Конкурс молодежных творческих работ по применению возобновляемых источников энергии в городской среде

Проект энергоэффективности здания «Дома Удачи»* с учётом термоаэродинамических воздействий.

ВУЗ:
ФГБОУ ВПО "Московский государственный строительный университет"
Номинация:
Название проекта:
Проект энергоэффективности здания «Дома Удачи»* с учётом термоаэродинамических воздействий.
5
  • Davidbut DavidbutOK
    Токарные станки с ЧПУ имеют ряд черт, отличающих их от станков с ручным руководством. Абсолютно всем известно, что в станках для резьбы по металлу обычного и привычного способа управления кинематические связи между источниками движения и исполнительными органами происходят с помощью передач и цепей механических элементов. На другой манер их еще называют станками с механической связью, в которых часто применяются управляемые вручную реверсы, коробки передач и скоростей, гитары сменных зубчатых колес. Равным образом не секрет, что качественность предметов, изготовленных при помощи этого механизма, непосредственно зависит от квалификации рабочего, тот что занимается изготовлением. Что касается станков с ЧПУ, то весь процесс выполнения контролирует электроника, что весьма понижает требования к квалификации рабочего, сохраняя при этом высокое качество изделий. В этих станках обычные нерегулируемые источники движения заменяются двигателями, какие управляются при поддержке программы. Благодаря такому модернизированию можно изменять скорость, направление, а иногда и пути движения, что приводит к упрощению конструкции агрегата, а также повышению его характеристик. <a href=http://www.cncn.com.ua/rezba-po-derevu-kharkov/>заказать резьбу по дереву</a>
  • DanielVophy DanielVophyWT
    По моему мнению Вы ошибаетесь. Могу отстоять свою позицию. Пишите мне в PM, пообщаемся. ------ <a href=http://pogoda5day.ru/>погода на 5 дней</a> | http://pogoda5day.ru/
  • Anya Belova
    Слишком много углов, мне кажется. Не знаю, удобно ли будет в бытовом плане. Но состороны смотрится красиво. Что-то в этом есть. Да, и присоединяюсь к вопросу Егора Лебедева про энергоэффективность. Анна, какова она будет, на ваш взгляд?
  • Егор Лебедев
    Анна, спасибо за уточнение! Одной из дополнительных целей исследования была оценка возможности и эффективности размещения ветрогенераторов вблизи дома, однако, изучив полную версию проекта (которая значительно больше 7 страниц) я не обнаружил результатов. Кроме того, обратите внимание на то, что вы говорите об установке однолопастного ветрогенератора, а на рисунке в полной версии проекта изображен трехлопастной генератор. И, если не сложно, дайте комментарий по поводу "светового фонаря, расположенного над атриумом, что позволяет проникать в здание свет и свежий воздух".
  •  Анна Дегтярёва Алиса Сайфуллина
    На крыше здания располагаются фотоэлектрические элементы для выработки электроэнергии от дейстрия солнца. На территории участка домовладения размещена мачта с однолопастным горизонтально-осевым ветрогенератором, мощностью 1,5 кВт. В перспективе: размещение вертикальных осевых малошумных ветродвигателей на крыше здания.
  • Егор Лебедев
    Анна! Не могли бы вы уточнить, где в вашем проекте используются ВИЭ?
Название проекта

К наиболее важным задачам в современном жилом строительстве относят создание комфортного температурно-влажностного режима здания. Прежде всего это достигается созданием такого архитектурно-планировочного и конструктивного решения, которое обеспечивало бы минимальные теплопотери и максимальные поступления тепла от солнца зимой и минимальные теплопоступления в здание в летнее время. Что увязывает за собой снижение материалоёмкости наружных ограждающих конструкций и сокращение затрат энергии на отопление здания зимой и охлаждение летом. К решению подобных задач инженеры-строители применяют технические расчёты: теплотехнические ограждающих конструкций; теплопоступлений от солнечной радиации.

Но с развитием строительства были выявлены случаи дефектов ограждающих конструкций, когда в помещениях с наветренной стороны зимой резко понижаются температура воздуха и температура внутренних поверхностей ограждений. При том, что качество герметизации конструкций, а также теплозащита являются высокими и отвечают установленным требованиям рассматриваемой местности. Это объясняется появлением разности давлений на противоположных поверхностях ограждений, зачёт действия теплового напора  объёмной массы холодного воздуха, которая больше объёмной массы тёплого воздуха.

За основу проекта взята фрактальная планировка территории с подобием пространства поселка относительно пространства двора жилых групп и атриума в планировке зданий. 

Генеральный план развития жилого поселка представляет собой планировочную систему, сочетающую улично-дорожную сеть и систему каналов и водоемов для сбора и очистки поверхностных вод и доочистки  обработанных канализационных стоков, с целью полива и орошения растений. При разработке проектного решения учтены требования санитарной гигиены и технологии очистки канализационных стоков специальными водными растениями и другими экологическими методами.  Базовой единицей генерального плана является участок с энергоэффективным атриумным  (проект «Дом Удачи»), учитывающим аэротермодинамические воздействия при помощи специальной конструкции «ТЕРМОПИЛОН» и поддерживающим идею организацию пространства по фрактальному принципу. 

В свою очередь «Дом удачи» формируется по принципу цветка Лотоса. Атриумная планировка в сочетании с оригинальной формой  здания создает лепестки – сектора для различных функций (для сна, приема пищи, учебы, работы, хозяйственных нужд).  Таким образом, план здания обладает пропорциями стилизованной Шри-Янтры (символ процветания), так же связанной с лотосом.   Благодаря световому фонарю, расположенному над атриумом, в дом проникают свет и при необходимости свежий воздух для проветривания, что делает общение одухотворенным и светлым.

В оформлении экстерьера жилых домов использована так же символика  Шри-Янтры на основе инертной к окружающей среде керамограной плиткой с нанесением рисунка при помощи гравировки. Кроме того в экстерьере сочетаются, современные технологии,  в виде фотоэлектрических элементов на крыше для выработки электроэнергии от действия солнца, общей мощностью 0,4 кВт . При этом  планировочная структура дома позволяет использовать принцип термомассы, делая применение атриума энергоэффективным, без лишних затрат на обогрев его пространства. Для  конструкции стен используется газобетонные блоки и специальный саманно-органический блок для утепления, что так же позволяет еще больше повысить энергоэффективность.  В качестве кровельного материала задействована черепица с колеровкой.  Таким образом, «Дом удачи» настраивает своего жителя на уют, благополучие, процветание и гармонию с самим собой и окружающей средой.

 Проект разработан на основе модифицированного решения ограждающих конструкций по результатам испытаний в аэродинамической трубе AerоLab Учебно-научно-производственной лаборатории по аэродинамическим и аэроакустическим испытаниям строительных конструкций (УНПЛ ААИСК) ФГБОУ ВПО МГСУ.

Основными целями исследований была оценка:

- аэродинамических характеристик для здания сложной формы с элементами планировки традиционной архитектуры (атриум);

- охлаждающего эффекта потока воздуха в зимнее время на фрагменты здания;

- модифицированного проектного решения для защиты от повышенного охлаждающего эффекта потока воздуха на ограждающие конструкции здания.

 

Дополнительными целями исследований были получение:

 - полей скоростей вокруг здания для оценки комфортности среды на открытых площадях здания (крыльцо, балкон) и прилегающих территориях;

- оценки возможности и эффективности размещения маломощных ветроэнергетических установок в близи здания;

В объёмно-планировочном решении* здания учтены:

- его оригинальная форма (Рис.1.), в плане напоминающая очертание звезды, что позволяет удобно  разделить внутреннее пространство по различным функциональным  требованиям и рассмотреть более полно картину распределение скоростей по поверхности, с учётом конструктивных особенностей;

Рис. 1. Объёмно-планировочное решение коттеджа.*

-  наличие светового фонаря, расположенного над атриумом, что позволяет проникать в здание свет и свежий воздух;

- возможность применения термомассы в целях энергоэффетивности.

В ходе исследования был проведён эксперимент в малой аэродинамической трубе открытого типа с замыкающим контуром  УНПЛ ААИСК. Стабильная скорость потока в трубе  - от 2 м/с до 65м/с. Размеры рабочей зоны трубы – 60х30х30 мм.

Этапы проведения эксперимента:

- Создание макетов.

Были смоделированы два макета: отдельностоящего коттеджа (Рис.2.) в масштабе 1:400 и совокупности коттеджей, в количестве 8 зданий, образующих посёлок в масштабе 1:4000. Выбор масштаба учитывает соотношения между размерами модели и величиной рабочей зоны трубы.

Рис.2. Макет коттеджа

Из метеорологических данных для этого района были взяты 4 направления: южное, восточное, юго-западное и юго-восточное,- со средней скоростью ветра 3 м/с

- Проведение эксперимента.

Измерения проводились методом цифровой трассерной визуализации («метод PIV», «лазерная анемометрия по изображениям частиц»). Суть метода заключается в том, что предварительно насыщенный поток частицами подсвечивается лазером, после чего производится высокоскоростная съёмка выделенного сечения потока (Рис.3). Далее в ходе кросс-корреляции определяется поле скоростей в данном сечении потока (Рис.4).

Рис.3. Макет коттеджа в рабочей части аэродинамической трубы

Рис.4. Результат эксперимента: поле скоростей.

В результате экспериментов в аэродинамической трубе составлены картограммы потоков воздушных масс для направлений потока к макету 0°, 30°, 45°, 60°. Так как форма объекта преимущественно симметрична, за исключением входной группы на первом этаже, то проведенные эксперименты позволяют, охватывают весь спектр возможных воздействий ветра на здание в природных условиях.

Анализ Картограмм потоков воздушных масс

 

Рис.5. Картограмма потоков воздушных масс под углом 0 градусов.

Рис.6. Картограмма потоков воздушных масс под углом 30 градусов.

 

Рис.7. Картограмма потоков воздушных масс под углом 45 градусов.

Рис.8. Картограмма потоков воздушных масс под углом 60 градусов.

 

 

Рекомендации к  конструкции в результате исследования: 

- с наветренных сторон здания необходимо в выступающих его частях (углах) установить усиление: контрофорсы (Рис.9.) с дополнительным слоем утеплителя, препятствующих возможному промерзанию, за счёт повышенного давления холодных масс воздуха;

В углах здания по результатам исследований в аэродинамической трубе предложена оригинальная авторская конструкция «ТЕРМОПИЛОН» на основе материалов компании KNAUF - PENOPLAST, которая позволяет увеличить толщину утеплителя в местах, где не учитывается стандартным теплотехническим расчетом аэродинамическое влияние ветра на повышенное охлаждение ограждающей конструкции.

- предпочтительней фрактальная расстановка коттеджей в посёлке для оптимизации микроклимата территории и создания более равномерного движения ветровых масс (Рис.10.).

Тесты в аэродинамической трубе УНПЛ ААИСК МГСУ показали снижение охлаждающего эффекта от ветра в зимний период на 68-87% благодаря использованию дополнительного утеплителя и оригинальной формы конструкции «ТЕРМОПИЛОН», позволяющей оптимизировать обтекание потока воздуха и улучшить энергоэффективность. Ветер так же используется как источник энергии, так как на каждом участке планируется разместить мачту с горизонтально-осевым ветродвигателем, мощностью 5 кВт.

Рис.9. Конструкция коттеджа, учитывающая аэродинамические воздействия с контрофорсами салатового цвета.* 

Рис.10. Пример генплана с фрактальным расположением коттеджных посёлков.*

*Экспозиция проекта в каталоге «Зелёный проект 2013: IV фестиваль инновационных технологий в архитектуре и строительстве с международным участием»: «Проект «Дом удачи» с аэродинамической защитой в экологическом посёлке»/ стр. 194.; Руководители: Фахрудинова И., Поддаева О.И., Дуничкин И.В.; Авторы: Сайфуллина А., Дегтярёва А.И.

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

  1. Э.И. Реттер, С.И. Стриженов. Аэродинамика зданий. Издательство литературы по строительству, Москва 1968 г;
  1. А.К.Соловьёв. Физика среды.АСВ. Москва 2008 г.-344 стр;
  2. В.К. Лицкевич, Л.И. Макриненко, И.В. Мигалина и др. Под ред. Н.В. Оболенского. Москва, 2007 г.-448 стр.

Рецензии:

Дорогая Анна! Замечательно, что Ваше необычный для нашего конкурса проект вызвал такое бурное обсуждение. Для нас очень важно, что тематика конкурса вышла за рамки только обсуждения тех или иных способов использования ВИЭ. Аэродинамика отдельных строений и целых поселений - важный аспект энергосбережения и повышения качества воздуха в населенных пунктах. Удачи Вам! Александр Гинзбург

Александр Гинзбург