Домой Технологии Малые архитектурные формы в современном дизайне и их практическое использование

Малые архитектурные формы в современном дизайне и их практическое использование

240
0

Н. Ясаков,
Новороссийск, 2017

Во все времена городской архитектуре уделялось особое внимание. Что при этом получалось «на выходе» — это предмет для основательной полемики специалистов и ценителей произведений зодчества.

Здесь же хотелось бы поговорить об архитектурных сооружениях малых поселений, где этой проблеме в прошлом не придавали должного значения. И только теперь можно наблюдать в пригородах и окрестностях (да и в отдалённых незаброшенных селениях) пробуждение интереса к архитектуре и – главным образом – к её малым формам. Что интересно (и вполне логично!), владельцев – а зачастую они же и авторы – архитектурных объектов уже не устраивает их чисто декоративное назначение.

С их прагматической позиции любое сооружение, занимающее место на их участке, должно приносить определённую пользу. Даже крыши жилых и бытовых построек обрастают солнечными панелями и коллекторами, чтобы использовать природный дар в виде солнечной энергии.

Умудряются даже и к символическому ветряку приделать «динамомашину», чтобы иметь свой источник энергии.

Стало быть, есть смысл порассуждать нам об этом, располагая самыми свежими техническими решениями.

Можно, конечно, купить и установить на участке более современный ветрогенератор, смирившись с его шумом и назойливым мельтешением перед глазами. Но даже при его приличной мощности и полной оснащённости устройствами автоматики и аккумуляторами всё же не удастся покрыть все потребности хотя бы в электроснабжении. А уж об отоплении и говорить не приходится.

В естественных условиях непостоянства и солнечных, и ветровых источников энергии
основным компонентом в системе автономного энергоснабжения должен быть накопитель энергии, не соизмеримый по энергоёмкости с обычными электрическими аккумуляторами. И таким накопителем, конечно же, является тепловой аккумулятор. При этом первичные преобразователи ветровой и солнечной энергии должны выдавать тепловую энергию.

Вот в этом ракурсе и представим себе новые «шедевры» архитектуры малых форм.

В 2017 году выдан патент РФ № 2623637 на ветротепловой преобразователь – накопитель энергии, имеющий корпус с конфузором, турбину с вертикальной осью и вторичный преобразователь энергии. При этом корпус выполнен в форме улитки, ротор турбины – в виде усечённого конуса и оснащён желобчатыми лопастями, а выходной канал представлен раструбом, расположенным над корпусом турбины. Вторичным преобразователем является аэро- либо гидродинамический теплогенератор, лопасти которого имеют автоматически меняющийся угол наклона в зависимости от скорости ветра.

Корпус турбины в форме улитки – то есть с убывающим радиусом закругления стенки – превращает сжатый конфузором воздушный поток в вихревой, одновременно воздействующий на все лопасти турбины. Каждая лопасть в форме желоба поворачивает свою часть потока и сбрасывает её далее со скоростью, равной разности скоростей потока перед лопастью и её окружной скоростью, а это значит, что при соотношении этих скоростей как 2:1 повёрнутый поток будет иметь относительно лопасти скорость, близкую (по модулю) к скорости самой лопасти, то есть в абсолютном выражении – относительно корпуса – минимальную. При этом почти вся энергия потока передаётся ротору.

Выполнение выходного канала в виде раструба имеет целью не только обеспечить самоориентацию конфузора в наветренную сторону, но и создание в выходном канале (за счёт энергии обтекающего – внешнего – потока!) разрежения для удаления «отработавшего» воздушного потока из самόй турбины. А это существенная добавка к преобразуемой энергии.

И, наконец, использование в качестве вторичного преобразователя аэро- либо гидродинамического теплогенератора с автоматически меняющимся углом наклона лопастей позволяет постоянно при любой скорости ветра поддерживать заданное соотношение скоростей воздушного потока и ротора турбины, чем обеспечивается работа агрегата в оптимальном режиме. Имеется защита и от экстремальных порывов ветра.

Представленный ветроагрегат может работать автономно либо в составе микро-ТЭЦ по патенту РФ № 2608448, 2017 г., общий вид которой показан ниже.

В этом агрегате корпус теплоаккумулятора 1 является одновременно основанием и описанной ветротепловой установки (ВТУ) 2, и солнечного коллектора-нагревателя (СКН) 3.

Панели СКН расположены на освещаемых солнцем стенках теплоаккумулятора, которые, выполненные из листового металла, и являются лучепоглощающей поверхностью. Они имеют со стороны облучения селективное покрытие и прозрачное теплоизолирующее ограждение. Панели могут быть оснащены расположенными над ними козырьками 4 с зеркальной нижней поверхностью, являющимися к тому же и защитой панелей от атмосферных осадков. Угол наклона козырьков должен обеспечивать максимальное дополнительное солнечное облучение панелей в зимний период. Остальная поверхность теплоаккумулятора имеет теплоизоляционное покрытие, например, известными органосиликатными составами «Силтэк», «Броня», «Корунд» и т.п.

Нагрев теплоаккумулирующего материала по всему его объёму осуществляется принудительной – от ВТУ – и естественной – от СКН – циркуляцией воздуха. Принудительная циркуляция нагревает материал, как в известной аэродинамической сушильной камере, только температура нагрева может намного превышать требуемую для испарения в ней влаги, которой в нашем теплоаккумуляторе, конечно же, нет. Панели СКН с их минимальными внешними теплопотерями при солнечном облучении добавят этот нагрев. А отражающие козырьки ещё усилят этот эффект. Такая «гибридная» система нагрева, использующая не единственный источник энергии, позволяет сократить перерывы в пополнении теплового ресурса аккумулятора, уменьшить его размеры при сохранении расчётной надёжности энергоснабжения.

В такой микро-ТЭЦ предусмотрен паротурбинный блок с электрическим генератором. Однако с появлением новых («беспаровых») тепломеханических преобразователей (ТМП) вполне возможно их использование вместо паротурбинного блока. В этом плане представляет интерес более совершенный компактный ТМП с жидкостным рабочим телом по патенту RU №2613337, 2017 г. с более высоким (по крайней мере – на порядок) к.п.д., чем у его аналога – тепломеханического преобразователя (патент RU №2442906, 2012 г.). При этом он так же безопасен и практически не требует никакого обслуживания.

И уж самая последняя новинка в этом плане – только что опубликованный ТМП «Русский двигатель», (патент РФ № 2623728), отличающийся тем, что его ротор выполнен в виде цилиндрического биметаллического барабана, посаженного на упругую втулку с теплообменными каналами, примыкающими к золотниковому устройству, при этом барабан оснащён контактирующими с его поверхностью роликами. Он компактен, способен работать в режиме когенерации, имеет, как и выше упомянутые аналоги, систему рекуперации тепловой энергии. Так же бесшумен, безопасен и практически не требует никакого обслуживания.

Конечно, для их изготовления необходимы соответствующие заводские условия.

А вот самым доступным вариантом привода электрогенератора будет специально разработанный для таких теплоаккумуляторов простейший тепловой двигатель 5, находящийся ныне на рассмотрении в Роспатенте. Его можно изготовить в условиях обычных мехмастерских.

В любом варианте тепломеханический преобразователь передаёт «сбросное» тепло для обогрева помещений. При умеренной температуре наружного воздуха он может работать в открытом контуре, обеспечивая тем самым и их усиленную вентиляцию. С похолоданием этот контур можно частично либо полностью замкнуть. А в особо холодную погоду (либо при пониженном расходе электроэнергии) можно добавлять тепло на обогрев непосредственно от теплоаккумулятора. В летнее же время можно использовать запасённое тепло для других нужд (сушка материалов, сельхозпродуктов, нагрев воды в бассейне и т.п.).

Теперь уместно задать вопрос: а как всё это вписывается в «ландшафтный дизайн»? Тут, видимо, потребуется небольшая декоративная доработка – и перед нами предстанет, например, образ волшебного коня, у которого – по слову пушкинского гусара – «дугою шея, хвост трубою!». Полагаю, что эта художественная композиция вполне соответствует функциональному назначению такого объекта: ведь конь – это символ могучей энергии!

Теперь о птичках–бабочках. Их-то в садах хватает. И некоторые из них – весьма нежелательные гости. Но вот мы решили поставить у себя на участке солнечный нагреватель с защитой от атмосферных осадков (патент РФ № 2569423, 2015 г.). Этот мощный источник тепла, к тому же, создаёт и желанную летним днём тень, а в непогоду – укрывает от осадков не только свои отражатели и коллектор, но не хуже беседки может служить и защитой обитателей участка, расположившихся отдохнуть на скамеечках вокруг столика. А уж если оформить его параболический рефлектор в виде крыльев сказочных птиц или бабочек, то это вообще будет загляденье!

Солнечный нагреватель работает следующим образом. При наличии прямого излучения фотодатчик включает привод в системе циркуляции теплоносителя, датчик потока последнего запускает привод, поворачивающий рефлектор в сторону освещённого фотодатчика устройства слежения. При этом второй датчик остаётся в тени. Как только оба фотодатчика закрываются от солнца специальной шторкой, привод останавливается: солнце окажется примерно в плоскости симметрии рефлектора, а отражённые им лучи сфокусируются на абсорбере, нагреют его, а следовательно, и теплоноситель, который через отводящую трубу проследует вниз, т.е. в систему теплоснабжения. Теплопотери в окружающее пространство резко снижаются благодаря селективному покрытию абсорбера, задержке его прозрачной оболочкой инфракрасного излучения и вакуумированному пространству между ними. Дальнейшая ориентация рефлектора поддерживается автоматически — короткими включениями привода при смещении Солнца и срабатывании оказавшегося под его прямыми лучами одного из фотодатчиков слежения.

При сезонном изменении солнечного склонения отражённые лучи падают также на участки коллектора за пределами торцов рефлектора, в результате чего общее теплопоглощение абсорбера практически не снижается.

При исчезновении прямого солнечного облучения, после некоторой выдержки времени, отключается циркуляция теплоносителя, а рефлектор поворачивается в исходное положение (вверх «дном»), закрывая собой все рабочие поверхности устройства от возможных атмосферных осадков.

С появлением Солнца устройство возвращается в рабочее положение.

Таким образом, простейшая конструкция такого солнечного нагревателя обеспечивает его высокоэффективную работу в режиме автоматического слежения, повышает его эксплуатационный ресурс благодаря надёжной защите всех рабочих поверхностей от всяких атмосферных осадков, а также гололёда (обледенения), устраняет необходимость выполнения работ по очистке этих поверхностей.

Другим новшеством, заслуживающим внимания собственников автономных домовладений, может стать солнечная теплица, обладающая уникальными свойствами и позволяющая собрать её своими силами.

Нет необходимости рассказывать о ней здесь: она подробно описана в Интернете в моей статье под заглавием «С такой теплицей нет забот, а урожаи – круглый год». Следует только сказать, что она без всякой покупной автоматики не только поддерживает заданный термовлажностный режим в любое время года, но и с помощью простейших теплообменников обеспечивает нагрев воды (на всякие бытовые нужды) и воздуха (для сушилок ягод, плодов, грибов и целебных трав – в летнее время).

А чтобы эти сушилки заодно и радовали глаз, их можно разместить, например, в избушках «на курьих ножках». Да мало ли что возможно придумать, но это уже «дело вкуса»!

«Архитектура Сочи»

Малые архитектурные формы в современном дизайне и их практическое использование
5 1 чел.

ОСТАВЬТЕ ОТВЕТ

Please enter your comment!
Please enter your name here

Получать новые комментарии по электронной почте. Вы можете подписатьсяi без комментирования.