу, гараж, помещения для домашних животных,
a) автономная система энергоснабжения включает гелиоколлекторы, ветроэлектрогенератор, топливный элемент,
b) биохимический двигатель представляет из себя сферу, на поверхности которой спиралевидно уложены вегетационные трубы, в которых установлены конвейеры с растениями, помещенными в светопрозрачные капсулы, вставленные в держатели, соединенные между собой гибкими связями-цепями, при этом в верхней части сферы расположена камера рассады, а в нижней части камера сбора урожая, связанные через окна с обратными трубами, установленными на внутренней поверхности сферы,
c) дополнительный энергетический импульс для держателей обеспечивается за счет химической реакции полимерного гидрогеля в многоступенчатых патрубках, вначале в сухом состоянии, а после подачи в патрубки воды по водопроводящим трубкам и нагрева воды гидрогель поднимает крышки, включающие электромагниты, которые поднимают держатели выше стыка с вышележащим отсеком патрубка, фиксирует его положение в вышележащем отсеке, после чего отключают электронагреватель в нижерасположенном отсеке, после чего вода остывает и гидрогель с крышкой с электромагнитом падает на дно отсека, далее цикл повторяют, и держатели в камерах рассады заполняют капсулами с проростками, и обеспечивается крутящий момент сферы вокруг вертикальной центральной оси, взаимодействующей с шестеренчатым приводом. И далее последовательно приводится во вращательное движение электрогенератор, связанный с аккумулятором.
Указанный дом обеспечивает постоянное круглогодичное автономное снабжение энергией, продовольствием и личным транспортом. Здание включает жилые и вспомогательные помещения, а также гараж, теплицу и помещения для домашних животных. Большое внимание уделено здесь надежному энергоснабжению за счет возобновляемых источников энергии (солнечное сияние и ветер).
Основным источником энергии является биохимический двигатель (одновременно - источником свежих витаминов). Функционирование двигателя основано на свойстве растущих растений в процессе роста увеличивать свою массу, а также способность полимерного гидрогеля резко изменять свой объем в зависимости от температуры.
Дополнительным источником являются топливные элементы, которые вырабатывают энергию из аммиака, образованного при разложении азотсодержащих органических веществ в помещениях для животных. В помещениях обеспечена соответствующая температура и влажность. Утилизируется тепло сточной воды. Ограждающие конструкции снабжены теплоизоляцией на основе аэрогеля, естественное освещение помещений происходит через окна, снабженные вместо обычных степлопакетов аэрогелиевыми /Ренальдо Р. Замерзший дым и его возможности. - Юный эрудит, 2008, №4, С. 14-18/.
В условиях Севера с малосолнечным климатом постройка такого дома оправдана, вместе с тем его возведение и обслуживание характеризуется высокой стоимостью и сложностью. Вспомогательные помещения занимают большую часть площади дома.
Известен экодом, представляющий собой энергетически самодостаточную систему, соответствующую высоким санитарно-гигиеническим и экологическим требованиям. Экодом содержит корпус с системой отопления и системой водоснабжения, система отопления связана с аккумулятором тепла, выполненного в виде теплоизоляционной емкости под корпусом экодома с наполнителем, имеющим высокую теплоемкость, и с солнечным коллектором, расположенным на крыше корпуса; система водоснабжения через водопровод имеет связь с установкой производства воды; ледник через воздухопровод связан с системой кондиционирования корпуса экодома, а ветрогенератор имеет электрическую связь с аккумулятором электроэнергии и с потребителями электроэнергии корпуса экодома. Сантехнический узел трубопроводом связан с биореактором в виде емкости, имеющим выход и фильтр для биогаза (патент РФ №2334850, МПК Е04Н 1/00).
Преимущественно такой экодом целесообразно предлагать для индивидуальной застройки, а для возведения многоквартирного дома затраты существенно возрастут.
Наиболее близким изобретению является патент РФ на полезную модель №139730. Многофункциональные вертикальные добавочные модули, согласно патенту, меняют архитектуру и расширяют функциональные возможности зданий. Модули размещены по фасадам здания, содержат силовую вертикальную раму на опорах, вертикальная рама имеет поперечные балки и через горизонтальные связи соединена с перекрытиями здания. По горизонтальным связям укладывается настил с буртиком, с последующей заливкой легким бетоном, в котором прокладываются трубы теплого пола. Ограждающие конструкции по периметру модуля выполняются из стеклопакетов или поликарбонатных покрытий. В основании вертикальных модулей предложено размещать конструкции из полуарок со светопрозрачными покрытиями, предназначенными для устройства вертикальных озеленений в виде оранжерей и теплиц.
Описанные модули позволят расширить площади зданий и придать отдельной квартире дополнительные функции (зимний садик, мастерская-студия и т.д.), по вертикальному озеленению, наладить высокотехнологичное выращивание растений, разнообразить жизнь людей, сделать ее более содержательной. Однако дополнительные освещенные площади, сходные с застекленными балконами, в большей степени способствуют улучшению фасадов зданий и недостаточно используются возможности застекленных ограждений для повышения комфортности проживания.
Указанные выше и сходные с ними технические и архитектурно-планировочные решения, включающие светопрозрачные ограждения, недостаточно расширяют функциональные возможности зданий и решают ограниченный круг задач, которые могут быть сгруппированы следующим образом:
- как дополнительные планировочные решения рядом с жилым зданием:
отдельные павильоны, беседки, оранжереи, теплицы,
- как архитектурные решения формы зданий: создание обзорных площадок на крышах под прозрачным куполом; для защиты и освещения цокольного этажа,
- как конструктивно-декоративный элемент зданий, например, терраса над гаражом, ограждение балконов - в том числе см. прототип,
- для стен общественных зданий - для рекламных целей, для панорамных видов. Например, прозрачные стены автосалонов,
- в офисных зданиях для увеличения освещенности и демонстрации индивидуальности фирм, компаний, зрительный охват всех офисных помещений,
- для создания всепогодных общественных зон отдыха, размещение больших торговых площадок (автомагазины),
- ограждение балконов (защита от неблагоприятных условий).
Во всех известных зданиях с применением прозрачных стен, окон, куполов не используется возможность создания для каждой квартиры индивидуальных экозон комфортного проживания, в которых собирается, аккумулируется и распределяется солнечное излучение и тепло, и одновременно создается возможность коллективных коммуникаций между зонами одного уровня.
Техническая задача изобретения состоит в том, чтобы обеспечить для каждой квартиры создание индивидуальных экологически чистых зон обитания путем организации на всех уровнях здания дополнительной единой светопрозрачной территории с перегородками, в которых условия комфортного проживания обеспечиваются путем использования солнечного излучения и тепла.
Заявляется:
Модульное здание с повышенными потребительскими свойствами, включающее ограждающие светопрозрачные конструкции, отличающееся тем, что здание выполнено одно- или многоэтажным одно- или многоквартирным, при этом наружная стена каждой квартиры выполнена с возможностью установочных перемещений в виде единой или раздвижной светопрозрачной конструкции, или с возможностью разделения на зоны оконного и дверного проема из стеклопакетов, или с возможностью комбинации светопрозрачных конструкций преимущественно с применением стеклопакетов на основе профильных систем из стеклокомпозита, а с опорой на вынесенную часть горизонтальных перекрытий на первом и/или других этажах установлено наружное светопрозрачное фасадное ограждение по периметру здания с образованием на каждом уровне здания светопрозрачной галереи, разделенной на частные зоны, принадлежащие отдельной квартире, посредством светопрозрачных перегородок сплошных или с образованием прохода, также с опорой на крышу здания выполнено светопрозрачное купольное или арочное покрытие с возможностью создания на площади крыши комфортной среды на территории коллективного пользования и/или с возможностью размещения теплоэнергетического комплекса, а на уровне цокольного этажа здания по всему периметру выполнено наклонное светопрозрачное ограждение; причем все поверхности сопряжения светопрозрачных конструкций с теплопроводящими бетонными и металлическими конструкциями здания выполнены с обеспечением влаго- и теплозащиты; кроме того, в каждой частной зоне светопрозрачной галереи предусмотрена возможность размещения трубопроводов с теплоносителем замкнутого контура циркуляции по линии фокусного расстояния параболических концентраторов солнечного излучения.
Наружные стены каждой квартиры в виде светопрозрачной конструкции и светопрозрачное фасадное ограждение выполнены преимущественно с применением стеклопакетов или комбинации стеклопакетов на основе профильных систем из стеклокомпозита с другими светопрозрачными конструкциями. Светопрозрачное наклонное ограждение цокольного этажа выполнено из ударопрочного атмосферостойкого материала, например из поликарбоната.
Трубопроводы с теплоносителем размещены в зонах ограниченной функциональности вблизи верхних и/или нижних зон сопряжения с горизонтальными перекрытиями и/или с обеспечением устройства теплых полов.
Частные зоны на всех уровнях модульного здания, включая крышу и цокольный этаж, образуют комплекс искусственной жилой среды с повышенными потребительскими свойствами, включающий произвольные ансамбли из перечня: зеленая гостиная столовая, оранжерея, теплица, вегетарий, общественная зона отдыха, детская площадка, кружки технического творчества, кафе, гимнастический зал, бассейн, зал для фитнеса, беседка, парковка, гараж, помещение содержания домашних животных и пр. Приведенный перечень не исчерпывает вариантов организации жилой среды в непосредственной близости с жилым помещением.
На фиг. 1 представлен вертикальный разрез многоэтажного модульного здания с повышенными потребительскими свойствами; на фиг. 2 показаны варианты исполнения наружных стен из стеклопакетов. Заливкой обозначены вертикальные опоры каркаса здания и горизонтальные перекрытия; на фиг. 3 показан эскиз вертикального разреза отдельного жилого помещения; на фиг. 4 показан план здания с фасадным остеклением по периметру; на фиг. 5 приведен пример используемого под куполом комплекса электротеплоснабжения здания.
Заявляемое изобретение позволяет возвести в черте многоэтажной городской застройки, или на территории личного пользования, или в районах с преимущественно одноэтажной застройкой модульное здание с произвольным ансамблем искусственной жилой среды по индивидуальному выбору, обеспечивающих максимальное комфортное проживание. Модульное здание основано на принципе множественности типовых ячеек и единообразия технологии их объединения для создания зданий разнообразных архитектурных стилей. Применительно к каркасному домостроению для устройства светопрозрачных галерей подбирают размер светопрозрачных панелей, их тип (сотовый или монолитный поликарбонат), материал и вид скрепления смежных светопрозрачных панелей, узлы крепления к выносным горизонтальным перекрытиям с предусмотренной влаго- и теплозащитой в местах сопряжений с активно теплопроводящими материалами, к которым относятся бетонные и металлические конструкции и детали. Внутри зон, образованных установкой светопрозрачных стен, фасадного ограждения и перегородок, режим комфортного проживания обеспечивается путем использования современных средств концентрации солнечного излучения и сбережения полученной тепловой и световой энергии. Для этих целей надежная теплоизоляция светопрозрачных панелей в местах возможного теплоотвода является необходимым условием сохранения тепла. Пример выполнения узла сопряжения светопрозрачных конструкций не показан на фигурах ввиду известности и большого выбора решений по теплоизоляции. Например, выбор изготовления окон, дверей, стен из материала уровня hi-tech - из стеклокомпозита (в отличие от пластиковых и из дерева), основывается на таких его свойствах, как:
- по теплоизоляции соответствует дереву,
- выдерживает воздействие температур от минус 70 до +170 градусов,
- при нагревании не выделяет токсичных газов, пожаробезопасен,
- по прочности сравним со сталью, что позволяет устанавливать светопрозрачные конструкции на больших проемах вида стены,
- обеспечение полной герметичности, шумоизоляциии, устойчивости к ветровым нагрузкам.
Модульное здание 1, в общем случае многоэтажное многоквартирное, характеризуется тем, что наружная стена 2 каждого помещения (квартиры) выполнена в виде единой или раздвижной светопрозрачной прочной конструкции, преимущественно с применением стеклопакетов с тепло- и энергосберегающими свойствами. Из опыта изготовления светопрозрачных фасадов известно, что применение таких конструкций в условиях холодного климата России требует осуществления мер по обеспечению прочной, надежной и долговечной теплоизоляции. Согласно заявке, все поверхности сопряжения светопрозрачных конструкций с теплопроводящими бетонными и металлическими конструкциями здания выполнены с обеспечением влаго- и теплозащиты. Это относится к средствам крепления к каркасу помещения, к герметикам, к клеям, к прижимным элементам и пр. Для указанной цели хорошо зарекомендовал себя, например, утеплитель из пенофола. Наилучшие теплосберегающие свойства, а также прочность каркаса и защиту от пыли и шума обеспечивает композитный материал профильных систем для стеклопакетов - стеклокомпозит.
Конструкция наружной стены в виде единой или раздвижной светопрозрачной прочной конструкции подразумевает следующее. Если в наружной стене не предусмотрена дверь и дверной проем, такая стена может быть выполнена в виде единого 3 (фиг. 4) или составного с перемычкой стеклопакета и имеет вид окна и такую же технологию его установки. Площадь светопрозрачной стены может быть уменьшена на ее часть 4 (фиг. 2), которая необходима для крепления радиаторов отопления. На стене с радиатором применим, например, составной стеклопакет. Стена с предусмотренным выходом наружу может быть изготовлена с максимальным остеклением, то есть окно из стеклопакета 5 и цельностеклянная дверь 6, которая может быть выполнена и распашной, и раздвижной. Преимущества раздвижной двери из стеклопакета те только в том, что экономится жилое пространство и увеличивается светопропускание, но также отсутствует порог или его роль играет только профиль рамы, что зрительно объединяет пространство комнаты и лоджии, галереи. В рамках современных тенденций домостроения наружная стена выполняется в виде портальной или панорамной двери в зависимости от ширины проема с раздвижными секциями 7 или в сочетании со стационарными 8. Все варианты направлены на возможность применения изобретения как для известных типовых проектов прошлых лет, так и для современных путем обеспечения максимальной светопрозрачности наружной стены, современного дизайна и комфорта в условиях городской застройки. Все составные части 7 и 8 стеклопакетов могут быть выполнены раздвижными. Приемы возведения стены с использованием одно- и многокамерных стеклопакетов позволяют осуществлять по индивидуальным проектам увеличение площади со светопрозрачным ограждением, что обеспечивается сдвигом линии возведения стены, например в виде портальной двери 9 (фиг. 1, 3, 4), вовнутрь жилого помещения.
С опорой на вынесенную часть 10 горизонтального перекрытия здания установлено наружное светопрозрачное фасадное ограждение 11 (фиг. 4) по периметру здания. Для изготовления ограждения целесообразно применение легких прочных гибких материалов, стойких к атмосферным осадкам и к разным температурам. Известным материалом с названными свойствами является поликарбонат. Светопрозрачное фасадное ограждение в сочетании с устройством светопрозрачных стен обусловило образование на каждом уровне здания светопрозрачной галереи 12, которая разделяется светопрозрачными перегородками 13 на частные зоны, принадлежащие отдельной квартире. Перегородки 13 могут быть выполнены сплошными, изолирующими частные зоны или с образованием прохода 14 (фиг. 3). Роль проходов в возможности коммуникаций и в возможности обеспечения режимов воздухообмена и, как следствие, теплозащиты (теплообмен уменьшается при неподвижном воздухе).
Большая площадь светопрозрачных ограждений предполагает возможность использования солнечной радиации, но также требует дополнительных мер по накоплению и сбережению тепловой солнечной энергии. Для этого в каждой частной зоне светопрозрачной галереи, то есть принадлежащей отдельной квартире, размещены трубопроводы коллектора 15 с теплоносителем замкнутого контура циркуляции, содержащие участки, укрепленные по линии фокусного расстояния параболических концентраторов 16 солнечного излучения. Особенность параболических концентраторов в отличие от плоских или цилиндрических состоит в том, что в течение всего светового дня, когда угол падения солнечных лучей на отражательную поверхность концентратора меняется, лучи, отраженные всей поверхностью концентратора, а не только ее частью, сходятся по линии фокусного расстояния. Нагрев труб коллектора 15, расположенных по линии фокуса такого концентратора, может достигать летом высоких температур 90°С и более. Теплообмен в замкнутом контуре осуществляется путем естественного перемешивания теплых и холодных потоков. Интенсивность перемешивания может быть увеличена маломощной воздушной компрессией теплоносителя через пористое тело. Эффективный нагрев позволяет использовать трубопровод коллектора 15 для устройства теплых полов 17. С учетом наружных минусовых температур в зимнее время предлагается в качестве теплоносителя в трубах коллектора применять жидкость антифриз, используемую для радиаторов отопления. Для сохранения полезных площадей в галерее трубопроводы с теплоносителем следует размещать в зонах ограниченной функциональности вблизи верхних (квадратная труба 18) и/или нижних зон сопряжения с горизонтальными перекрытиями 10. Внутри светопрозрачной галереи минусовые температуры практически исключены ввиду обеспечения солнечного нагрева и аккумуляции солнечного излучения, применения теплоизоляции при установке стеклопакетов и рационального выбора стеклопакетов ПВХ, деревянных, из стеклокомпозита. Проветривание светопрозрачной галереи как части жилого пространства осуществляется через вентиляционные воздухопроводы, а также в конструкции фасадного ограждения 11 предусмотрены окна 19 (фиг. 4) для проветривания.
Согласно заявке, кроме светопрозрачного фасадного ограждения, на крыше здания выполнено светопрозрачное купольное или арочное покрытие 20, которое также решает задачу создания на площади крыши комфортной среды на территории коллективного пользования, на которой собираются, аккумулируются и распределяются солнечное излучение и тепловая энергия. Условия комфортного проживания имеют индивидуальное восприятие. Но благодаря применению светопрозрачных конструкций, которые ограждают образованные ими зоны от шума, ветра, неблагоприятных погодных воздействий, а также позволяют концентрировать в зонах солнечные свет и тепло, заявляемое модульное здание обеспечивает создание искусственной жилой среды с повышенными потребительскими свойствами, включающей произвольные ансамбли из перечня: зеленая гостиная столовая, оранжерея, теплица, вегетарий, общественная зона отдыха, детская площадка, кружки технического творчества, кафе, гимнастический зал, бассейн, зал для фитнеса, беседка, парковка, гараж, помещение содержания домашних животных и пр.
Кроме того, купольное или арочное светопрозрачное покрытие 20 на крыше здания позволяет организовать и совместить площадь коллективного пользования (гимнастический зал, теплица) с территорией компактного размещения теплоэнергетического комплекса 21. Комплекс сочетает в себе теплогенератор непосредственного преобразования вращения ветродвигателя в нагрев теплоносителя и солнечный концентратор 22 в виде параболического конуса. По линии вертикального фокуса концентратора установлена труба 23 (фиг. 5), включенная в контур циркуляции теплоносителя. Ротор ветропривода 24 вынесен за пределы прозрачного купола 20. Преобразователь солнечного излучения имеет преимущества как в части эффективного нагрева теплоносителя в течение всего светового дня, так и в части вертикальной компоновки комплекса и возможности его безопасного расположения на крыше. Применение такого автономного комплекса электротеплоснабжения здания возможно и целесообразно на крыше заявляемого модульного здания для решения задачи создания круглогодичной комфортной среды в частных зонах и на территориях коллективного пользования со светопрозрачным ограждением.
Комплекс электротеплоснабжения изображен на фиг. 5. Комплекс включает солнечный концентратор 22 в виде параболического конуса с вертикальной осью оптического фокуса, который укреплен внутри светопрозрачного купола 20. В фокусе концентратора расположена опорная вертикальная квадратная труба 23, включенная в контур циркуляции теплоносителя. Накопительный резервуар 25 укреплен выше опорной трубы. На двух гранях вертикальной трубы без теплоизоляции, обращенных к солнечному концентратору, находятся элементы Пельтье 26, которые переносят тепло теплоносителю, а также генерируют электроэнергию. Теплогенератор комплекса 27 с рабочей магнитной жидкостью погружен в контейнер 28 с термоаккумулирующим материалом, размещенный в накопительном резервуаре 25. Ферромагнитный ротор теплогенератора 27 и электрогенератор кинематически связаны с валом ротора ветропривода 24, который размещен над светопрозрачным покрытием крыши здания. Элементы Пельтье электрически соединены последовательно и снабжены электрической схемой, обеспечивающей управление работой теплового генератора с ферромагнитным ротором, электропитание насоса и накопление электрической энергии буферным аккумулятором.
На первом уровне здания по периметру выполнено наклонное светопрозрачное ограждение 29 с опорой на теплый фундамент и скрепленное с вынесенной частью перекрытия 10 верхнего уровня дома. Внутри дополнительных полезных площадей, образованных указанными светопрозрачными конструкциями, может быть обеспечен теплый, сухой, безветренный микроклимат в теплое время года. Для всепогодных условий комфортная среда может быть создана путем использования солнечной энергии в летнее время, а в холодное время года за счет радиаторов теплообмена в составе комплекса автономного электротеплоснабжения, установленного под куполом модульного здания. Светопрозрачное наклонное ограждение 29 цокольного этажа не только защищает фундамент здания от подтопления, но главным образом позволяет благоустраивать и рационально использовать эти площади ниже первого этажа (мастерская, гараж, теплица, гимнастический зал).
Заявленное изобретение обеспечивает создание индивидуальных экологически чистых зон обитания. Это достигается наличием светопрозрачной стены с сохранением ее теплоизолирующих свойств. Современное производство стеклопакетов подбирает и использует для этих целей соответствующие материалы (слоистые, с низкой теплопроводностью). Светопрозрачное фасадное ограждение защищает частные зоны, дает возможность использования солнечного излучения и тепловой энергии для организации оранжерей, зон отдыха, сонации и т.п., обеспечивает восприятие территории светопрозрачной галереи как единой территории вместе с жилым помещением, расширяет его границы, переносит комфорт террасы загородного дома с его растительным ландшафтом и чистым воздухом в каждую квартиру многоэтажного дома. А варианты с раздвижными перегородками, разделяющие отдельные квартиры, по желанию проживающих создают условия для общения и коммуникаций. Панорамная площадь остекления наружных стен повышает комфорт квартиры и качество жизни, соответствует современной светопрозрачной архитектуре. Современные раздвижные двери из стеклопакетов могут быть снабжены пультами управления, что добавляет удобство и стиль.