RU2526031C2 - Low-rise energy-producing building - Google Patents

Low-rise energy-producing building Download PDF

Info

Publication number
RU2526031C2
RU2526031C2 RU2012140270/03A RU2012140270A RU2526031C2 RU 2526031 C2 RU2526031 C2 RU 2526031C2 RU 2012140270/03 A RU2012140270/03 A RU 2012140270/03A RU 2012140270 A RU2012140270 A RU 2012140270A RU 2526031 C2 RU2526031 C2 RU 2526031C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
building
roof
walls
energy
wind
Prior art date
Application number
RU2012140270/03A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2012140270A (en
Inventor
Лев Иванович Гаранин
Original Assignee
Лев Иванович Гаранин
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Лев Иванович Гаранин filed Critical Лев Иванович Гаранин
Priority to RU2012140270/03A priority Critical patent/RU2526031C2/en
Publication of RU2012140270A publication Critical patent/RU2012140270A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2526031C2 publication Critical patent/RU2526031C2/en

Links

Images

Classifications

    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02B—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO BUILDINGS, e.g. HOUSING, HOUSE APPLIANCES OR RELATED END-USER APPLICATIONS
    • Y02B10/00—Integration of renewable energy sources in buildings
    • Y02B10/30—Wind power

Landscapes

  • Buildings Adapted To Withstand Abnormal External Influences (AREA)
  • Building Environments (AREA)

Abstract

FIELD: construction.
SUBSTANCE: invention relates to construction of low-rise energy-producing buildings, also on permafrost soils, relates to non-conventional power engineering with usage of natural sources of energy and may be used primarily under conditions of moderate and cold climate. The difference is in the fact that when walls are made of wooden elements, logs of smaller diameter are used, starting from 15 cm. In the invention the main elements of the building, such as walls and roof, serve as elements of a wind-solar plant. At the same time the wind generator installed in the building roof starts producing electric energy at wind speed of 0.5-0.8 m/sec.
EFFECT: technical result and substantial differences of a building compared to available ones consist in the fact that a building is a source of electric and thermal energy, is equipped with an anti-precipitation device, wind-gripping vertical partitions placed on external surfaces of the building wall, a solar power plant, solar panels of which are arranged along the entire surface of the flat roof, a plant of atmospheric water supply, a device for air cooling in the building with usage of thermal energy of soil, a plant for automatic removal of snow from the surface of the roof, a device for prevention of ice formation in rainwater pipes and the method of erection of piled footings and operation of low-rise buildings under conditions of permafrost soils.
2 cl, 11 dwg

Description

Изобретение относится к области строительства и эксплуатации малоэтажных энергосберегающих зданий, имеет отношение к нетрадиционной энергетике с использованием природных источников энергии, ветра, солнца, тепловой энергии грунта и может быть использовано в любых климатических условиях.The invention relates to the field of construction and operation of low-rise energy-saving buildings, relates to alternative energy using natural sources of energy, wind, solar, thermal energy of the soil and can be used in any climatic conditions.

Известно малоэтажное энергосберегающее здание, включающее стены из деревянных элементов, бревен или бруса, крышу с навесами, скатную кровлю и солнечный водонагреватель (R4 940 10773 А1 от 20.08.1996 г.).A low-rise energy-saving building is known, including walls made of wooden elements, logs or beams, a roof with awnings, a pitched roof and a solar water heater (R4 940 10773 A1 from 08.20.1996).

Недостатками здания являются невозможность использования несущих конструкций здания, стен, крыши, в качестве источников электрической энергии, сложность быстрого удаления снега с кровли здания, большие потери тепла через деревянные стены и большие затраты электрической и тепловой энергии.The disadvantages of the building are the inability to use the supporting structures of the building, walls, roof, as sources of electrical energy, the difficulty of quickly removing snow from the roof of the building, the large heat loss through the wooden walls and the high cost of electrical and thermal energy.

Наиболее близким по технической сущности предлагаемому решению является малоэтажное энергообразующее здание (МЭЗ) с теплыми деревянными стенами, выполняющие роль мини-электростанции мощностью до 10 кВт (патент R4 2421583 с 1 от 20.06.2011 г.).The proposed solution closest in technical essence is a low-rise energy-generating building (MEZ) with warm wooden walls, acting as a mini-power plant with a capacity of up to 10 kW (patent R4 2421583 from 1 dated June 20, 2011).

Недостатками МЭЗ являются недостаточная энергетическая мощность во время действия потоков воздуха (ветра) в направлении диагонали здания, малоэффективное использование солнечной энергии и атмосферного водоснабжения, низкая несущная способность деревянных балок, невозможность использования в стенах бревен небольшого диаметра и удаления льда из водосточных труб, подверженность здания деформациям при возникновении сил морозного пучения и большие затраты электроэнергии при охлаждении помещений здания.The disadvantages of the MEZ are insufficient energy capacity during the flow of air (wind) in the direction of the building’s diagonal, inefficient use of solar energy and atmospheric water supply, low load-bearing capacity of wooden beams, the inability to use small diameter logs and remove ice from drainpipes in the walls, and the building is subject to deformations in case of frost heaving forces and high energy costs when cooling the premises of the building.

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

Цель изобретения состоит в повышении энергоэффективности, улучшении технических характеристик и экономических показателей МЭЗ.The purpose of the invention is to increase energy efficiency, improve the technical characteristics and economic indicators of the MEZ.

Поставленная цель достигается тем, что здание снабжено компенсатором сил морозного пучения, размещенным в грунте по периметру здания, вертикальными перегородками, расположенными перпендикулярно на внешней поверхности стен, и деревянными балками повышенной несущей способности (ПНС). При этом компенсатор выполнен в виде незамерзающего слоя глинистого раствора и размещен в контакте с боковой поверхностью здания, солнечные панели размещены на всей поверхности крыши здания, каждый деревянный элемент стены выполнен в виде скрепленных между собой регулирующими винтами полубревен, обращенными выпуклыми поверхностями друг к другу, а теплоизоляционной вспученный материал размещен между полубревнами на всю высоту стен, балка ПНС выполнена не менее чем из двух состыкованных плоских вертикальных деревянных элементов прямоугольной формы и снабжена размещенной между элементами вертикальной пластиной с обратимой деформацией и высокими механическими характеристиками, установка для удаления снега выполнена в виде одной центральной трубы, имеющей два ряда боковых отверстий, направленных в противоположные стороны, и труб, смежных с одним рядом отверстий, обращенных к стенам здания, воздухоохлаждающее устройство выполнено в виде подземного коллектора, размещенного в оболочке из глинистого максимально увлажненного грунта и соединенного одним концом с воздухозаборником, другим - с зоной пониженного давления воздуха в крыше здания, устройство атмосферного водоснабжения выполнено в виде сообщающихся теплоизолированных полузаглубленных в грунт емкостей, которые размещены под водосточными трубами, снабжено погружным насосом и водонагревательным элементом, причем каждая водосточная труба снабжена перфорированным контейнером, заполненным гранулами карбида кальция и технической солью и имеющим возможность свободного перемещения по трубе, и тем, что при возведении и эксплуатации здания в условиях вечномерзлых грунтов в подполье здания создают периодически газовый экран с низкой отрицательной температурой, а при погружении трубчатых свай используют лидерную скважину диаметром на два сантиметра меньше диаметра сваи.This goal is achieved by the fact that the building is equipped with a compensator of frost heaving forces placed in the ground along the perimeter of the building, vertical partitions located perpendicular to the outer surface of the walls, and wooden beams of increased bearing capacity (PNS). In this case, the compensator is made in the form of an antifreeze layer of clay mortar and placed in contact with the side surface of the building, solar panels are placed on the entire surface of the roof of the building, each wooden wall element is made in the form of half-logs fastened together by adjusting screws, facing convex surfaces to each other, and the heat-insulating expanded material is placed between the half-logs to the entire height of the walls, the PNS beam is made of at least two joined flat vertical wooden elements directly of a carbon shape and equipped with a vertical plate placed between the elements with reversible deformation and high mechanical characteristics, the snow removal unit is made in the form of one central pipe having two rows of side holes facing in opposite directions, and pipes adjacent to one row of holes facing the walls of the building, the air-cooling device is made in the form of an underground collector placed in a shell of clay maximum moistened soil and connected at one end to the air the intake, another with a zone of reduced air pressure in the roof of the building, the atmospheric water supply device is made in the form of communicating heat-insulated tanks half-buried in the ground, which are placed under the drain pipes, equipped with a submersible pump and a water heating element, each drain pipe equipped with a perforated container filled with carbide granules calcium and technical salt and having the possibility of free movement through the pipe, and the fact that during the construction and operation of the building in condition ditions permafrost underground buildings create periodically a gas screen with low negative temperature and the immersion pipe piles are used leader diameter hole two centimeters smaller pile diameter.

Сущность изобретения поясняется чертежом, где на фиг.1,2 в плане и разрезе, на фиг.3, 4 в плане показано МЭЗ, на фиг.5 в разрезе показан фрагмент стены из деревянных элементов, на фиг.6, 7 в плане и разрезе показана балка ПНС, на фиг.8 представлена схема развертки установки атмосферного водоснабжения, на фиг.9 в разрезе изображен подземный коллектор, на фиг.10 в разрезе показан фрагмент водосточной трубы и на фиг.11 в разрезе показан свайный фундамент здания, возводимого на вечномерзлых грунтах.The invention is illustrated by the drawing, where in Fig.1,2 in plan and section, in Figs. 3, 4 in plan it is shown a MEZ, in Fig. 5 in section a fragment of a wall of wooden elements is shown, in Figs. 6, 7 in plan and a section shows a PNS beam, Fig. 8 shows a sweep diagram of an atmospheric water supply installation, Fig. 9 shows a subsurface collector in a section, Fig. 10 shows a fragment of a drainpipe in a section, and Fig. 11 shows a pile foundation of a building being erected on a section. permafrost soils.

Здание включает ленточный фундамент 1, стены 2 из деревянных элементов, балки ПНС 3, плоскую крышу 4, навесы 5, вертикальные внешние перегородки 6, ветрогенератор 7, солнечные панели 8, перфорированные трубы 9, 10, подземный коллектор 11, водосборные емкости 12 и водосточные трубы 13.The building includes a strip foundation 1, walls 2 made of wooden elements, PNS 3 beams, a flat roof 4, awnings 5, vertical external partitions 6, a wind generator 7, solar panels 8, perforated pipes 9, 10, an underground collector 11, drainage tanks 12 and drainpipes pipes 13.

Под здание возводят ленточный фундамент 1. В климатической зоне, где существует промерзание грунтов, сложенных глинами, суглинками и супесями, по периметру фундамента разрабатывают траншею шириной 20-25 см. Траншею заполняют глинистым раствором 14, приготовленным на основе дизельного топлива. Глубину траншеи определяют по формулеUnder the building, a strip foundation 1 is being erected. In a climatic zone where there is freezing of soils made up of clays, loams and sandy loams, a trench 20-25 cm wide is developed along the perimeter of the foundation. A trench filled with clay solution 14, prepared on the basis of diesel fuel. The depth of the trench is determined by the formula

H=Q/П x t, H = Q / P x t,

где Q - вес здания, тн;where Q is the weight of the building, t;

П - периметр здания, м;P - the perimeter of the building, m;

t - сила морозного пучения, тн/м2.t is the force of frost heaving, tn / m 2 .

В процессе промерзания пучинистых грунтов грунтовый раствор, находящийся в контакте с боковой поверхностью фундамента, остается в пластичном состоянии на весь период эксплуатации здания и выполняет роль смазочного материала, компенсирующего силы морозного пучения. Использование грунтового компенсатора исключает появление осадок фундамента и деформации здания.In the process of freezing of heaving soils, the soil solution in contact with the side surface of the foundation remains in a plastic state for the entire period of operation of the building and acts as a lubricant that compensates for the forces of frost heaving. Using a soil compensator eliminates the appearance of foundation sediments and deformation of the building.

Стены 2 возводят из деревянных бревенчатых элементов 15 (полубревен), технология изготовления которых состоит в следующем. Диаметр бревен для изготовления стен принимают не менее 15 см, требования СНИП - 22 см. С обеих сторон освобожденного от коры бревна изготавливают два канта 16 (срез) и придают бревну по всей длине одинаковый размер в продольном сечении. Затем бревно разрезают по диаметральной плоскости, проходящей через канты на две половины. Оба элемента стыкуют между собой по длине таким образом, чтобы диаметральные плоскости были обращены в противоположные стороны, а вершина одного полубревна была расположена с более толстой частью (комлем) полубревна другого. Невыполение этого условия приведет к появлению между элементами 15 по всей длине неодинаковой опорной площади кантов 16 и, следовательно, снижению прочностных характеристик и качества стен 2.Walls 2 are built of wooden log elements 15 (half logs), the manufacturing technology of which is as follows. The diameter of the logs for the manufacture of walls is no less than 15 cm, the requirements of SNIP are 22 cm. On both sides of the bark-free log, two edgings 16 are made (cut) and the log is given along the entire length the same size in longitudinal section. Then the log is cut along the diametrical plane passing through the piping into two halves. Both elements are joined together along the length so that the diametrical planes are turned in opposite directions, and the top of one half log is located with a thicker part (knot) of the half log of the other. Failure to do this will lead to the appearance between the elements 15 along the entire length of the uneven supporting area of the edges 16 and, therefore, a decrease in the strength characteristics and quality of the walls 2.

Элементы, изготовленные из одного бревна, соединяют между собой по всей длине винтами 17, имеющими возможность регулировать размер стены в поперечном сечении. По мере возведения стены из деревянных элементов пространство между ними заполняют экологически чистым теплоизоляционным материалом 18, например монтажной пеной. Благодаря высокой адгезии (прилипаемости) связующего материала 18 с деревом стена 2 приобретает высокие прочностные характеристики. Использование бревен меньшего размера и изготовление стен подобной конструкции позволяет при увеличении трудоемкости на 15% в сравнении с аналогом (прототипом) снизить потери тепла более чем в три раза и стоимость стен на 30-40%.Elements made of one log are connected together along the entire length by screws 17, which are able to adjust the size of the wall in cross section. As the wall of wooden elements is erected, the space between them is filled with environmentally friendly heat-insulating material 18, for example, mounting foam. Due to the high adhesion (adhesion) of the binder material 18 to the tree, the wall 2 acquires high strength characteristics. The use of smaller logs and the manufacture of walls of a similar design makes it possible to reduce heat loss by more than three times and the cost of walls by 30-40% with an increase in the complexity of 15% in comparison with an analog (prototype).

В качестве балок перекрытий используют деревянные балки повышенной несущей способности (ПНС): Балка ПНС 3 состоит не менее чем из двух деревянных элементов 19 (брус) и размещенной между элементами пластиной 20, имеющей высокую деформативную способность с повышенными механическими характеристиками. Пластины изготавливают из высокоуглеродистой стали или из углестеклопластика. Элементы 19 соединяют с пластиной с помощью клея, винтов или заклепок. Балку в сборе устанавливают в строгом соответствии с продольной ее осью.As floor beams, wooden beams of increased bearing capacity (PNS) are used: PNS beam 3 consists of at least two wooden elements 19 (timber) and a plate 20 located between the elements, which has a high deformation ability with improved mechanical characteristics. The plates are made of high carbon steel or carbon fiber. Elements 19 are connected to the plate with glue, screws or rivets. The beam assembly is installed in strict accordance with its longitudinal axis.

Использование пластин с обратимой информацией исключает отклонение балки от продольной оси и позволяет обеспечить расчетную несущую способность. Экспериментальными исследованиями установлено, что 90% несущей способностью в балке ПНС воспринимает пластина 20. Деревянные элементы в балке выполняют роль оболочек, которые необходимы для соединения с элементами крыши, стен здания и опорной рамой под ветрогенератор. Несмотря на увеличение трудоемкости при изготовлении балок ПНС в сравнении с аналогом, ее применение позволит при прочих равных условиях увеличить длину пролета в 1,5-1,6 раза и отказаться от ферм деревянных.The use of plates with reversible information eliminates the deviation of the beam from the longitudinal axis and allows you to provide the estimated bearing capacity. Experimental studies found that the plate 20 perceives 90% of the bearing capacity in the PNS beam. The wooden elements in the beam act as shells that are necessary for connecting with the roof elements, building walls and the supporting frame under the wind generator. Despite the increase in complexity in the manufacture of PNS beams in comparison with the analogue, its application will allow, all other things being equal, to increase the span length by 1.5-1.6 times and to abandon wooden trusses.

На потолочном покрытии, выполненном с теплошумозащитным покрытием, размещают крышу 4, ветрозахватные перегородки 6 и навесы 5. На деревянные элементы обрешетки укладывают солнечные панели 8. Стыковые соединены между панелями заполняют гидроизоляционным материалом (монтажной пеной), обеспечивая герметичность крыши. Солнечные панели, кроме своего прямого назначения, выполняют роль кровли. Уклон панели (i) для стока атмосферной воды принимают равным 0,01. Размещение панелей по всей поверхности горизонтальной крыши позволяет увеличить площадь и соответственно мощность солнечной установки.On the ceiling, made with a heat-insulating coating, place the roof 4, wind-shelter partitions 6 and awnings 5. Solar panels are laid on the wooden elements of the crate 8. The joint joints between the panels are filled with waterproofing material (mounting foam), ensuring the roof is airtight. Solar panels, in addition to its direct purpose, serve as a roof. The slope of the panel (i) for runoff of atmospheric water is taken equal to 0.01. Placing panels on the entire surface of the horizontal roof allows you to increase the area and, accordingly, the power of the solar installation.

Удаление снега с солнечного покрытия выполняют с помощью сжатого воздуха, подаваемого бытовым компрессором в перфорированные трубопроводы. Трубопроводы включают одну центральную трубу 9 с двухрядным расположением боковых отверстий и смежные трубы 10, где отверстия выполняют в один ряд и направляют в сторону стен здания. Трубы 9, 10 располагают параллельно друг другу и стенам здания. Подобное расположение труб и отверстий на трубах позволяет удалять снег с крыши любой формы и площади в сжатые сроки с минимальными затратами электроэнергии. Для свободного стока атмосферной воды с крыши МЭЗ трубопроводы размещают на подкладках толщиной 2-3 см. В установке для удаления снега с крыши здания предусмотрено, кроме компрессора, побудительное устройство, которым служит баллон со сжиженным нейтральным газом - азотом.Snow removal from the solar coating is performed using compressed air supplied by a household compressor to perforated pipelines. Pipelines include one central pipe 9 with a two-row arrangement of side holes and adjacent pipes 10, where the holes are made in one row and directed towards the walls of the building. Pipes 9, 10 are arranged parallel to each other and to the walls of the building. Such an arrangement of pipes and holes in the pipes allows you to remove snow from the roof of any shape and area in a short time with minimal energy consumption. For free flow of atmospheric water from the roof of the MEZ, pipelines are placed on linings 2-3 cm thick. In the installation for removing snow from the roof of the building, in addition to the compressor, an induction device is provided, which is a cylinder with a liquefied neutral gas - nitrogen.

Энергетическая мощность здания от использования ветровой энергии зависит от скорости, объема поступающего воздуха в крышу здания и направления ветра. Если потоки воздуха направлены перпендикулярно стенам здания, мощность ветрогенератора при площади здания в плане 100 м2 и скорости ветра 5 м/сек может достигать 10 кВт. При отклонении направления ветра на 45° мощность ветрогенератора (здания) снижается на 4-5 кВт. В связи с этим на каждой стене здания закрепляют вертикальные перегородки 6, которые способны изменять горизонтальное направление ветра на вертикальное. В результате использования вертикальных перегородок 6 мощность МЭЗ увеличивается на 30-40%.The energy capacity of the building from the use of wind energy depends on the speed, volume of incoming air into the roof of the building and the direction of the wind. If air flows are directed perpendicular to the walls of the building, the power of the wind generator with a building area of 100 m 2 and a wind speed of 5 m / s can reach 10 kW. When the wind direction deviates by 45 °, the power of the wind generator (building) is reduced by 4-5 kW. In this regard, on each wall of the building, vertical partitions 6 are fixed, which are able to change the horizontal direction of the wind to vertical. As a result of the use of vertical partitions 6, the power of the MEZ increases by 30-40%.

По углам здания устанавливают полузаглубленные в грунт водосборные емкости 12 в тепловой оболочке 21. Емкости соединяют между собой переточными полимерными трубами 22, которые прокладывают вблизи поверхности грунта. В одной из емкостей устанавливают водонагревательный элемент 23, а в емкости противоположной размещают нагружной насос 24. Насос предназначен для подачи воды в здание на бытовые нужды. Вода для полива растений на приусадебном участке поступает из емкостей 12 под действием гидростатического давления. Постоянный расход воды из сообщающихся теплоизолированных емкостей, использование водонагревателя и подземное расположение переточных труб исключает замерзание воды в установке при низких отрицательных температурах воздуха.At the corners of the building, half-buried drainage tanks 12 are installed in the thermal shell 21. The tanks are interconnected by transfer polymer pipes 22, which are laid near the surface of the soil. A water heating element 23 is installed in one of the containers, and a load pump 24 is placed in the opposite container. The pump is designed to supply water to the building for domestic purposes. Water for irrigation of plants in the infield comes from tanks 12 under the influence of hydrostatic pressure. The constant flow of water from interconnected thermally insulated tanks, the use of a water heater and the underground location of the transfer pipes eliminates the freezing of water in the installation at low negative air temperatures.

Поступление воды в емкости 12 осуществляется через водосточные трубы 13. В весеннее время года при знакопеременных температурах воздуха в трубах 13 происходит образование наледи и ледяных пробок. В этот период в верхней части водосточных труб закрепляют контейнеры 25 с перфорированной поверхностью. Полость контейнера предварительно заполняют карбидом кальция 26 и технической солью 27. Талая вода с кровли здания поступает в контейнер, вступает в реакцию с CaC2, нагревается до температуры 40-50°С и, таким образом, предохраняет поверхность от образования наледи и ледяных пробок.The flow of water into the tank 12 is carried out through the drainpipes 13. In the spring season, when the air temperatures are alternating in the pipes 13, ice and ice plugs form. During this period, containers 25 with a perforated surface are fixed in the upper part of the drainpipes. The container cavity is pre-filled with calcium carbide 26 and technical salt 27. Melt water from the roof of the building enters the container, reacts with CaC 2 , heats up to a temperature of 40-50 ° C and, thus, protects the surface from the formation of ice and ice plugs.

Рядом со зданием в траншее прокладывают коллектор 11 в оболочке 28 из глинистого максимально увлажненного грунта. Один конец коллектора соединяют с воздухозаборником 29, другой соединяют через вытяжную трубу 30 с зоной пониженного давления, которой служит воздушное пространство под ветрогенератором 7. Глинистый грунт обладает свойством сохранять влагу и при этом не отдавать ее, если рядом нет источника тепла с высокой температурой. Следовательно, оболочка 28 выполняет в устройстве роль естественного аккумулятора холода.A collector 11 is laid in a trench next to the building in a trench shell 28 made of clay maximum moist soil. One end of the collector is connected to the air intake 29, the other is connected through the exhaust pipe 30 to the reduced pressure zone, which serves as the air space under the wind generator 7. Clay soil has the property of retaining moisture and not giving it away if there is no heat source nearby with high temperature. Therefore, the shell 28 acts as a natural cold accumulator in the device.

Охлаждающее устройство работает в режиме проточно-вытяжной вентиляции, в которой побудительными устройствами являются ветрогенератор, градиенты температур и давления воздуха. Постоянная разность давления воздуха в устройстве приводит к циркуляции воздуха в коллекторе 11 и вытяжной трубе 30. Подачу и объем холодного воздуха в помещении здания регулируют запорной арматурой. В зимний период года оболочка 28 из глинистого грунта замерзает. Аккумулирующая способность грунта возрастает, поскольку появляется другая составляющая атмосферного холода - фазовая теплота плавления льда. В процессе эксплуатации устройство не требует затрат электрической энергии. Таким образом, общая энергетическая мощность здания с учетом использования всех типов природных источников энергии, ветра, солнца, грунта и фазовой теплоты плавления льда может находиться в пределах 15-20 кВт.The cooling device operates in a flow-exhaust ventilation mode, in which the wind generator, temperature and air pressure gradients are the stimulating devices. A constant difference in air pressure in the device leads to air circulation in the manifold 11 and the exhaust pipe 30. The supply and volume of cold air in the building's premises is regulated by shutoff valves. In the winter season, the shell 28 of clay soil freezes. The accumulating capacity of the soil increases as another component of the atmospheric cold appears - the phase heat of melting of the ice. During operation, the device does not require electrical energy. Thus, the total energy capacity of the building, taking into account the use of all types of natural sources of energy, wind, sun, soil and phase heat of melting ice, can be in the range of 15-20 kW.

В условиях распространения вечномерзлых грунтов строительство малоэтажных зданий выполняется на свайных фундаментах с использованием закрытого холодного подполья. Вечномерзлые грунты относятся к грунтам слабым и, как правило, к пучинистым. Поэтому постоянное оттаивание и замерзание сезонного грунта приводит к появлению неравномерных осадок фундамента и деформациям зданий с небольшими нагрузками. При устройстве свайных фундаментов в настоящее время используются буроопускной способ погружения сваи 31. В результате срок вмерзания свай, а следовательно, и строительство здания составляет 6-7 месяцев.In the conditions of the spread of permafrost soils, the construction of low-rise buildings is carried out on pile foundations using an indoor cold underground. Permafrost soils are weak and, as a rule, heaving soils. Therefore, constant thawing and freezing of seasonal soil leads to the appearance of uneven precipitation of the foundation and deformation of buildings with small loads. When installing pile foundations, the drilling and launching method of piling 31 is currently used. As a result, the freezing time of piles, and therefore the construction of the building, is 6-7 months.

Для решения этой задачи предлагается буровибропогружной способ погружения свай, сущность которого состоит в следующем.To solve this problem, a submersible submersible pile driving method is proposed, the essence of which is as follows.

На площадке под здание бурят лидерную скважину, диаметр которой принимают на 1,5-2 см меньше диаметра трубчатой стальной сваи. В пробуренную скважину устанавливают трубчатую сваю с закрытым острым концом. Погружение сваи выполняют с использованием электровибратора. Под действием вибратора околосвайный мерзлый грунт толщиной 0,7-1,0 см мгновенно превращается в грунт талый. Погружение сваи на глубину 3 м происходит за 8-10 минут. После этого сваи оставляют для естественного вмерзания. В зимнее время свая после погружения смерзается с мерзлым грунтом в течение 2-3 часов.A leader well is drilled at the site under the building, the diameter of which is taken 1.5-2 cm less than the diameter of the tubular steel pile. A tubular pile with a closed sharp end is installed in the drilled well. Piling is performed using an electric vibrator. Under the action of a vibrator, near-pile frozen soil 0.7-1.0 cm thick instantly turns into thawed soil. Pile immersion to a depth of 3 m occurs in 8-10 minutes. After this, the piles are left for freezing. In winter, the pile after diving is frozen with frozen soil for 2-3 hours.

Исключение влияния сил морозного пучения на сваи в слое грунта сезонного оттаивания - промерзания оказывается возможным, если этот грунт оставлять в мерзлом состоянии на весь период эксплуатации здания. Для этого в теплый период года в закрытое подполье здания подают из газобаллонной установки периодически нейтральный газ - азот - с низкой отрицательной температурой. Сохранение сезонного слоя грунта 32 под здание в мерзлом состоянии позволяет существенно повысить несущую способность фундамента, уменьшить глубину заложения свай и повысить надежность и сроки эксплуатации малоэтажного здания.The exclusion of the influence of frost heaving forces on piles in the soil layer of seasonal thawing - freezing is possible if this soil is left frozen for the entire period of operation of the building. To do this, in the warm season, periodically neutral gas - nitrogen - with a low negative temperature is supplied from a gas cylinder to the closed underground of the building. Preservation of the seasonal soil layer 32 under the building in a frozen state can significantly increase the bearing capacity of the foundation, reduce the depth of piling and increase the reliability and life of a low-rise building.

Несмотря на улучшение технических характеристик и экономических показателей, малоэтажное здание с плоской крышей лишено разнообразия архитектурных форм. Учитывая это обстоятельство, здание может быть использовано при строительстве коттеджных поселков преимущественно для владельцев с ограниченными финансовыми возможностями. Кроме этого, полный набор технических решений не может быть использован для любой климатической зоны. Так, например, если здание предполагается располагать в условиях теплого сухого климата, не имеет смысла использовать деревянные стены и балки, устройство для удаления снега с крыши здания, устройство для предотвращения наледи в водосточных трубах и установки атмосферного водоснабжения. И, наоборот, в условиях холодного климата нет необходимости в грунтоохлаждающем устройстве и солнечной электроустановке.Despite the improvement of technical characteristics and economic indicators, a low-rise building with a flat roof is devoid of a variety of architectural forms. Given this circumstance, the building can be used in the construction of cottage villages mainly for owners with limited financial capabilities. In addition, a complete set of technical solutions cannot be used for any climate zone. So, for example, if the building is supposed to be located in a warm, dry climate, it makes no sense to use wooden walls and beams, a device to remove snow from the roof of the building, a device to prevent frost in the drainpipes and to install atmospheric water supply. Conversely, in cold climates there is no need for a soil-cooling device and a solar installation.

Claims (2)

1. Малоэтажное энергообразующее здание, включающее фундамент, стены из деревянных элементов, деревянные балки, ветрозахватную крышу, солнечные панели, ветрогенератор, воздухоохлаждающее устройство, устройство для атмосферного водоснабжения и водосточные трубы, отличающееся тем, что здание снабжено компенсатором сил морозного пучения, размещенным в грунте по периметру здания, вертикальными перегородками, расположенными перпендикулярно на внешней поверхности стен, и деревянными балками повышенной несущей способности (ПНС), при этом компенсатор выполнен в виде незамерзающего слоя глинистого раствора и размещен в контакте с боковой поверхностью здания, солнечные панели размещены по всей поверхности крыши здания, каждый деревянный элемент стены выполнен в виде скрепленных между собой регулирующими винтами полубревен, обращенными выпуклыми поверхностями друг к другу, а теплоизоляционный вспученный материал размещен между полубревнами на всю высоту стен, балка ПНС выполнена не менее чем из двух состыкованных плоских элементов прямоугольной формы и снабжена размещенной между элементами вертикальной пластиной с обратимой деформацией, установка для удаления снега выполнена в виде одной центральной трубы, имеющей два ряда боковых отверстий, направленных в противоположные стороны, и труб, смежных с одним рядом отверстий, обращенных к стенам здания, воздухоохлаждающее устройство выполнено в виде подземного коллектора, размещенного в оболочке из глинистого максимально увлажненного грунта и соединенного одним концом с воздухозаборником, другим - с зоной пониженного давления воздуха в крыше здания, устройство атмосферного водоснабжения выполнено в виде сообщающихся теплоизолированных полузаглубленных в грунт емкостей, которые размещены под водосточными трубами, снабжено погруженным насосом и водонагревательным элементом, причем каждая водосточная труба снабжена перфорированным контейнером, заполненным гранулами карбида кальция и технической солью и имеющим возможность перемещения по трубе.1. Low-rise energy-generating building, including a foundation, walls made of wooden elements, wooden beams, a wind-covered roof, solar panels, a wind generator, an air-cooling device, a device for atmospheric water supply and drainpipes, characterized in that the building is equipped with a compensator of frost forces placed in the ground along the perimeter of the building, vertical partitions located perpendicular to the outer surface of the walls, and wooden beams of increased bearing capacity (PNS), while the pensioner is made in the form of a non-freezing layer of clay mortar and placed in contact with the side surface of the building, solar panels are placed on the entire surface of the roof of the building, each wooden wall element is made in the form of half-logs fastened together by adjusting screws, facing convex surfaces to each other, and heat-insulated expanded the material is placed between the half-logs to the full height of the walls, the PNS beam is made of at least two joined flat rectangular elements and is equipped with between the elements of a vertical plate with reversible deformation, the installation for removing snow is made in the form of one central pipe having two rows of side holes directed in opposite directions, and pipes adjacent to one row of holes facing the walls of the building, the air-cooling device is made in the form underground collector placed in a shell of clay maximum moistened soil and connected at one end to an air intake, the other to a zone of reduced air pressure in the roof of the building, GUSTs atmospheric water is in the form of interconnected insulated poluzaglublennyh the soil containers are placed under the downpipes, is provided with a submerged pump and water heating element, each drainpipe is provided with a perforated container filled with granules of calcium carbide and technical salt and having the ability to move through the pipe. 2. Малоэтажное энергообразующее здание по п.1, отличающееся тем, что при возведении и эксплуатации здания в условиях вечномерзлых грунтов в подполье здания создают периодически газовый экран с низкой отрицательной температурой, а при погружении трубчатых свай используют лидерную скважину диаметром на два сантиметра меньше диаметра сваи. 2. The low-rise energy-generating building according to claim 1, characterized in that during the construction and operation of the building in permafrost soils, a gas screen with a low negative temperature is periodically created in the underground of the building, and when immersing the tubular piles, a leader well with a diameter of two centimeters less than the diameter of the pile is used .
RU2012140270/03A 2012-09-20 2012-09-20 Low-rise energy-producing building RU2526031C2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2012140270/03A RU2526031C2 (en) 2012-09-20 2012-09-20 Low-rise energy-producing building

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2012140270/03A RU2526031C2 (en) 2012-09-20 2012-09-20 Low-rise energy-producing building

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2012140270A RU2012140270A (en) 2014-03-27
RU2526031C2 true RU2526031C2 (en) 2014-08-20

Family

ID=50342759

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2012140270/03A RU2526031C2 (en) 2012-09-20 2012-09-20 Low-rise energy-producing building

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2526031C2 (en)

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU1511358A1 (en) * 1987-11-13 1989-09-30 О.Г. Стогний, А.Л. Малыхин, Я.Б. Гарелик и Л.И. Гаранин Building
RU94006592A (en) * 1994-02-22 1995-09-27 Научно-технический кооператив "Патент" METHOD OF PROTECTION OF PILES FROM FROST-BRAINING
RU94005420A (en) * 1994-02-14 1997-03-20 Научно-технический кооператив "Патент" Building heat and power supply system
RU74404U1 (en) * 2007-08-27 2008-06-27 Евгений Иванович Гудилин ASSEMBLY CONSTRUCTION FROM LONGITUDINAL ELEMENTS AND LONGITUDINAL ELEMENT (OPTIONS) FOR ASSEMBLING THIS CONSTRUCTION
RU2334850C2 (en) * 2004-04-22 2008-09-27 Вячеслав Борисович Крахт Eco house
RU86615U1 (en) * 2009-04-27 2009-09-10 Георг ГАНАУС WOODEN WALL OR CEILING ELEMENT (OPTIONS)
RU2382954C1 (en) * 2009-03-02 2010-02-27 Михаил Федорович Рудин Building utilising solar radiation for heat supply needs
RU2421583C1 (en) * 2009-12-01 2011-06-20 Лев Иванович Гаранин Low-rise building

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU1511358A1 (en) * 1987-11-13 1989-09-30 О.Г. Стогний, А.Л. Малыхин, Я.Б. Гарелик и Л.И. Гаранин Building
RU94005420A (en) * 1994-02-14 1997-03-20 Научно-технический кооператив "Патент" Building heat and power supply system
RU94006592A (en) * 1994-02-22 1995-09-27 Научно-технический кооператив "Патент" METHOD OF PROTECTION OF PILES FROM FROST-BRAINING
RU2334850C2 (en) * 2004-04-22 2008-09-27 Вячеслав Борисович Крахт Eco house
RU74404U1 (en) * 2007-08-27 2008-06-27 Евгений Иванович Гудилин ASSEMBLY CONSTRUCTION FROM LONGITUDINAL ELEMENTS AND LONGITUDINAL ELEMENT (OPTIONS) FOR ASSEMBLING THIS CONSTRUCTION
RU2382954C1 (en) * 2009-03-02 2010-02-27 Михаил Федорович Рудин Building utilising solar radiation for heat supply needs
RU86615U1 (en) * 2009-04-27 2009-09-10 Георг ГАНАУС WOODEN WALL OR CEILING ELEMENT (OPTIONS)
RU2421583C1 (en) * 2009-12-01 2011-06-20 Лев Иванович Гаранин Low-rise building

Also Published As

Publication number Publication date
RU2012140270A (en) 2014-03-27

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US20130299123A1 (en) Geothermal System
CN103205932B (en) Pile-column bridge anti-freezing system
US20070151704A1 (en) Geothermal heat exchange system
RU2010123570A (en) EARTH STRUCTURE ON PERENNIAL FROZEN SOILS AND THE METHOD OF ITS CONSTRUCTION WITH STRENGTHENING OF THE BASIS IN THE PERMANENT PERMANENT DISTRIBUTION AREAS
CN108952806B (en) Tunnel drainage anti-freezing integrated system in severe cold region
CN202587959U (en) Combined sunlight greenhouse adopting phase change heat storage walls
CN102884961A (en) Intelligent heat-preservation type sunlight greenhouse and manufacturing method
RU2526031C2 (en) Low-rise energy-producing building
US5233801A (en) Method of erecting the outer walls of a building, and a building
US20110192566A1 (en) Thermal storage system for use in connection with a thermal conductive wall structure
CN205389716U (en) Institutional advancement type sunlight greenhouse
CN211909854U (en) Energy-conserving sunlight greenhouse of easy dismouting removal
RU84883U1 (en) CONSTRUCTION OF BUILDING OR STRUCTURE ON PERMANENTLY FROZEN SOIL
CN206971569U (en) A kind of roof heat insulation waterproof layer of energy planting plants
US20230079347A1 (en) Heat exchange system for the thermal regulation of a building
Maltseva et al. Problems and Solutions for Green Roofs
RU2717890C1 (en) Method for underground accumulation of heat or cold
JP2012241411A (en) Roof greening system
CN207820668U (en) High-cold regions daylight heat storing and heat preserving greenhouse
RU2421583C1 (en) Low-rise building
CN208668437U (en) A kind of soil nailed wall retaining structure suitable for frozen soil layer
Olshesky Retrofitting a historic building envelope for disaster resilience and sustainability
CN201546378U (en) Superposition multifunctional honeycomb concrete roof panel structure
RU83085U1 (en) BUILDING OR STRUCTURE ON PERMANENTLY FROZEN SOILS
CN104764227B (en) A kind of method utilizing the realization of insulation wet soil earth to store sun power across season

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20140927