3.2. Конструктивные приемы проектирования гидроэнергоактивных зданий

Вода как источник энергии может применяться в системах термостатирования производственных и других зданий с отдачей или отбором тепловой энергии в зависимости от ее дефицита или избытка в тепловом балансе здания. При этом возможны следующие варианты гидроэнергоснабжения здания: напорный поток сбросных вод ТЭЦ, промышленных объектов или вод, подаваемых из реки (например, частичный отвод горного водостока), с теплообменом, осуществляемым при открытом настильном перетекании струй по поверхности конструкций зданий; то же, с частичным или полным пропуском потоков гидротеплоносителя в полостях ограждающих конструкций здания или комплекса зданий; напорная подача воды через трубчатые теплообменники, размещенные в ограждениях здания и подключенные к водопроводу; то же, с забором воды из водонасыщенного слоя грунта или водоема в окрестностях здания.

В ситуациях когда вода из источника гидротермальной энергии не может быть непосредственно подана в теплообменные системы здания ввиду ее непригодности по тем или иным причинам для отбора тепловой энергии в слое воды или водосодержащем слое аккумулятора размещают вторичный контур с замкнутой циркуляцией в нем жидкостного или воздушного теплоносителя. К аналогичному конструктивному приему прибегают в тех случаях когда в отопительном сезоне отбор теплоты намечается производить в режиме фазовых превращений, т.е. замораживая воду в грунте или в водоеме в зоне размещения каналов теплообменника.

Принцип полифункциональности при проектировании энергоактивных зданий гидротермального типа реализуют, совмещая водозаборные конструкции теплообменные и циркуляционные каналы с конструкциями здания.

Для вариантов, когда теплосодержащая масса статически сосредоточена в водонасыщенном слое или водоеме и по высотным отметкам соотносится с конструкциями нулевого цикла здания, элементы гидроэнергоактивной системы совмещают с фундаментом, используя приемы проектирования, применяемые в гидротехническом строительстве, и применяя такие технические решения элементов фундамента, как гидролоток и водоприемный колодец.

Альтернативный технический прием заключается в выполнении фундамента гидроэнергоактивного здания в виде резервуара, конструкция которого аналогична конструкции фильтров грубой и тонкой очистки, применяемых системе водозаборных сооружений. При этом в связи с новой теплотехнической функцией известной конструкции, применяемой по новому назначению, ограждения резервуара могут быть теплоизолированы, а как несущие элементы фундамента они должны быть запроектированы под эксплуатационные нагрузки от опертого на них здания.

При относительно глубоком залегании грунтовых вод, используемых для гидроэнергоснабжения здания возможен другой конструктивный прием полифункционального использования конструкций фундаментов в виде полых тепло обменных свай, аналогичный используемому при строительстве на вечномерзлых грунтах.

В вариантных решениях, предусматривающих подачу воды в виде струй перетекающих поверху здания, теплообменник совмещают с наружной поверхностью омываемых струями воды конструкций – покрытия, стен, светопроемов. Обычно теплообменником в таких решениях фактически является непосредственно омываемый водой слой ограждения. При этом важнейшей практическое задачей представляется надлежащее обеспечение повышенной гидроизоляции; конструкций. Этот же фактор следует учитывать при обеспечении эксплуатационных качеств всех типов конструкций с гидроколлекторам, совмещенных с ограждающими конструкциями зданий.

Рассмотрим приемы проектирования энергоактивных ограждений с гидроколлекторами. Гидроколлектором энергоактивного ограждения целесообразно называть совмещенное с ограждением теплотехническое устройство, включающее теплообменник для низкопотенциального жидкостного теплоносителя, предназначенный для термостатирования ограждения (обогрева или охлаждения).

Гидроколлекторы, предназначенные для непреобразованного низкопотенциального теплоносителя, размещают в полости ограждения в любой части по толщине сечения ограждения, в том числе в подэкранной. Возможны гидроколлекторы открытого, полуоткрытого и закрытого типа (рис. 36-43). Гидроколлекторы открытого и полуоткрытого типа, примененные в качестве самостоятельного ограждения или заполнения проема в ограждении, при наличии сквозных отверстий или щелей в коллекторе, сообщающих внутренний воздух помещения с наружным могут дополнительно выполнять функции частичного кондиционирования воздуха. Такими же свойствами обладают несквозные гидроколлекторы с частично открытым переливом воды, осуществляемым по поверхностям элементов, обращенным в сторону помещения и сообщенным с ним.

Гидротермальные коллекторы в общем случае могут применяться в зданиях в системах с энергетическим дублером или доводчиком теплотехнических параметров теплоносителя либо непосредственно внутренней среды в помещениях до уровня, обеспечивающего необходимый экологический комфорт.

Гидротермальные коллекторы закрытого типа с улучшенным потенциалом теплоносителя и температурой, достаточной для требуемого обогрева или охлаждения помещений, выполняют совмещенными со слоями ограждения, обращенными в сторону помещения, в виде внутренней облицовки стены, покрытия (перекрытия) либо в виде глухого экрана или с подэкранной прослойкой, сообщенной с помещением.

Такие гидроколлекторы конструктивно и функционально совпадают с техническими решениями отопительных и охлаждающих устройств панельно-радиационного или радиаторного типа. Их конструктивной особенностью является повышенная площадь поверхности, что обусловлено необходимостью обеспечить достаточный нагрев помещения при относительно невысоких температурах поверхности коллектора в режиме отопления, а также необходимостью исключить выпадение конденсата на поверхности ограждения-коллектора в режиме охлаждения помещения. Для удовлетворения этих требований коллектор, как правило, занимает всю площадь стены, покрытия (перекрытия) или проема светотехнического или вентиляционного назначения.

Элементы гидроэнергоактивных систем здания, соприкасающиеся с водой или находящиеся в зоне повышенного увлажнения, выполняют из водостойких водонепроницаемых, преимущественно некорродирующих или надежно защищенных от коррозии материалов: алюминия, шлакоситалла, пластмасс, эмалированной стали. Теплообменные элементы двухконтурной системы, непосредственно соприкасающиеся с агрессивной средой (химически активные производственные стоки, геотермальные воды с высокой минерализацией), должны быть выполнены из химически стойких материалов (нержавеющая сталь, теплопроводные пластмассы) либо надежно защищены от прямого контакта с агрессивным агентом.

а

б

в

Рис. 36. Конструктивные решения знаний с гидротермальными коллекторами

а, б – открытого типа; в – закрытого типа

Рис. 37. Гидроколлекторы полуоткрытого типа: а – в конструкции стены, совмещенной с коллектором солнечной энергии; б- в виде

солнцезащитного экрана у стены здания; 1 – гидроколлектор;

2 – стена; 3-селективно прозрачная защита; 4 - водоприемник

а

б

в

в)

Рис. 38. Коллектор закрытого типа для пер- Рис. 39. Коллектор закрытого типа для

вого контура системы отопления зданий: отопления и охлаждения зданий:

а - схематический разрез здания; б, в – ва- 1 – наружная обшивка; 2 – теплоизоля-

рианты поперечного сечения стенового ог- ция; 3 – внутренняя обшивка-теплооб-

раждения (фрагменты); 1 – внутренняя об- менник; 4 – канал для циркуляции во-

шивка; 2 – теплоизоляция; 3 – наружная ды; 5 – питающий трубопровод; 6 – во-

обшивка – теплообменник; 4 – канал для дораздаточная труба; 7 - отводящая

циркуляции воды; 5 – водозабор; 6 – водо- труба

раздаточная труба; 7 – отводящая труба;

8 – водоносный слой грунта; 9 – защитный

экран

в)

в)

а

б

Рис. 40. Коллектор открытого типа с каскадным переливом воды для защиты от перегрева

стеновых ограждений а-вертикальный разрез; б-горизонтальный разрез по воздуховодному каналу; 1–обшивка стены; 2-теплоизоляция; 3-экран; 4-продольная пластина;5-воздуховодный канал; 6-полое ребро; 7-проем в экране; 8-водораздаточная труба

Рис. 41. Водяная завеса для защиты

от перегрева открытых помещений 1-водраздаточная труба; 2 –водяная завеса; 3 – водосборный лоток

Рис. 42. Коллектор открытого типа с каскад-

ным переливом воды для защиты от перегрева

стеновых конструкций 1 –обшивка стены;

2 – теплоизоляция; 3 –экран; 4 – продольная

пластина; 5 – водораздаточная труба; 6 –проемы

в экране

ппппп

Рис. 43. Коллектор открытого типа для защиты от перегрева кровельных ограждений

1 – пластина орошаемого экрана; 2 – вентилируемая воздушная прослойка; 3 – зазор; 4 – наклонное ребро для крепления пластин экрана; 5 – наклонное покрытие с рулонной кровлей; 6 – водораздаточная труба