Здание
Изобретение относится к области строительства, а именно к жилым домам для крупных городов, расположенных в районах с суровым климатом, многолетнемерзлыми грунтами и высокой сейсмичностью. Жилой корпус атриумного здания ориентирован оконными проемами на южные румбы, в то время как с северной стороны атриума расположены гараж и биоэнергетические устройства, обеспечивающие энергетическую автономность здания. Дополнительную энергию дает работа гидротурбины, функционирующей за счет стока талой воды, стекающей с поверхности наклонной крыши, оборудованной снегонакапливающими воронками, а также за счет поворота балансирных пластин, расположенных между двумя платформами основания здания, на поворотных трубах, и приводящих в движение криоэлектрогенераторы. Технический результат: создание жилища для северян, в котором будут не просто нормальные, но лучшие условия проживания, чем в средней полосе России. 3 з.п. ф-лы, 13 ил.
Изобретение относится к области строительства, а именно к жилым домам для крупных городов и, в частности, городов, расположенных в районах с суровым климатом, повышенной сейсмичностью, наличием биопатогенных зон и многолетнемерзлых грунтов.
Известно здание, предназначенное для районов с экстремальными условиями, но оно рассчитано на использование энергии Солнца, что для районов с большим удельным весом пасмурных дней в году неприемлемо [1]. Наиболее близким к изобретению решением является атриумное здание, оборудованное щелевыми световодами [2]. Однако оно не подходит для экстремальных условий, поскольку здесь часть квартир ориентирована на неблагоприятные стороны горизонта, не приспособлено для строительства на многолетнемерзлых грунтах, рассчитано на централизованное теплоснабжение, что требует прокладки магистральных трубопроводов и создает трудности в городах, расположенных на Севере.
В то же время известно биоэнергетическое устройство, позволяющее обеспечить в здании автономное бесперебойное и экологически чистое энергоснабжение. Кроме того, его использование в жилище позволяет снабжать жильцов круглогодично свежими овощами [3].
Биоэнергетическое устройство вырабатывает электрическую энергию за счет поворота конвейеров с растущими растениями вокруг центральной вертикальной оси указанного устройства.
Цель изобретения - создание жилища для северян, в котором будут не просто нормальные, но лучшие условия проживания, чем в средней полосе России. Согласно прогнозам, на севере страны к концу века появятся крупные города. Так, например, в Якутске и Игарке будет проживать по 5 млн жителей [4]. А для того, чтобы сюда поехали люди, здесь должно быть комфортабельное жилище.
Поставленная цель достигается за счет создания атриумного здания, в котором все квартиры ориентированы на южные румбы, в то время как на противоположной стороне здания расположены гаражи и другие помещения, которые служат барьером, защищающим жилую зону от неблагоприятных северных ветров. При этом атриум освещается благодаря световодам, пропущенным через пустоты в перекрытиях здания. С учетом опыта строительства на Севере, где важно обеспечить изоляцию здания от многолетнемерзлого грунта [5, С.165-169], предлагается сооружение под зданием двух платформ с использованием межплатформенного пространства для продуха, в котором располагают устройство для сейсмоизоляции. В качестве аналога такого устройства может быть принято предложение, где используются шарикоподшипники [6]. Благодаря существенной модернизации такого сейсмозащищающего устройства имеется возможность использовать его также и для нейтрализации биопатогенных воздействий [7].
С этой целью между нижней и верхней платформами уложены поворотные трубы с размещенными над ними балансирными пластинами при помощи пружин с верхней платформой. Поворот труб осуществляют благодаря воздействию электромагнитов, встроенных в верхнюю платформу на металлические вкладыши, расположенные на краях балансирных пластин, а также подъему краев балансирных пластин, поднимаемых толкателями корытообразных пластин, расположенных внутри поворотных труб, под воздействием масла, находящегося над водой, залитой в поворотные трубы, в результате увеличения объема замерзающей воды, в результате проникновения холода в межплатформенное пространство через периодически открываемые заслонками отверстия продухов. Источником холода является вечномерзлый грунт, окружающий основание здания. Возвращение поворотных труб в первоначальное положение происходит благодаря растеплению льда внутри труб электронагревателями, расположенными вдоль центральной продольной оси поворотных труб. Централизованное включение электронагревателей осуществляют с чередованием в четных и нечетных трубах. Когда в четных трубах происходит замерзание, в нечетных осуществляют растепление. При этом излишки масла перераспределяют по гибким сообщающим трубкам в смежные поворотные трубы, а затем возвращают обратно, при этом, синхронно чередуясь, заслонки открывают отверстия продухов в наружной ограждающей конструкции и в стене атриума.
Балансирные пластины шарнирно соединены со штоками коленчатых валов, приводящих в круговое вращение электрогенераторы, снабжающие здание электроэнергией. Теплоизоляцию между холодными и теплыми отсеками межплатформенного пространства обеспечивают гибкие теплоизолирующие перегородки, прикрепленные к нижней и верхней платформам.
Замерзание воды в поворотных трубах обеспечивает холодных воздух, поступающий в пространство между платформами через продухи в ограждающих конструкциях, периодически открываемых заслонками со стороны вечномерзлого грунта, а растепление - через продухи со стороны отапливаемого атриума.
Из соображений экологической безопасности в качестве основного городского транспорта принят электромобиль. В условиях сурового климата городские магистрали представляют из себя многоярусные закрытые эстакады, из которых автомобили по рампам попадают в придомовой многоярусный гараж. Крыша здания представляет из себя наклонную плоскость, понижающуюся в северную сторону здания, включающую снегосохраняющие воронки, выполненные в виде конусов, установленных основанием вверх, и с возможностью накапливать атмосферные осадки. После фильтрации талую воду направляют по наклонным водоводным трубам, расположенным под воронками, в гидрокамеру, где вода, падая на колесо гидротурбины, приводит в действие гидроэлектрогенератор, а затем стекает в бассейн и используется для бытовых нужд. Конусообразные воронки, объединяя наклонную кровлю с системой водоводных труб, представляют из себя надежную пространственную конструкцию, способную выдержать значительную снеговую нагрузку. Снег не убирается в течение холодного периода, обеспечивая теплозащиту здания. С целью равномерной работы гидротурбины осуществляют регулирование подогрева нижних частей снегосохраняющих воронок. Питьевая вода доставляется в здание извне, остальные потребности в воде удовлетворяют за счет атмосферных осадков. Для обеспечения жильцов животными белками в здании функционируют животноводческие фермы, где содержатся животные, адаптированные к суровым условиям климата, такие, например, как зуброкоровы [8] и северные олени [9], которые кроме обеспечения мясом, молоком и пантокрином используются в упряжках для поездок в отдаленную местность, куда обычным транспортом сложно добраться. Для борьбы с застоем животных используются антистагнаторы (stagno - лат. делать неподвижным), представляющие из себя беговые дорожки, поворотные механизмы которых связаны с электрогенераторами. Стимулирование животных к пробежкам осуществляют благодаря приманкам, например соли для оленей, в которой они ощущают потребность. Пищей для животных служит ботва растений из биоэнергетических устройств. Обеспечение рыбопродуктами производится за счет выращивания рыб в неотапливаемом бассейне, куда запускают помимо мальков рыб, рачков и зоопланктон и где в холодное время года в подледное пространство доставляют кислород по трубам, покрытым изнутри светоотражающим слоем и по которым подают свет от осветительных установок, подвешенных под потолком. После отражения и рассеивания света от зеркал, расположенных на дне бассейна, зоопланктон, прячущийся до этого в порах нижней поверхности ледового слоя, выползает из пор и, стремясь к свету, направляется вниз, становясь добычей рачков, прячущихся до этого внутри губок, уложенных на дне бассейна, и которые, в свою очередь, съедаются рыбами [10]. Таким образом обеспечивается возможность оптимального регулирования функционирования пищевой цепочки в данном биоценозе. Рыб периодически вылавливают. Они идут в пищу, а излишки служат основой для туков, которые используются в питательном растворе для растений биоэнергетических установок. Все это обеспечивает сбалансированное питание жильцов. Рациональное энергоснабжение обеспечивается за счет внутренних источников, а оптимальное распределение энергии с помощью АСУ.
На фиг.1 представлен разрез здания по сечению С-С на фиг.2; на фиг.2 - I - план здания на уровне А-А на фиг.1 и II - план здания на уровне В-В на фиг.1; на фиг.3 - фрагмент основания здания - разрез по Д-Д на фиг.2; на фиг.4 - фрагмент корытообразной пластины (аксонометрия); на фиг.5 - фрагмент коленчатого вала (аксонометрия); на фиг.6 - фрагмент продуха (аксонометрия); на фиг.7 - схема поворота заслонки; на фиг.8 - фрагмент крыши (разрез по сечению С-С на фиг.2); на фиг.9 - фрагмент крыши (план); на фиг.10 - снегосохраняющая воронка (разрез); на фиг.11 - антистагнатор (разрез); на фиг.12 - неотапливаемый бассейн (разрез), на фиг.13 - схема автоматизированной системы управления (АСУ).
На фиг.1 и 2 показан жилой корпус 1, атриум 2, общественные учреждения 3, лестнично-лифтовые шахты 4, биоэнергетические устройства 5, связанные переходами 6, крыша 7, гараж 8, животноводческие фермы 9, отапливаемый бассейн 10, неотапливаемый бассейн 11, рампа 12, эстакада 13, основание здания 14, гидроэнергетическая установка 15. На фиг.3 показано основание здания, включающее нижнюю платформу 16, верхнюю платформу 17 и расположенные между ними поворотные трубы 18 с размещенными над трубами 18 балансирными пластинами 19, прикрепленные через балансирные пластины к верхней платформе пружинами 20, корытообразные пластины 21, снабженные толкателями 22, электромагниты 23, встроенные в верхнюю платформу, и металлические вкладыши 24 на концах балансирных пластин, электронагреватели 25 внутри поворотных труб, заполненных водой 26, превращающейся в лед 27 при отрицательной температуре и выдавливающей масло 28, перераспределяемое по гибким сообщающим трубкам 29 в смежные поворотные трубы и гибкие теплоизолирующие перегородки 30. На фиг.4 приведен фрагмент корытообразной пластины. На фиг.5 показана балансирная пластина 19, соединенная при помощи шарниров 31 со штоками 32, которые шарнирно соединены с коленчатым валом 33, который приводит во вращательное движение криоэлектрогенератор 34. На фиг.6 и 7 приведены отверстия продухов 35 и заслонки 36. На фиг.8-10 приведены фрагменты крыши 7 со снегосохраняющими воронками 37, фильтрующими сетками 39, водоводными трубами 39, гидротурбина 40, гидроэлектрогенератор 41, электрораспределительное устройство 42, запорная задвижка 43 и бассейн 10. На фиг.11 приведен антистагнатор 44, приманка 45 и поворотный механизм 46, связанный с электрогенератором, который не приведен. На фиг.12 показан бассейн 11, покрытый ледовым слоем 47 в холодное время года, осветительные установки 48, соединенные со световодными трубами 49, по которым в подледное пространство подают кислород и свет на светорассеивающие зеркала 50, губки 51 с рачками и рыбы 52. На фиг.13 приведена АСУ, включающая оператора 53, вычислительное устройство 54, терминал 55, датчики 56, приводы 57, соединенные через интерфейс 58 с блоками управления: биоэнергетическими устройствами 5, включателями электромагнитов балансирных пластин 59, включателями электронагревателей поворотных труб 60, гидроэнергетической установкой 15, антистагнатором 44, осветительными установками бассейна 48, системой водоснабжения 61, системой вентиляции 62 и системой энергоснабжения здания 63.
Источники информации
1. RU 2028439 С1, 09.02.1995.
2. SU 1368416 A1, 22.10.1987.
3. RU 2152149 С1, 10.07.2000.
4. Время великих переселений // Московская правда за 11.02.2000.
5. Алексеева Т.И. Региональные особенности градостроительства в Сибири и на Севере. - Л.: Стройиздат. Ленинградское отделение; 1987 - 208 с.; ил.
6. RU 2024689 С1, 15.12.1994.
7. Дубров А.П. Земное излучение и здоровье человека // Аргументы и факты, 1992 - 64 с.
8. Балабанова Е. Бородатые коровы // Московская правда за 01.03.2005.
9. Жизнь животных. В 7-ми томах (Главный редактор В.Е. Соколов). - М.: Просвещение. 1989. Т.7. С.458-460.
10. Опыт системных океанографических исследований в Арктике. - М.: Научный мир. 2001 - 664 с.
1. Здание, включающее жилой корпус, атриум, помещения общественных учреждений, биоэнергетические устройства, гараж и бассейн, при этом жилой корпус расположен с южной стороны здания, смежно с атриумом, в который выходят помещения общественных учреждений и биоэнергетические устройства, а бассейн и гараж расположены с северной стороны здания, конструкции здания являются сборными, перекрытия выполнены с пустотами, через которые пропущены световоды для освещения атриума, бассейн разделен на две части, одна из которых расположена в отапливаемой части здания, а вторая - в неотапливаемой, используемой для разведения рыб, а в холодное время года - еще и как каток, основание жилого корпуса включает две платформы, между которыми расположены уложенные на нижнюю платформу поворотные трубы, прикрепленные при помощи пружин через балансирные пластины к верхней платформе с возможностью поворота указанных труб и подъема балансирных пластин под воздействием толкателей корытообразных пластин, размещенных внутри поворотных труб, благодаря давлению масла, залитого поверх воды, заполняющей объем поворотных труб и расширяющейся при замерзании, при этом вдоль центральной оси поворотных труб установлены электронагреватели, выполненные с возможностью при включении в электрическую сеть размораживать замерзшую воду, а при выключении - обеспечивать замерзание воды, причем вытекающее масло после предельного подъема одного из краев балансирных пластин попадает по гибким трубкам в смежные поворотные трубы, где в этот момент вода разморожена, при этом периодическое чередование подъемов и опускании краев балансирных пластин приводит к подъему и опусканию верхней платформы, а также к перемещению шарнирно прикрепленных к балансирным пластинам штоков, которые также шарнирно соединены с коленчатыми валами с возможностью вращения коленчатых валов и выработки в присоединенных к коленчатым валам электрогенераторах электрического тока, при этом замерзание воды в поворотных трубах обеспечивает холодный воздух, поступающий в пространство между платформами через продухи в ограждающих конструкциях, периодически открываемых заслонками со стороны вечномерзлого грунта, а размораживание - через продухи со стороны отапливаемого атриума, причем между холодным и теплым межплатформенными пространствами установлены гибкие теплоизолирующие перегородки, прикрепленные к обеим платформам, крыша здания выполнена в виде наклонной плоскости, понижающейся в северном направлении и включающей снегосохраняющие воронки в виде конусов, размещенных основанием вверх, выполненные с возможностью накапливать атмосферные осадки и после регулируемого подогрева и фильтрации направлять талую воду по наклонным водоводным трубам, объединяющим вершины конусов в единую конструкцию, в гидроэнергетическую установку, где талая вода, вращая гидротурбину, приводит в действие гидроэлектрогенератор, после чего вода стекает в бассейн, откуда поступает на бытовые нужды.
2. Здание по п.1, отличающееся тем, что оно включает животноводческие фермы для крупного рогатого скота, адаптированного к суровому климату и, в том числе, северных оленей, используемых, в частности, для поездок в упряжках, причем для борьбы с застоем животных применены антистагнаторы, соединенные через приводы с электрогенераторами.
3. Здание по п.1, отличающееся тем, что потолок бассейна, расположенного в неотапливаемой части, оборудован осветительными установками со светопроводными трубами, выполненными с возможностью подачи в подледное пространство бассейна в холодное время года кислорода для рыб и световых импульсов на светорассеивающие зеркала, размещенные на дне бассейна.
4. Здание по п.1, отличающееся тем, что оно оборудовано АСУ, включающей вычислительное устройство и терминал, связанные через интерфейс с датчиками и приводами блоков управления: биоэнергетическим комплексом, включателями электромагнитов балансирных пластин, включателями электронагревателей поворотных труб, гидроэнергетической установкой, антистагнаторами, осветительными установками бассейна, системой вентиляции и системой энергоснабжения здания.
