Близкая реальность энергонезависимых домов повышенной живучести

Обеспечение безопасности жизнедеятельности людей в условиях роста природных катаклизмов и техногенных катастроф стало первостепенной задачей научно-исследовательских, проектных и инжиниринговых организаций и предприятий. Консорциум НИИКЭНТ располагает пакетом новых научно-технических решений для создания энергонезависимых домов, теплиц и ферм, сохраняющих энергонезависимость и функциональную живучесть в местностях с часто повторяющимися паводками и значительными сейсмическими возмущениями. Кроме того, эти новые решения открывают перспективу создания энергонезависимых домов и сооружений мобильного базирования [1-15].

Основой домов и сооружений этого типа служит плавучая платформа из древесины, обработанной эксклюзивным способом [11]. Этот способ позволяет придавать древесине любую желаемую форму в результате ее пропитки специальным раствором. Через несколько часов после пропитки отформованная древесина затвердевает, приобретает привлекательный цвет, водоотталкивающие и антисептические свойства. Из отформованных деталей могут быть собраны как стены и внутренние конструкции строения, так и плавучая платформа, на которой это строение покоится.

Энергонезависимость плавучего строения обеспечена собственной системой бесперебойного электропитания потребителей (СБЭП) [10] в составе ветроагрегата [3, 9, 12] с веерным концентратором ветровых потоков, оригинального низкооборотного электрогенератора [2, 6, 8], размещением на крыше строения многофункциональных солнечных панелей [7], присоединенных к оригинальной системе управления светопропусканием и тепловой производительностью [13] и к автономному универсальному отопительному устройству [1]. Кроме того, в состав системы бесперебойного энергоснабжения нескольких размещенных рядом строений может входить компактная биогазовая система, в которой происходит переработка биологических отходов жизнедеятельности в горючий газ, впоследствии используемый для выработки электроэнергии и отопления строения.

В системе бесперебойного электропитания дома предусмотрены электрический и тепловой аккумуляторы, которые позволяют потребителю подключать электрические нагрузки в любое удобное ему время и пользоваться теплой водой по своему усмотрению.

Необходимые подъемная сила и осадка плавучей конструкции обеспечены достаточно малым удельным весом древесины лиственных пород, обработанной оригинальным способом [10] и соответствующим выбором размеров платформы.

При размещении энергонезависимого дома в местностях с высокой сейсмической активностью его повышенная живучесть обусловлена подвижной связкой с основным фундаментом. При землетрясении происходит разлом и растрескивание фундамента строения, жестко заделанного в грунт. В этих условиях достаточно прочное основание дома, склеенное в единую конструкцию, воспринимает толчки, как правило, преимущественно по близким к вертикальному векторам. Под действием толчков вся конструкция совершает колебания и наклоны, возвращаясь под действием силы тяжести на выступы грунта и бетона без растрескиваний и разломов. Не исключено также использование своеобразных амортизаторов между платформой строения и грунтом для существенного снижения воздействий сейсмических толчков на строение.

Как плавучая, так и сейсмостойкая конструкции энергонезависимых домов вполне допускают их транспортирование по воде или на платформе автомобильного эвакуатора, а также на открытой железнодорожной платформе. Легкость и мобильность конструкции с возможностью ее перемещения всеми видами транспорта являются существенным конкурентным преимуществом предложенного варианта энергонезависимого дома повышенной живучести. В мобильном варианте полезная площадь дома может быть обеспечена в пределах 12-60 кв. метров.

В практически реализованных вариантах одноэтажных жилых домов из древесины с крышей из металла удельная нагрузка на один квадратный метр площади фундамента не превышает Руд1 = 900 кг/м2. С учетом использования неметаллического покрытия для крыши, других доступных методов снижения общей массы стен и интерьера строения, возможно обеспечение Руд2 = 700 кг/м2 . Для обеспечения необходимого запаса плавучести выберем подъемную силу плавучей платформы не менее 1200 кг/м2 . Для строения с полезной площадью Sс = 20 м2 , при удельном весе сухой древесины лиственных пород на уровне 500 кг/м3 , средней толщине днища и бортов платформы tср = 0,20 м, высоте бортов Hб = 0,7 м общий объем древесины Vд в платформе составит:

Vд = Sс · Kп · tср + Hб · tср · Lб ,

где Lб – длина периметра бортов платформы; Kп = 1,25 – коэффициент, учитывающий функциональное назначение платформы.

В данном примере, при Lб = 4,5 · 2 + 7 · 2 = 23 м, имеем Vд = 8,22 м3

Объем внутреннего пространства платформы Vвн = (4,5 х 7 х 0,6) = 18,9 м3 Подъемную (Архимедову) силу Fп платформы (в тоннах) определим по формуле: Fп = (Vвн + 0,5 · Vд ) = (18,9 + 3,22) = 22,12 т.

Общий вес строения с интерьером и платформой в данном примере не превысит Робщ = (Руд2 х Sс) + 0,5 · Vд = (14 + 3,22) = 17,22 т.

Приняв массу ветроагрегата с концентраторами ветровых потоков и другими элементами системы бесперебойного энергоснабжения равной Рэ = 0,78 т, получим запас плавучести строения на уровне Зп = (Fп – (Робщ + Рэ)) = (22,12 – (17,22 + 0,78) = 4,12 т.

Этот запас можно увеличить выбором высоты бортов более 0,7 метра, поскольку на каждые 100 мм увеличения высоты бортов платформы запас плавучести возрастает в данном примере на 3,15 тонны. Функциональное назначение плавучего или сейсмостойкого строения может быть не только в формате жилого дома. Возможна реализация плавучей теплицы с подогревом почвы от энергии солнечной радиации [14], малой птицефермы, складского помещения, творческой или специализированной мастерской, выставочного, учебного или конференц-зала, рыбокоптильного цеха, ресторана, гостиницы и т.д. Возможно, в XXI веке мы станем свидетелями появления комплексов из нескольких плавучих строений.

Полная экологическая безопасность данного класса строений может быть обеспечена использованием широко распространенных технических средств (биотуалеты, биоустановки, тепловые насосы и т.д.).

При использовании энергонезависимого мобильного дома на водной поверхности наиболее ярко проявляются положительные стороны его конкурентного преимущества – энергонезависимости. Владелец плавучего дома может поставить его на якоря вблизи любого участка прибрежного ландшафта совершенно не беспокоясь о наличии поблизости электросети или топливозаправочной станции, поскольку в его доме нет надобности во внешнем электропитании и в дизельной электростанции. Бесшумная работа вертикальноосевого ветроагрегата с веерными концентраторами ветровых потоков [9,12] не нарушает тишины и экологической чистоты окружающего воздуха. Достаточное количество нагретой солнечными коллекторами теплой воды создает комфортные условия жизнедеятельности даже в холодное время года. Использование в качестве потолочной конструкции многофункциональных строительных панелей [7] обеспечит желаемый цветовой фон внутри помещений энергонезависимого дома, поскольку они выполнят функцию немеханических штор за счет оригинальной системы управления светопропусканием [14].

В ближайшем будущем визит в гости к друзьям Вы сможете совершить всей семьей по воде в своем собственном плавучем доме, пришвартовавшись борт к борту к аналогичному дому своих друзей.

ЛИТЕРАТУРА

  1. Зилев В.К., Харитонов П.Т. Электрический котел для автономного отопления и горячего водоснабжения. Патент RU №2311594 от 27.11.2007.
  2. Слесарев Ю.Н., Харитонов П.Т. Электрическая мащина с дисковым ротором. Патент RU№2340068 от 27.11.2008.
  3. Харитонов П.Т. Ветродвижитель мобильного ветроагрегата. Патент RU №2380568 от 27.01.2010.
  4. Галяутдинов А.А., Харитонов П.Т. Теплица с подогревом почвы от энергии солнечной радиации. Патент RU №93 208 на ПМ от 27.04.2010.
  5. Харитонов П.Т., Шангараев А.М. Мобильное здание с альтернативным теплоэлектроснабжением. Патент RU №90103 на ПМ от 27.12.2009.
  6. Харитонов П.Т. Способ и устройство взаимной компенсации тормозящих сил в электрическом генераторе с постоянными магнитами. Патент RU №2394336 от 10.07.2010
  7. Самарина И.Э., Харитонов П.Т. Многофункциональная солнечная панель. Заявка №2010149839 от 03.12.2010 на ПМ. Пол. реш. ФИПС от 04.04.2011.
  8. Ахметов Б.С., Харитонов П.Т., Чеботарь А.Е. Электрическая машина с дисковым ротором. Заявка №2011103511 от 01.02.2011.
  9. Айтимов А.С., Вишневский С.А, Харитонов П.Т. Ветроэлектростанция с веерным концентратором воздушного потока. Заявка №2011103512 от 01.02.2011.
  10. Бочкарева Ю.Г., Вишневский С.А., Харитонов П.Т., Чеботарь А.Е. Система бесперебойного электропитания потребителей от ветроагрегатов. Патент RU №104 253 от 10.05.2011 на ПМ.
  11. Беляков В.А., Федоров С.А. Способ обработки древесины. Патент RU №2142876, 1999.
  12. Айтимов А.С., Ахметов Б.С., Харитонов П.Т. Ветроэнергетические установки с веерными концентраторами ветровых потоков. Алматы. Вестник КазНТУ, 2011, №1, с.148-153.
  13. Вишникин.Л.Б., Харитонов П.Т. Способ, устройство и магнитная ловушка для регулирования энергоэффективности и светопропускания солнечного коллектора с жидким теплоносителем. Патент RU №2395043 от 20.01.2010.
  14. Харитонов П.Т., Шангараев А.М. Разработка концепции построения и структуры мобильного дома с использованием энергии солнечной радиации для отопления и энергии ветра для электроснабжения. Сборник материалов Всероссийской молодежной выставки прикладных исследований, изобретений и инноваций, Саратов, СГТУ, 2009, с. 175.
  15. Галяутдинов А.А., Харитонов П.Т. Теплица с подогревом почвы от энергии солнечной радиации, Патент RU №93 208 от 27.04.2010.

 

Год: 2011
Город: Алматы
loading...