RU2450111C1 - Градостроительный энергообразующий комплекс - Google Patents

Abstract

Изобретение относится к строительству, производству электрической и тепловой энергии (холода) с использованием природных источников энергии, ветра, солнца и атмосферного холода, созданию микроклимата и обеспечению населения города водой преимущественно в условиях теплого и жаркого климата, в пустынях. Технический результат: улучшение окружающей среды, создание комфортных условий для населения, обеспечение жителей города электрической и тепловой энергией от природных источников энергии. Градостроительный энергосберегающий комплекс включает здания, сооружения, инженерные коммуникации, ветровые, солнечные установки и опреснительную станцию. Комплекс размещен под светопроникающей сферической крышей дугообразной в плане формы, обращенной внешней поверхностью в сторону моря, снабжен ветровыми электростанциями в виде башен, размещенными вдоль продольной оси города, солнечной электростанцией, расположенной на поверхности крыши города, сельскохозяйственной зоной, размещенной с подветренной стороны города, каналом с холодной пресной водой, расположенным по периметру внутри города, системой микроклимата, выполненной в виде канала, и газовой станции, соединенной с перфорированными воздухопроводами, размещенными под крышей города, и сооружениями по зимним видам спорта открытого типа, размещенными вне зданий, при этом система питьевого водоснабжения снабжена постоянными источником пресной холодной воды в виде айсбергов искусственного происхождения и наземным водоемом, опреснительная станция подключена к источникам электрической природной энергии и соединена с резервуаром для хранения и охлаждения опресненной воды. Водный канал снабжен секциями с неодинаковой эксплуатационной температурой воды, парковая зона выполнена в виде автономных секций с различными климатическими условиями, причем нижняя часть электростанций выполнена в виде многоэтажных зданий и размещена внутри города, верхняя выполнена в виде вертикальных перегородок, соединенных между собой по периметру и высоте поперечными вантами, а перегородки, обращенные в сторону моря, смещены относительно диаметральных осей ветрогенераторов на величину острого угла по часовой или против часовой стрелки. 4 ил.

Description

Изобретение относится к области строительства, энергетике с использованием природных источников энергии, водоснабжению, созданию в городе микроклимата, искусственных водоемов, возведению и эксплуатации сооружений по зимним видам спорта, сельскому хозяйству и может найти применение преимущественно при строительстве городов на морском побережье в условиях теплого и жаркого климата.

Известен город на морском побережье Атлантического океана, включающий отдельно стоящие здания, сооружения различного назначения и все атрибуты инженерного обеспечения для населения (г.Сан-Франциско, США).

Недостатками существующего города являются огромные затраты электрической и тепловой энергии (холода), необходимость строительства дорогостоящих инженерных коммуникаций, ЛЭП, водоводов, газопроводов, кабелей, автомобильных дорог внутри города, плохая экология окружающей среды, необходимость защиты зданий, сооружений и населения от интенсивной солнечной радиации и высоких температур воздуха, наводнений и ураганных ветров, невозможность создания в городе микроклимата для комфортного проживания населения и сложность выращивания сельскохозяйственных культур и растений.

Наиболее близким по технической сущности предлагаемому решению является город, расположенный на морском побережье Каспийского моря в пустыне, включающий здания со всеми удобствами, сооружения различного назначения, атомную опреснительную станцию для получения пресной воды, сельскохозяйственный комплекс для выращивания сельскохозяйственных культур и ветровые установки, размещенные на морском побережье (г.Шевченко, Каспийское море, полуостров Мангышлак).

Недостатками «закрытого» города являются невозможность использования опресненной воды для питья и приготовления пищи, высокая температура воздуха в летний период года (+40С°), необходимость завоза питьевой воды танкерами из Баку и наличие песчаных бурь.

При проведении поиска в патентной и технической литературе аналоги предлагаемому решению не обнаружены.

Цель изобретения состоит в улучшении окружающей среды, создании сверхкомфортных условий для населения, микроклимата в городе и обеспечении жителей города электрической и тепловой энергией от природных источников энергии, ветра, солнца, атмосферного холода и фазовой теплоты плавления льда.

Поставленная цель достигается тем, что город размещен под светопроникающей сферической крышей дугообразной в плане формы, обращенной внешней поверхностью в сторону моря, снабжен в виде башен ветровыми электростанциями, размещенными вдоль продольной оси города, солнечной электростанцией, расположенной на поверхности крыши, сельскохозяйственной зоной, размещенной с подветренной стороны города, каналом с пресной холодной водой, расположенным по периметру внутри города, системой микроклимата, выполненной в виде газовой станции, соединенной с перфорированными воздухопроводами, размещенными под крышей города, и сооружениями по зимним видам спорта открытого типа, размещенными вне зданий, при этом система питьевого водоснабжения снабжена постоянным источником пресной холодной воды в виде айсбергов искусственного происхождения и наземным водоемом, опреснительная станция подключена к источникам электрической природной энергии и соединена с резервуаром для хранения и охлаждения опресненной воды, водный канал снабжен секциями с неодинаковой эксплуатационной температурой воды, парковая зона выполнена в виде автономных секций с разными климатическими условиями, причем нижняя часть ветровых электростанций выполнена в виде многоэтажных зданий и размещена внутри города, верхняя выполнена в виде вертикальных перегородок, соединенных между собой по периметру и высоте поперечными вантами, а перегородки обращены в сторону моря, смещены относительно диаметральных осей ветрогенераторов на величину острого угла по часовой или против часовой стрелки.

Сущность изобретения поясняется чертежом, где на фиг 1 в плане, фиг.2, 3 в разрезе показан город на морском побережье, а на фиг.4 в плане изображена ветровая электростанция.

В качестве региона с наиболее экстремальными природными условиями, где может быть наиболее полно раскрыта сущность изобретения, принят континент Австралия, в частности его западное или восточное побережье. На побережье полностью отсутствуют какие либо источники воды, скорость потока воздуха (ветра) на побережье находится в пределах 10-25 м/сек, количество солнечных дней в году превышает 340, средняя температура воздуха в тени превышает 40 С°, полностью отсутствует растительность.

Природные характеристики региона свидетельствуют о невозможности строительства города в традиционном исполнении.

Предлагаемый в материалах заявки градостроительный энергосберегающий комплекс (ГЭК) содержит все здания и сооружения и инженерную инфраструктуру современного Европейского города на морском побережье.

Комплекс включает светопроникающую сферической формы крышу 1, совмещенную с крышей солнечную электростанцию 2, жилые, общественные и производственные здания 3, ветровые электростанции 4, айсберги 5, наземный водоем 6 для хранения пресной охлажденной воды, опреснительную станцию 7, наземный в теплоизоляционной оболочки резервуар 8 для хранения и охлаждения опресненной морской воды, водный кольцевой формы канал 9 с пресной холодной водой и газовую станцию 10 для производства сжиженных газов и искусственного воздуха.

ГЭК на морском побережье, где скорости ветра могут достигать ураганной силы, 50 и более м/сек, придают дугообразную в плане форму, чтобы повысить устойчивость сооружения и создания за городом безветренной зоны 11 сельскохозяйственного назначения.

Изобретение может быть реализовано благодаря существенным признакам, входящим в формулу изобретения.

Вдоль продольной центральной оси города возводят жилые, общественные и производственные многоэтажные здания 3, высоту которых принимают равной высоте крыши 1 в верхней ее точке. Кроме своего прямого назначения здания 3 служат одновременно опорами для крыши 1 и ветровых электростанций 4. Используя опоры такого типа, возводят крышу сферической формы со светопроникающим покрытием. На солнечной стороне крыши, что составляет 80% ее площади, размещают солнечные панели. Объединенные между собой общим электрическим кабелем солнечные панели образуют солнечную электростанцию 2. Расположение опор-зданий 3 в центральной части ГЭК позволяет уменьшить кривизну сферической крыши, увеличить ширину и, следовательно, общую площадь города. При увеличении ширины города (ГЭК) и необходимости изменения его формы в плане возможно использование дополнительных опор-зданий.

По всей площади крыши 1, где расположены солнечные панели, выполняют светопроникающие фонари (окна), которые необходимы для равномерного естественного освещения города.

По окончании возведения зданий 3 и крыши 1 выполняют монтаж ветровых электростанций 4. Каждая ВЭС включает автономные расположенные по высоте ветроустановки с горизонтальным расположением ветрогенераторов, вертикальные перегородки 12 жесткой конструкции, металлические связи 13 и горизонтальные ванты 14. Связи 13 и ванты 14 обеспечивают пространственную жесткость ВЭС. Передние перегородки 12, которые обращены в сторону стационарного потока воздуха, располагают под острым углом относительно диаметральных осей ветрогенератора по часовой или против часовой стрелки. Такое смещение передних перегородок позволяет увеличить давление потока воздуха на лопасти 15 ветрогенератора, существенно повысить его угловую скорость и, следовательно, мощность ВЭС. Величина острого угла, на который смещены передние перегородки, не может быть назначена конкретно в градусах, поскольку для этого требуется проведение как теоретических, так и экспериментальных исследований.

По внутреннему периметру ГЭК разрабатывают замкнутую траншею, заполняют ее холодной водой, полученной при таянии айсберга 5, и образуют водный канал 9 с периодической циркуляцией в нем воды. Один айсберг объемом в 1,5-2,0 млн. м³ воды может обеспечить город с населением в 30000 чел., пресной питьевой водой высокого качества в течение всего года, не считая создания канала (искусственной реки).

Канал 9 по всей длине разделяют перегородками на отдельные секции, которые сообщаются между собой в верхней части переточными трубами. Секции канала имеют неодинаковую температуру воды и предназначены для разведения и выращивания различных ценных пород речной рыбы в соответствии с теми условиями, в которых рыба находится в условиях естественных. Большая площадь зеркала воды и циркуляция воды в канале 9 приводит к охлаждению воздуха, созданию оптимальной влажности и улучшению микроклимата в ГЭК.

В закрытом городе используется автомобильный транспорт с электрическим двигателем, что полностью исключает загрязнение воздуха.

Крыша с солнечными панелями препятствует проникновению солнечных лучей внутрь города, нагреванию в нем воздуха, тем не менее в ГЭК предусмотрена система контроля микроклимата. Система включает водный канал 9, обеспечивающий необходимую влажность и температуру воздуха в городе, и газовую станцию 10 для производства холодного воздуха на основе нейтрального газа - азота и кислорода. В газовой станции сначала получают в сжиженном виде азот и кислород, затем их подают в газообразном состоянии в смесительную камеру в расчетных пропорциях и получают воздух с низкой температурой. Искусственный воздух, который служит хладоагентом, подают под небольшим давлением в перфорированные воздухопроводы 16. Холодный воздух с нулевой влажностью выходит из отверстий воздухопроводов, смешивается с воздухом атмосферным и понижает влажность и температуру его до комфортной, т.е.+20-25С°.

В системе питьевого водоснабжения города, где нет стандартных источников воды, озер, рек, поземных вод, в качестве источников питьевой воды используют айсберги 5 искусственного происхождения. Айсберги объемом до 2,0 млн. м³ формируют в шельфовых водах Арктических стран, России, Канады, США (Аляска) и транспортируют по холодным течениям океанов к городу на морском побережье, защищая их во время плавания от таяния. Айсберг 5 у морского побережья под действием солнечных лучей превращают в воду с температурой +4-6С°, которую подают насосами в наземный водоем 6 для хранения питьевой воды. Из водоема 6 холодную питьевую воду подают в водный канал 9 и в городские распределительные трубопроводы.

Система технического водоснабжения ГЭК предназначена для обеспечения бытовых нужд, противопожарного водоснабжения, объектов промышленного и сельскохозяйственного назначения. Солнечная и ветровая электростанции вырабатывают огромное количество электроэнергии. Поэтому для производства технической воды используют опреснительную станцию 7, работающую не на атомной, а на электрической энергии, полученной от солнца и ветра. Под действием высоких температур морскую воду превращают в пар, а затем пар конденсируют.

Опресненную морскую воду подают в теплоизолированный резервуар 8, охлаждают с помощью холодопроводов и подают по водоводам 17 потребителям в город и сельскохозяйственную зону 11, размещенную с надветренной стороны города.

В городе, на территории свободной от застройки, создают парковую зону, которую разделяют на отдельные секции. Каждая секция предназначена для определенного вида деревьев и растений, которым создают климат, соответствующий среде естественного их обитания.

Разнообразие в городе ландшафта с неодинаковыми климатическими условиями позволяет создать населению более комфортные условия для проживания и отдыха. Таким образом, строительство и эксплуатация ГЭК в сложных природных условиях оказывается вполне реальными и менее затратными, так как для решения технических задач используются естественные источники энергии: ветер, солнце, атмосферный холод, фазовая теплота плавления льда и новые технологические решения.

Claims (1)

1. Градостроительный энергосберегающий комплекс, включающий здания, сооружения, инженерные коммуникации, ветровые, солнечные установки и опреснительную станцию, отличающийся тем, что комплекс размещен под светопроникающей сферической крышей дугообразной в плане формы, обращенной внешней поверхностью в сторону моря, снабжен в виде башен ветровыми электростанциями, размещенными вдоль продольной оси города, солнечной электростанцией, расположенной на поверхности крыши города, сельскохозяйственной зоной, размещенной с подветренной стороны города, каналом с холодной пресной водой, расположенным по периметру внутри города, системой микроклимата, выполненной в виде канала и газовой станции, соединенной с перфорированными воздухопроводами, размещенными под крышей города, и сооружениями по зимним видам спорта открытого типа, размещенными вне зданий, при этом система питьевого водоснабжения снабжена постоянными источником пресной холодной воды в виде айсбергов искусственного происхождения и наземным водоемом, опреснительная станция подключена к источникам электрической природной энергии и соединена с резервуаром для хранения и охлаждения опресненной воды, водный канал снабжен секциями с неодинаковой эксплуатационной температурой воды, парковая зона выполнена в виде автономных секций с различными климатическими условиями, причем нижняя часть электростанций выполнена в виде многоэтажных зданий и размещена внутри города, верхняя выполнена в виде вертикальных перегородок, соединенных между собой по периметру и высоте поперечными вантами, а перегородки, обращенные в сторону моря, смещены относительно диаметральных осей ветрогенераторов на величину острого угла по часовой или против часовой стрелки.

Images