RU2421583C1

RU2421583C1 - Low-rise building

Info

Publication number: RU2421583C1
Application number: RU2009144610/03A
Authority: RU
Inventors: Лев Иванович Гаранин (RU); Лев Иванович Гаранин; Иван Львович Гаранин (RU); Иван Львович Гаранин; Евгений Львович Гаранин (RU); Евгений Львович Гаранин; Михаил Львович Гаранин (RU); Михаил Львович Гаранин
Original assignee: Лев Иванович Гаранин; Иван Львович Гаранин; Евгений Львович Гаранин; Михаил Львович Гаранин
Priority date: 2009-12-01
Filing date: 2009-12-01
Publication date: 2011-06-20

Abstract

FIELD: construction.

SUBSTANCE: low-rise building with wooden walls includes a roof with canopies, a roofing and a solar water heater. The roof is made as bearing vertical partitions arranged in plan in radial direction and is equipped with a wind-powered generator of vertical type, installed on a ceiling in the roof centre between partitions. Outer ends of partitions are taken outside the building walls limits, ends of partitions are arranged relative to the ceiling surface at the sharp angle. Each partition is made with displacement to one side from the diametral axis of covering by 0.5 of the wind-powered generator diameter. The roofing is arranged as a light permeable covering, which is round in plan, canopies are equipped with automatically opening windows located in areas with maximum speeds of uprising air flows, a solar collector is placed under the roofing, and a tubular perforated pipeline is located on the roofing surface and is connected to a stimulating device.

EFFECT: reduced losses of heat via wooden walls.

2 cl, 7 dwg

Description

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.The invention relates to the construction of low-rise buildings, in particular buildings with wooden walls made of logs, timber, relates to alternative energy using wind and sun, and can be used mainly in temperate and cold climates.

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).A low-rise building is known, including wooden walls, a pitched roof with a roof and a solar water heater located on the roof from the south side of the world (Information Journal "Construction, No. 10, 2008, N. Novgorod).

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.The disadvantages of the known solutions are the impossibility of providing the building with thermal energy in the winter period of time, the need to use traditional sources of electrical heat supply and large heat losses through the enclosing wooden structures.

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).A multi-story building is also known, including walls, reinforced concrete floors and a rotor-type wind turbine located on the ceiling of the upper floor. Dimensions of the existing installation: diameter 2 m, height 12 m, weight 800 kg (Information Journal, Institute of Local Industry, 2009, Nizhny Novgorod).

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.The disadvantages of the solution are the impossibility of efficient use of wind, because the incoming air flow passes 5-6 m above the ceiling, which leads to a decrease in wind power, insufficient power, 15 kW, and a lot of weight.

Проведенный поиск в технической литературе не выявил аналогов, близких к заявленному изобретению.A search in the technical literature did not reveal analogues that are close to the claimed invention.

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.The purpose of the invention is a more efficient use of natural energy sources in the construction of low-rise buildings, reducing heat loss through wooden walls and removing snow from the roof surface.

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.This goal is achieved by the fact that the roof of the building is made in the form of vertical load-bearing partitions placed in plan in the radial direction and equipped with a vertical type wind generator installed on the ceiling in the center of the roof between the partitions, with the outer ends of the partitions outside the walls of the building, their ends are made along relative to the overlap surface at an acute angle, and each partition is made with a shift in one direction from the diametrical axis of the coating by 0.5 times the diameter of the wind generator, the roof is made in the form of a round in terms of light-penetrating coating, the canopies are equipped with automatically opening windows located in areas with maximum ascending air velocities, a solar water heater is placed under the roof, a perforated tubular pipe connected to the motive device is located on the roof surface, and each wooden element the entire length of the wall is equipped with a through hole filled with environmentally friendly heat-insulating expanded material.

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.The invention is illustrated by drawings, where figure 1, 2, 3 in plan shows a low-rise building and its elements, figure 4 shows a building in section, figure 5 in plan shows a fragment of the roof of the building, figure 6, 7 in sectional view shows options for wooden wall elements.

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.The low-rise building includes a foundation 1, walls 2, consisting of wooden elements 3, a heat and noise insulating ceiling 4, a roof including vertical partitions 5 and awnings 6, a light-penetrating coating 7, a perforated pipe 8, a motive device 9 for supplying gas or air, a solar water heater 10 and wind generator 11 of the vertical type.

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.Low-rise building and its elements are made as follows. On the foundation 1, walls 2 of wooden elements 3 are erected. On the surface of the ceiling 4, vertical load-bearing partitions 5 are fixed, which are arranged in the plan in the radial direction at an acute angle to the diametrical axes of the coating 7. In the center of the ceiling 4, a wind generator 11 is placed 11. Then on the partitions 5 are laid and secured with a light-penetrating coating 7 of solid polycarbonate, and in the center the coating is made in the form of a dome 12. The thickness of the sheets of coating 7 is minimal, 3-4 mm, since the snow load ki no. Vertical partitions 5 lead outside the walls 2 of the building, and their ends are performed at an acute angle to the surface of the floor 4.

При формировании стен 2 в каждом элементе 3 предварительно выполняют несквозную продольную прорезь 13, которую заполняют быстротвердеющим экологически чистым вспученным материалом 14.When forming the walls 2 in each element 3, a non-through longitudinal slot 13 is preliminarily made, which is filled with quick-hardening environmentally friendly expanded material 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.An annular perforated pipe 8 is placed on the surface of the overlap 4, which is connected to a motive device 9 for supplying neutral gas or air. As the device 9 use a cylinder with liquefied gas - nitrogen or a compressor. At the same time, a solar water heater 10 is fixed under the light-penetrating coating 7, which is made of metal pipes painted black. On the canopies 6, where there are maximum speeds of upward air flows, windows 15 are made with the possibility of their automatic opening.

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.All elements of a low-rise building, walls 2, floor 4, vertical partitions 5 and light-penetrating coating 7, except for its direct purpose, are simultaneously the main elements of an electric wind turbine. Partitions 5, overlap 4 and coating 7 form a semi-closed blown cavity in which channels of variable cross section are located.

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.The presence of channels of this shape, as evidenced by experimental studies, allows you to increase the speed and air pressure in the central zone of the blown roof more than 2.5 times and, accordingly, increase the angular velocity of the wind generator 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.The one-sided displacement of the partitions 5 to the diametrical axes of the coating 7 allows you to change the direction of the air flow leaving the channels, direct it to one half of the blades 1 6 and, therefore, increase the speed of rotation of the wind generator 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).The horizontal air flow, meeting the wall 2 of the building on its way, changes direction, rises and, reflected from the canopies 6, enters the channels. The vertical air flow creates an additional volume in the roof of the building, which can significantly increase the energy capacity of the building (wind turbine).

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.As a result of the use of the above technical solutions, the building begins to generate electricity at an air speed of 1.5 m / s, while in installations of foreign production this value is in the range of 7-8 m / s. Thus, the elements of an individual building can simultaneously capture, amplify and concentrate air flows. If the air flow acts on the building at an angle to the wall 2, the power of the wind turbine becomes less, because the vertical component of the air flow decreases.

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.At ultrahigh wind speeds in the canopies 6, windows 15 automatically open, which allow the excess air to be passed through, reduce the air pressure on the inner surface of the coating 7 in the canopies 6, and thus prevent the destruction of the roof of the building. At wind speeds less than 1.5 m / s, when the building does not generate electricity, a backup source of energy, such as an electric generator or an electric battery, is automatically turned on. At night, excess electricity is supplied to the central power supply system.

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.The air cavity in the roof of the building is bounded from above by a covering 7 and from below by a sound-absorbing ceiling 4, therefore, a significant decrease in the noise characteristics of a wind turbine can be expected in comparison with open-type wind turbines.

Высоту крыши назначают из условия свободного доступа к ветрогенератору и проведения ремонтных работ.The height of the roof is assigned from the condition of free access to the wind generator and repair work.

Использование светопроникающего покрытия 7 позволяет разместить солнечный водонагреватель 10 внутри продуваемой крыши, где атмосферные осадки отсутствуют, и следовательно, улучшить его эксплуатационные характеристики.The use of light-penetrating coating 7 allows you to place a solar water heater 10 inside the blown roof, where there is no atmospheric precipitation, and therefore, improve its operational characteristics.

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.Snow removal from the flat roof of the building is carried out using a motive device 9. The need to remove snow from the roof of the building is due to the possibility of eliminating snow loads on the flat cover 7 and the formation of icicles in the spring season. Compressed air from the compressor is fed into the annular pipe 8. Air under pressure enters through the holes tangentially to the coating 7 and removes snow from its surface. The presence of ice crust on the surface of the coating 7, which is formed at alternating temperatures of atmospheric air, does not reduce the efficiency of the device. If there is no compressor in the building, use a cylinder with liquefied neutral gas - nitrogen.

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.When erecting the wooden walls of the building, 3 elements of the standard profile are used, ordinary timber, glued timber or logs with enhanced thermal insulation characteristics. To do this, in the elements 3, a non-through slot 13 with a thickness of 2.0-2.5 cm is made along their entire length along the longitudinal axis and is filled with an expanded heat-insulating material 14, for example, mounting foam. As a result of using the internal heat-insulating layer in the wooden elements 3, the heat loss through the walls 1 is reduced by more than 2.5 times.

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.The use of the above technical solutions in the present invention will fully provide owners of individual buildings with electricity, heat and hot water and eliminate expensive non-renewable energy sources: oil, gas and coal, polluting the atmosphere. Since a house of this design begins to generate cheap electricity at low wind speeds, it can be assumed that low-rise construction in Russia will develop at a faster pace.

Claims

1. A low-rise building, including walls made of wooden elements, a roof with awnings, a roof and a solar water heater, characterized in that the roof is made in the form of load-bearing vertical partitions placed in the plan in the radial direction and equipped with a vertical type wind generator installed on the ceiling in the center of the roof between the partitions, the outer ends of the partitions extending beyond the walls of the building, the ends of the partitions made in relation to the surface of the floor at an acute angle, each partition is made with one-sided from the diametrical axis of the coating by 0.5 times the diameter of the wind generator, the roof is made in the form of a round light-penetrating coating, the canopies are equipped with automatically opening windows located in areas with maximum ascending air velocities, the solar collector is located under the roof, and on the surface the roof is a tubular perforated pipe connected to a motive device.

2. The low-rise building according to claim 1, characterized in that each wooden element along the entire length of the wall is equipped with a through hole filled with environmentally friendly expanded thermally insulating material.