Klimatukr_lektsii_2005

Таблиця 8.1 - Коефіцієнти зміни швидкості вітру в різних умовах рельєфу в порівнянні з відкритим рівним місцем (на висоті 2 м)

Форма рельєфу		Час	Коефіцієнт при швидкості вітру
		Доби	на рівному місці, м/с
			3-5		6-10
Відкрите рівне місце			1,0		1,0
Вершини відкритих холмів
більше 50 м		день	1,4-1,5		1,2 – 1,1
		ніч	1,8-1,7		1,5-1,4
менше 50 м		день	1,3-1,4		1,1
		ніч	1,7-1,6		1,3-1,4
Навітряні схили ухилом 3-10о
верхня частина		день	1,2-1,3		1,0-1,1
		ніч	1,4-1,6		1,2-1,3
середня частина		день	1,0-1,1		1,0
		ніч	1,0-1,1		1,1
нижня частина		день	1,0		0,9-1,0
		ніч	0,8-0,9		1,0
Паралельні вітру схили ухилом 3-10о
верхня частина		день	12-1,1		0,9-1,0
		ніч	1,4-1,3		1,0-1,1
середня частина		день	0,9-1,0		0,9-0,8
		ніч	1,1-1,0		1,0
нижня частина		день	0,9-0,8		0,8-0,7
		ніч	1,0-0,9		0,8-0,7
Підвітряні схили ухилом 3-10о
верхня частина		день	0,9-0,8		0,8-0,9
		ніч	0,9-1,0		0,9-1,0
середня частина		день	0,9-0,8		0,8-0,9
		ніч	1,0-1,1		0,9-1,0
нижня частина		день	0,8-0,7		0,7-0,6
		ніч	-		-
Дно лощин, долин, ярів, що продуваються		день	12-1,1		1,1-1,0
вітром		ніч	1,5-1,3		1,3-1,4
Дно лощин, долин, ярів:
що не продуваються вітром		день	0,8-0,7		0,7-0,6
		ніч	0,6		-
замкнутих		день	0,6		-
Горби з плоскими вершинами і пологими
схилами ухилом 1-3о
вершини, верхні частини навітряних і	день		1,2-1,4		-
підвітряних схилів		ніч	1,3-1,5		-
середні і нижні частини таких схилів		день	0,8-1,1		-
		ніч	1,0-1,3		-

2. Наявність конструктивних елементів будівлі, що збільшують інтенсивність вітру. Ефективність досягається за рахунок:

-нагнетаючо-розряджаючій формі покриття (конфузор - дифузор);

-установці у вузькому місці вітротурбіни;

-генерації енергії (схема на рис. 8.2 дає уявлення про роботу за другим принципом).

Рис. 8.2. Вітроенергоактівні форми будівель

3. Форма будівлі зручна для розміщення вітроколеса. Для цього:

-частина будівлі перетворюється у вітроактивну;

-вибраній частині надається аеродинамічна форма (циліндр, многогранник);

-вітротурбіна поліфункціональна - з лопатями, що розвертаються, кожна з яких має

нагоду торкання з суміжною	лопаттю, тим самим знижуються тепловтрати або
регулюється інсоляція (рис. 7.3.	ілюструє цей принцип роботи).

Рис. 8.3. Енергоактивні будівлі з вітроколесом у вигляді вертикального циліндра, що охоплює циліндровий об'ємний елемент (технічний поверх, машинне відділення, муфта): 1- циліндровий блок будівлі; 2 – вітроколесо; 3 – трансформовані лопаті

4.Будівля своєю формою уловлює і концентрує подачу повітряних потоків до елементів вітроколеса.

5.Будівля – опора для вітроколес.

6.Поєднання з іншими енергетичними системами (сонячна радіація).

Містобудівні прийоми підвищення ефективності використовування вітру:

1.Вивчення і облік метеоданних, рельєфу, випробування в аеродинамічних трубах. Прив'язка будівлі в зоні найбільш забезпеченою енергією.

2.Організація за допомогою рельєфу аеродинамічних русел.

3.Взаємне розташування ВЕАЗ для посилення аеродинамічного ефекту.

Приведені варіанти ВЕАЗ мали на меті показати можливості використовування будівлі для цілей вітроенергетики. В майбутньому можуть з'явитися інші форми реалізації цієї ідеї. В даний час невирішеними є проблеми відбору і акумуляції енергії, шумо- і віброзахисту і т.п.

8.2. Гідротермальні енергоактивні будівлі (ГідроЕАБ)

Використовується низька потенціальна теплова енергія, накопичена у водоносних пластах земної поверхні. Джерела енергії можуть бути природними (гейзери) або штучними (скидні води ТЕЦ, металургійних виробництв і т. п.).

Реалізація може здійснюватися:

-пропуском гідротеплоносія через порожнини захищаючих конструкцій;

-напірною подачею води через трубчасті теплообмінники;

-забір води з водонасиченого шару грунту.

Конструктивне рішення ГідроЕАЗ:

1.Виконання фундаментів у вигляді резервуару (гідроколектора), гідроізолюються від зовнішнього середовища і сприймають навантаження від будівлі.

2.Будівля з гідротермальним колектором, розташованим у водонасиченому шарі ґрунту.

Рис 8.4. Конструктивне рішення будівлі з гідротермальними колекторами

8.3. Геоенергоактівниє будівлі (ГеоЕАБ)

Використовується низькопотенціальна теплова енергія, накопичена в товщі земної поверхні. Шар землі в межах 1,5 – 3 м від поверхні землі представляє практичний інтерес для енергоактивних будівель. Спостереження, проведені в Петропавловську-Камчатському (табл. 8.2), наприклад, ілюструють розподіл температур таким чином.

Таблиця 8.2 – Розподіл температур в ґрунті

Період	Температура	Температура на глибині, м
	повітря, оС	0,2	0,4	0,8		1,6	3,2
Січень	- 8,4	- 1,7	- 0,3	1,1		2,6	5,8
липень	12,6	13,5	12,5	9,4		6,7	4,0
рік	1,9	4,5	4,6	4,6		4,6	5,1

Таблиця 8.2. указує на річну стабільність температури на глибині 3 м. Для використовування тепла землі застосовуються різні варіанти:

-масив ґрунту підключений до системи тепло- і холодозабеспечення;

-у масив включається щебінь або галечник для збільшення тепломасообмінних властивостей;

-шар ґрунту теплоізолюються;

-ґрунт теплоізолюються; а потім насичується водою;

-додаткове використовування сонячної радіації;

-виконання укосів, що обрамляють частину або всі стіни будівлі.

8.4. Біоенергоактівні будівлі (БіоЕАБ)

Використовують біогаз – кінцевий продукт багатоступінчатої конверсії сонячної енергії. Сировиною є органічні відходи сільськогосподарської і тваринницької діяльності, лісорозробок, легкої промисловості і т.п.

Отримання біогазу або Метанове бродіння проходить цикли: завантаження (в метантенки), перемішування, сепарації і відведення газу, видалення відходів, зберігання газу в газгольдерах. Для активізації здійснюється додатковий обігрів метантенків теплотою промислових відходів. В результаті синтезу утворюється газ з низьким октановим числом (110-115) і відходи у вигляді азотних і фосфорних добрив. В традиційних способах приготування добрив втрачається 30-40 % азоту.

Тільки за рахунок переробки відходів харчової промисловості в Україні методами біоконверсії можна буде одержати в рік до 850 млн. м3 біогазу, або 850 тис. т умовного палива. Спосіб отримання біогазу без механічного перемішування приведений на мал. 7.6.

світлопрозора плівка

газ

біомаса Рис. 8.5. Спосіб отримання біогазу без механічного перемішування

Для активізації процесу отримання газу використовуються спеціальні види ємностей, з яких найбільш зарекомендували себе циліндрові резервуари з конусною верхньою і нижньою частиною або яйцеподібні. Вони характеризуються невеликим простором для накопичення газу, концентрованої в обмеженому об'ємі плаваючою кіркою, а також хорошим відведенням шламів. Резервуари такої форми виготовляються з бетону, а останнім часом з металу. Особливістю роботи таких установок є необхідність підтримки постійної температури бродіння субстрату.

Рис 8.6. Конструктивні прийоми поєднання підігріву і перемішування біомаси в метантенках: а – лопатевий пристрій з трубчастим теплообмінником; би – теплообмінник в днищі метантенка, повідомлений з сонячним колектором; в - те ж, з безпосередньою подачею сонячної енергії на метантенк

Міністерство освіти і науки України

Донбаська національна академія будівництва і архітектури Кафедра архітектури промислових і цивільних будівель

КОНСПЕКТИ ЛЕКЦІЙ

З БУДІВЕЛЬНОЇ КЛІМАТОЛОГІЇ

(для студентів архітектурної спеціальності 7.120101)

Укладач: ТИМОФЄЄВ Микола Васильович Комп’ютерна верстка: ТИМОФЄЄВ Микола Васильович