МАЛОЭТАЖНОЕ ЗДАНИЕ
LOW-RISE BUILDING

Изобретение относится к строительству малоэтажных зданий, в частности зданий с деревянными стенами из бревен, бруса, имеет отношение к нетрадиционной энергетике с использованием ветра и солнца и может быть использовано преимущественно в условиях умеренного и холодного климата.
Известно малоэтажное здание, включающее деревянные стены, скатную крышу с кровлей и солнечный водонагреватель, размещенный на крыше с южной стороны света (Информационный журнал «Строительство, №10, 2008 г., г.Н.Новгород).
Недостатками известного решения являются невозможность обеспечения здания тепловой энергией в зимний период времени, необходимость использования традиционных источников электротеплоснабжения и большие потери тепла через ограждающие деревянные конструкции.
Известно также многоэтажное здание, включающее стены, железобетонные перекрытия и ветроустановку роторного типа, размещенную на перекрытии верхнего этажа. Размеры действующей установки: диаметр 2 м, высота 12 м, вес 800 кг (Информационный журнал, Институт местной промышленности, 2009 г., г.Н.Новгород).
Недостатками решения являются невозможность эффективного использования ветра, поскольку набегающий поток воздуха проходит в 5-6 м выше перекрытия, что приводит к снижению мощности ветроустановки, недостаточная мощность, 15 кВт, и большой вес.
Проведенный поиск в технической литературе не выявил аналогов, близких к заявленному изобретению.
Цель изобретения состоит в более эффективном использовании природных источников энергии при строительстве малоэтажных зданий, снижении потерь тепла через деревянные стены и удалении снега с поверхности крыши.
Поставленная цель достигается тем, что крыша здания выполнена в виде вертикальных несущих перегородок, размещенными в плане в радиальном направлении и снабжена ветрогенератором вертикального типа, установленным на перекрытии в центре крыши между перегородками, причем внешние концы перегородок выведены за пределы стен здания, торцы их выполнены по отношению к поверхности перекрытия под острым углом, а каждая перегородка выполнена со смещением в одну сторону от диаметральной оси покрытия на 0,5 диаметра ветрогенератора, кровля выполнена в виде круглого в плане светопроникающего покрытия, навесы снабжены автоматически открывающимися окнами, размещенными в зонах с максимальными скоростями восходящих потоков воздуха, солнечный водонагреватель размещен под кровлей, на поверхности кровли расположен трубчатый перфорированный трубопровод, соединенный с побудительным устройством, и тем что каждый деревянный элемент по всей длине стены снабжен несквозной прорезью, заполненной экологически чистым теплоизолирующим вспученным материалом.
Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1, 2, 3 в плане показано малоэтажное здание и его элементы, на фиг.4 показано здание в разрезе, на фиг.5 в плане показан фрагмент крыши здания, на фиг.6, 7 в разрезе показаны варианты деревянных элементов стены.
Малоэтажное здание включает фундамент 1, стены 2, состоящие из деревянных элементов 3, теплогидрошумоизолирующее перекрытие 4, крышу, включающую вертикальные перегородки 5 и навесы 6, светопроникающее покрытие 7, перфорированный трубопровод 8, побудительное устройство 9 для подачи газа или воздуха, солнечный водонагреватель 10 и ветрогенератор 11 вертикального типа.
Малоэтажное здание и его элементы изготавливают следующим образом. На фундаменте 1 возводят стены 2 из деревянных элементов 3. На поверхности перекрытия 4 закрепляют вертикальные несущие перегородки 5, которые располагают в плане в радиальном направлении под острым углом к диаметральным осям покрытия 7. В центре перекрытия 4 между перегородками 5 размещают ветрогенератор 11. Затем на перегородки 5 укладывают и закрепляют светопроникающее покрытие 7 из поликарбоната сплошного сечения, а в центре покрытие выполняют в виде купола 12. Толщину листов покрытия 7 принимают минимальной, 3-4 мм, поскольку снеговые нагрузки отсутствуют. Вертикальные перегородки 5 выводят за пределы стен 2 здания, а их торцы выполняют под острым углом к поверхности перекрытия 4.
При формировании стен 2 в каждом элементе 3 предварительно выполняют несквозную продольную прорезь 13, которую заполняют быстротвердеющим экологически чистым вспученным материалом 14.
На поверхности перекрытия 4 размещают кольцевой перфорированный трубопровод 8, который соединяют с побудительным устройством 9 для подачи нейтрального газа или воздуха. В качестве устройства 9 используют баллон со сжиженным газом - азотом или компрессор. Одновременно с этим под светопроникающим покрытием 7 закрепляют солнечный водонагреватель 10, который изготавливают из металлических труб, окрашенных в черный цвет. На навесах 6, где существуют максимальные скорости восходящих потоков воздуха, изготавливают окна 15 с возможностью их автоматического открывания.
Все элементы малоэтажного здания, стены 2, перекрытие 4, вертикальные перегородки 5 и светопроникающее покрытие 7, кроме своего прямого назначения, являются одновременно основными элементами электрической ветроустановки. Перегородки 5, перекрытие 4 и покрытие 7 образуют полузакрытую продуваемую полость, в которой расположены каналы переменного сечения.
Наличие каналов такой формы, о чем свидетельствуют проведенные экспериментальные исследования, позволяет увеличить скорость и давление воздуха в центральной зоне продуваемой крыши более, чем в 2,5 раза и соответственно увеличить угловую скорость ветрогенератора 11.
Одностороннее смещение перегородок 5 к диаметральным осям покрытия 7 позволяет изменить направление потока воздуха, выходящего из каналов, направить его на одну половину лопастей 1 6 и, следовательно, увеличить скорость вращения ветрогенератора 11.
Горизонтальный поток воздуха, встречая на своем пути стену 2 здания, изменяет направление, поднимается вверх и, отражаясь от навесов 6, поступает в каналы. Вертикальный поток воздуха создает дополнительный объем в крыше здания, что позволяет существенно увеличить энергетическую мощность здания (ветроустановки).
В результате использования вышеперечисленных технических решений здание начинает вырабатывать электроэнергию при скорости воздуха в 1,5 м/сек, в то время как в установках зарубежного производства эта величина находится в пределах 7-8 м/сек. Таким образом, элементы индивидуального здания позволяют одновременно улавливать, усиливать и концентрировать потоки воздуха. Если поток воздуха действует на здание под углом к стене 2, мощность ветроустановки становится меньше, поскольку уменьшается вертикальная составляющая воздушного потока.
При сверхвысоких скоростях ветра в навесах 6 открываются автоматически окна 15, которые позволяют пропускать избыточный объем восходящего потока воздуха, снизить давление воздуха на внутреннюю поверхность покрытия 7 в навесах 6 и таким образом предотвратить разрушение крыши здания. При скоростях ветра меньше 1,5 м/сек, когда здание не вырабатывает электроэнергию, автоматически включается резервный источник энергии, например электрогенератор или электрический аккумулятор. В ночное время суток избыточное количество электроэнергии поступает в центральную систему электроснабжения.
Воздушная полость в крыше здания ограничена сверху покрытием 7 и снизу шумопоглощающим перекрытием 4, поэтому можно ожидать значительное снижение шумовых характеристик ветроустановки в сравнении с ветроустановками открытого типа.
Высоту крыши назначают из условия свободного доступа к ветрогенератору и проведения ремонтных работ.
Использование светопроникающего покрытия 7 позволяет разместить солнечный водонагреватель 10 внутри продуваемой крыши, где атмосферные осадки отсутствуют, и следовательно, улучшить его эксплуатационные характеристики.
Удаление снега с плоской кровли здания осуществляют с помощью побудительного устройства 9. Необходимость удаления снега с крыши здания обусловлена возможностью исключения снеговых нагрузок на плоское покрытие 7 и образования сосулек в весенний период года. Сжатый воздух из компрессора подают в кольцевой трубопровод 8. Воздух под давлением поступает через отверстия по касательной на покрытие 7 и удаляет снег с его поверхности. Наличие ледяной корки на поверхности покрытия 7, которая образуется при знакопеременных температурах атмосферного воздуха, не снижает эффективности работы устройства. При отсутствии в здании компрессора используют баллон со сжиженным нейтральным газом - азотом.
При возведении деревянных стен здания используют деревянные элементы 3 стандартного профиля, брус обыкновенный, брус клееный или бревна с повышенными теплоизоляционными характеристиками. Для этого в элементах 3 выполняют по всей их длине вдоль продольной оси несквозную прорезь 13 толщиной 2,0-2,5 см и заполняют ее вспученным теплоизолирующим материалом 14, например монтажной пеной. В результате использования в деревянных элементах 3 внутреннего теплоизолирующего слоя потери тепла через стены 1 снижаются более, чем в 2,5 раза.
Применение вышеперечисленных технических решений в предлагаемом изобретении позволит полностью обеспечить владельцев индивидуальных зданий электроэнергией, теплом и горячей водой и исключить дорогостоящие невозобновляемые источники энергии: нефть, газ и уголь, загрязняющие атмосферу. Поскольку дом такой конструкции начинает вырабатывать дешевую электроэнергию при низких скоростях ветра, можно предполагать, что малоэтажное строительство в России будет развиваться более высокими темпами.