ЗДАНИЕ ВЕТРОГЕЛИОЭНЕРГЕТИЧЕСКОЙ СТАНЦИИ Российский патент 2003 года по МПК E04H15/00 F03D9/00 

Изобретение относится к области строительства и энергетики и предназначено для использования в качестве укрытия-концентратора ветро- и воздухопотоков ветрогелиоэнергетической станции.

Известно тентовое укрытие, содержащее две или три разборные рамы, соединенные между собой шарнирами, боковыми распорками, распорками между стойками рам и стержнями с шарнирами на концах. Рамы образованы боковыми стойками, соединенными горизонтальными элементами. Гибкая крыша и стены выполнены из легкого влаго- и ветронепроницаемого материала (см. Патент России 2029044, Е 04 Н 15/00, опубл. 1995 г.).

Известно также тентовое сооружение, включающее каркас из элементов, шарнирно закрепленных на опорах, и тент, соединенный с каркасными элементами посредством натяжных канатов, пропущенных поочередно через кольца и скобы тента и каркасных элементов. Тент прикреплен к анкерам дополнительными натяжными анкерными канатами, пропущенными через кольца тента и проушины анкеров (см. а.с. СССР 1645423, Е 04 Н 15/08, опубл. 1991 г.).

Оба описанных аналога не учитывают особенности и технологические требования, предъявляемые к зданиям укрытий-концентраторов ветро- и воздухопотоков ветрогелиоэнергетической станции.

Еще одно известное здание энергетической установки содержит вытяжной высотный корпус, в нижней части которого на радиальных патрубках смонтирована воздушная турбина, кинематически связанная с электрогенератором. Здание включает печь с дожигающим устройством, предназначенным для увеличения воздушного потока, действующего на лопасти турбины (см. а.с. СССР 1828516, F 03 D 9/00, опубл. 1993 г.).

Изобретение (см. а.с. СССР 1471756, F 03 D 9/00, опубл. 1994 г.) описывает конструкцию сооружения, обеспечивающего подачу теплого воздуха, нагреваемого солнечными лучами, к ветроагрегату. Это сооружение выполнено в виде располагаемых на наклонной земной поверхности каналов, имеющих ребристое светопоглощающее основание, соединенное посредством рабочего канала-воздуховода - с ветроагрегатом. Каналы с ребристым основанием перекрыты прозрачным материалом. Ребристое основание каналов способствует усилению турбулентности потока и лучшему поглощению солнечной энергии.

Оба последних аналога используют кинетическую энергию нагретого воздуха для работы воздушной турбины (в одном случае это - высотный корпус здания с печью и дожигателем, в другом - расположенные на наклонной поверхности каналы с ребристым светопоглощающим основанием и каналы-воздуховоды), однако ни в одном из этих аналогов не предусмотрены системы и устройства аккумулирования тепловой энергии и последующего ее отбора в холодное время суток, в холодные дни, месяцы.

Наиболее близким аналогом, принимаемым за прототип предложенному изобретению, является здание гелиоэнергетической станции башенного типа, у основания которой размещена укрытая светопрозрачным материалом гелиопоглощающая поверхность (см. Энергоактивные здания. / Под ред. Э.В. Сарнацкого и Н.П. Селиванова. , М. : Стройиздат, 1988, с.235-237, рис.5-70). Находящийся под светопрозрачным материалом нагреваемый солнечным теплом воздух направляется по воздуховодам в основание гелиоэнергетической станции, выполненное в виде усеченного конуса, в верхней части которого смонтирована вытяжная труба с размещенной в ее устье ветротурбиной. В верхней части вытяжной трубы смонтирована ветровая энергетическая станция со своим ротором-преобразователем ветровой энергии.

Недостатком описанного здания является использование для утилизации различных видов энергоносителей своих энергопреобразователей (ветроэнегостанция наверху вытяжной трубы, электрогенератор с лопастной турбиной в устье вытяжной трубы, паровая турбина со своим электрогенератором вне основания станции. Кроме того, в здании не предусмотрена система аккумулирования солнечного тепла и его отбора в холодное время суток, дней, года.

Задача предлагаемого изобретения заключается в повышении комплексного использования энергии солнечного тепла и приземных воздушных потоков, а также создании системы аккумуляторов тепла и его отбора для выработки энергии в холодное время года, в холодные дни и часы. Задачей изобретения является также создание условий для производства сельскохозяйственной продукции, в том числе рыбоводства и разведения в промышленных масштабах иной продукции прудового хозяйства, на площадях, занятых зданием ветрогелиоэнергетической станции.

Эта цель достигается тем, что здание ветрогелиоэнергетической станции содержит укрытую светопрозрачным материалом гелиопоглощающую поверхность, соединенную воздуховодом с вытяжной трубой, в устье которой смонтирована ветротурбина. Гелиопоглощающие поверхности образуют секции, выполненные в виде расходящихся от центра здания к периферии лучей, между концами которых и вытяжной трубой расположены ветронаправляющие секции, перекрытые также светопрозрачным теплоизолирующим материалом. В гелиопреобразующих и ветронаправляющих секциях размещены воздухозаборные устройства и смонтированы аккумуляторы солнечной энергии. Гелиопреобразующие секции отделены от ветронаправляющих секций сочлененными по верхней грани продольной вертикальной и наклонной стенками из светопрозрачного теплоизолирующего материала. В ветронаправляющих секциях в устье вытяжной трубы под ветрогенератором смонтированы криволинейные ветронаправляющие поверхности. Кровля гелиопреобразующих секций выполнена с коньком, наклоненным от вытяжной трубы к периферии, причем на кровле в зоне примыкания к вытяжной трубе присоединены криволинейные направляющие стенки. Конек кровли гелиопреобразующих секций выполнен из композитных материалов.

Здание дополнительно снабжено тепличными прудами, одни из которых расположены между продольными и наклонными стенками, отделяющими гелиопреобразующие и ветронаправляющие секции, а другие - под криволинейными ветронаправляющими поверхностями, смонтированными в устье вытяжной трубы, причем пруды связаны друг с другими каналами. Здание снабжено управляющим центром. Аккумуляторы солнечной энергии выполнены в виде гелиопоглощающих полотнищ или жалюзей темного цвета, снабженных приводом регулировки их положения, соединенным с управляющим центром. Гелиопоглощающие полотнища могут быть выполнены из гибкой металлической фольги, один из концов которой закреплен на снабженном электроприводом наматывающем барабане-накопителе. Жалюзи могут быть выполнены автоматически регулируемыми различной длины и объединены в группы, расположенные под отличающимися друг от друга пространственными углами относительно азимутального направления на юг. Перекрытие ветронаправляющих секций выполнено в виде закрепленных на коньках кровли гелиопреобразующих секций и опирающихся на промежуточные опоры несущих канатов, на которых смонтировано светопроницаемое теплоизолирующее покрытие. Светопроницаемое теплоизолирующее покрытие ветронаправляющих секций может быть выполнено в виде автономных участков, состыкованных друг с другом в рабочем положении и закрепленных к несущим канатам посредством скользящих соединений, причем каждый из участков связан с приводом, соединенным с управляющим центром. Воздухозаборные устройства содержат водно-воздушные теплообменники. В ветрозаборных секциях дополнительно смонтированы вспомогательные открытые водоемы. В центральной части здания расположены открытые воздухозаборные проемы, от которых отходят подземные воздушные каналы, снабженные водно-воздушными теплообменниками и соединенные с внутренними полостями воздухозаборныхе устройств гелиопреобразующих секций. Водно-воздушный теплообменник может быть выполнен в виде водоприемного бассейна и расположенной над ним подводящей водной магистрали, начало которой соединено со вспомогательным открытым водоемом на глубине ниже уровня его вероятного ледяного покрова, а конец размещен в подземном воздушном канале и снабжен в нижней своей части отверстиями для свободного падения струй воды по всему горизонтальному поперечному сечению воздушного канала. Подземный воздушный канал может быть расположен рядом с тепличным прудом и снабжен дополнительным водно-воздушным теплообменником, подводящая и отводящая водные магистрали которого соединены с тепличным прудом, причем теплообменник расположен перед выходом подземного воздушного канала. Подземный воздушный канал может быть расположен под днищами тепличных прудов и вспомогательного открытого водоема. Каждый из выходов подземного воздушного канала соединен с внутренней полостью одного или нескольких воздухозаборных устройств гелиопреобразующих секций.

Сопоставительный анализ заявленного здания с прототипом показывает, что оно отличается тем, что гелиопоглощающие поверхности образуют секции, выполнение в виде расходящихся от центра здания к периферии лучей, между концами которых и вытяжной трубой расположены ветронаправляющие секции, перекрытые также светопрозрачным теплоизолирующим материалом. В гелиопреобразующих и ветронаправляющих секциях размещены воздухозаборные устройства и смонтированы аккумуляторы солнечной энергии. Гелиопреобразующие секции отделены от ветронаправляющих секций сочлененными по верхней грани продольной вертикальной и наклонной стенками из светопрозрачного теплоизолирующего материала. В ветронаправляющих секциях в устье вытяжной трубы под ветротурбиной смонтированы криволинейные ветронаправляющие поверхности. Кровля гелиопреобразующих секций выполнена с коньком, наклоненным от вытяжной трубы к периферии, причем на кровле в зоне примыкания к вытяжной трубе присоединены криволинейные направляющие стенки. Здание дополнительно снабжено тепличными прудами, одни из которых расположены между продольными вертикальными и наклонными стенками, отделяющими гелиопреобразующие и ветронаправляющие секции, а другие - под криволинейными ветронаправляющими поверхностями, смонтированными в устье вытяжной трубы, причем пруды связаны друг с другом каналами. Здание снабжено управляющим центром. Аккумуляторы солнечной энергии выполнены в виде гелиопоглощающих полотнищ или жалюзей темного цвета, снабженных приводом регулировки их положения, соединенным с управляющим центром. Гелиопоглощающие полотнища могут быть выполнены из гибкой металлической фольги, один из концов которой закреплен на снабженном электроприводом наматывающем барабане-накопителе. Жалюзи могут быть выполнены автоматически регулируемыми различной длины и объединены в группы, расположенные под отличающимися друг от друга пространственными углами относительно азимутального направления на юг. Конек кровли гелиопреобразующих секций выполнен из композитных материалов. Перекрытие ветронаправляющих секций выполнено в виде закрепленных на коньках кровли гелиопреобразующих секций и опирающихся на промежуточные опоры несущих канатов, на которых смонтировано светопроницаемое теплоизолирующее покрытие. Светопроницаемое теплоизолирующее покрытие ветронаправляющих секций может быть выполнено в виде автономных участков, состыкованных друг с другом в рабочем положении и закрепленных к несущим канатам посредством скользящих соединений, причем каждый из участков связан с приводом, соединенным с управляющим центром. Воздухозаборные устройства содержат водно-воздушные теплообменники. В ветрозаборных секциях дополнительно смонтированы вспомогательные открытые водоемы. В центральной части здания расположены открытые воздухозаборные проемы, от которых отходят подземные воздушные каналы, снабженные водно-воздушными теплообменниками и соединенные с внутренними полостями воздухозаборных устройств гелиопреобразующих секций. Водно-воздушный теплообменник может быть выполнен в виде водоприемного бассейна и расположенной над ним подводящей водной магистрали, начало которой соединено со вспомогательным открытым водоемом на глубине ниже уровня его вероятного ледяного покрова, а конец размещен в подземном воздушном канале и снабжен в нижней своей части отверстиями для свободного падения струй воды по всему горизонтальному поперечному сечению воздушного канала. Подземный воздушный канал может быть расположен рядом с тепличным прудом и снабжен дополнительным водно-воздушным теплообменником, подводящая и отводящая водные магистрали которого соединены с тепличным прудом, причем теплообменник расположен перед выходом подземного воздушного канала. Подземный воздушный канал может быть расположен под днищами тепличных прудов и вспомогательного открытого водоема. Каждый из выходов подземного воздушного канала соединен с внутренней полостью одного или нескольких воздухозаборных устройств гелиопреобразующих секций.

Этот анализ позволяет сделать вывод о наличии новизны в заявленном устройстве.

Сравнение предложенного здания ветрогелиоэнергетической станции с другими известными техническими решениями того же назначения показывает, что его выполнение в плане из чередующихся ветронаправляющих и гелиопреобразующих секций, укрытых светопрозрачным теплоизолирующим материалом, снабжение секций аккумуляторами солнечной энергии, конструкция и способ установки таких аккумуляторов, устройство тепличных прудов в ограниченных теплоизолирующими светопрозрачными стенками участках здания, а также устройство дополнительных открытых вспомогательных водоемов в ветронаправляющих секциях, устройство подземных воздушных каналов с водно-воздушными теплообменниками и их конструктивное выполнение и связь с тепловыми прудами, а также конструктивное решение перекрытия ветронаправляющих секций позволяют повысить комплексное использование энергии солнечного тепла и приземных воздушных потоков, а также создать системы аккумуляторов тепла и его отбора для выработки энергии в холодное время года, в холодные дни и часы. Кроме того, создаются также условия для производства сельскохозяйственной продукции, в том числе рыбоводства и разведения в промышленных масштабах иной продукции прудового хозяйства, на площадях, занятых зданием ветрогелиоэнергетической станции. В здании конструктивно и технологически соединяются два энергетических потока: концентрированного естественного ветра и нагретого воздуха в замкнутом гелиопреобразующем пространстве, при этом энергия естественного ветра после уплотнения его в пространстве ветронаправляющей секции не просто суммируется с энергией потока нагретого воздуха из замкнутого пространства гелиопреобразующей секции, но значительно ускоряет движение нагретого воздуха, что в свою очередь дополнительно усиливает тягу в вытяжной трубе.

Использование тепловой энергии незамерзающих объемов воды, расположенных в ветронаправляющих секциях открытых водоемов, является эффективным средством увеличения выработки электроэнергии в северных районах (для этих целей может быть использована вода северных рек, морей и озер). Глубина таких водоемов должна составлять 10-20 м. Замерзание поверхности водоемов в ветронаправляющих секциях здания связано с большим тепловыделением фазового перехода воды в лед. Эти крупные тепловыделения утилизируются, повышая тягу в воздухоотводящей трубе. Эти водоемы, в случае заполнения их морской водой, могут использоваться в зимнее время для производства товарного льда и извлечения из остающейся рапы многих ценных продуктов.

Таким образом, предложенное здание ветрогелиоэнергетической установки превышает известный уровень техники и позволяет решить поставленную перед изобретением задачу.

Помимо указанных положительных эффектов, предложенное техническое решение создает условия для улучшения среды обитания человека за счет устранения загрязнения атмосферы продуктами сжигания топлива. Снижается себестоимость производства экологически чистых продуктов питания, производимых на технологических площадях здания: на овощных плантациях, фруктовых садах и агропромышленных производствах, а также прудах и открытых водоемах, размещенных под светопроницаемым теплоизолирующим покрытием здания станции.

Изобретение поясняется на примере его выполнения. На чертежах изображено:
- на фиг.1 - здание ветрогелиоэнергетической станции в плане;
- на фиг.2 - схема формирования воздушного и ветрового потоков;
- на фиг.3 - фрагмент ветронаправляющего участка здания;
- на фиг.4 - схема подземного воздушного канала;
- на фиг.5 - водно-воздушный теплообменник.

В плане здание ветрогелиоэнергетической станции выполнено в виде лучей, представляющих собой гелиопреобразующие секции 1 и содержащих гелиопреобразующие поверхности (не показано), расходящиеся от центра здания к периферии. Между лучами расположены ветронаправляющие секции 2. В представленном на чертежах варианте здание имеет четыре гелиопреобразующие секции, однако их количество может быть и большим: более эффективным является здание с пятью-шестью гелиопреобразующими секциями 1. Торцы гелиопреобразующих секций ограничены светопрозрачными теплоизолирующими стенками 3. Кровля 4 гелиопреобразующих секций выполнена с большим уклоном относительно вертикальных продольных стенок 5. И кровля 4, и стенки 5 образованы также из светопрозрачного теплоизолирующего материала. Кровли 4 каждой секции выполнены наклонными от вытяжной трубы к периферии из светопрозрачного теплоизолирующего материала. Конек 6 кровель 4 выполнен из композитных материалов. Выполнение гелиопреобразующих секций 1 вытянутыми в высоту, сравнимую с их шириной, необходимо для самообрушения снега с кровли и для развития объема ветронаправляющего пространства смежных секций. В центре здании коньки 6 кровли 4 примыкают к горловине вытяжной трубы 7, которая служит местом установки ветротурбины 8 с вертикальным валом, перед которой расположена входная полость 9. К горловине примыкают перекрытия 10 ветронаправляющих секций 2. Перекрытия 10 смонтированы посредством несущих канатов 11, натянутых между коньками 6 смежных гелиопреобразующих секций, и дополнительно удерживаются промежуточными опорами 12. Перекрытия 10 образованы из отдельных участков 13, выполненных из светопрозрачного теплоизолирующего материала, состыкованных между собой боковыми сторонами и установленных с возможностью перемещения вдоль канатов 11 под воздействием приводов 14, связанных с компьютерным центром (на чертежах не показан) здания. Приводы 14 служат для образования временных проемов в потолках для стряхивания вниз накапливающегося снега в период снегопада. Примыкающий к входной полости 9 участок ветронаправляющих секций 2 замыкается ветронаправляющими поверхностями 15, образованными также из светопрозрачного теплоизолирующего материала. Поскольку ветронаправляющие поверхности 15 испытывают большую нагрузку от воздействия концентрированного ветрового потока, они имеют прочный несущий каркас и снабжены с внутренней стороны сеткой из капроновых или стеклянных нитей (на чертежах не показано).

Вертикальные продольные стенки 5 гелиопреобразующих секций 1 накрыты со стороны ветронаправляющих секций 2 дополнительными стенками 16, установленными с тем же наклоном, что и кровля 4, и выполненными из светопрозрачного теплоизолирующего материала. Чтобы ориентированному вверх (в сторону входной полости 9) ветропотоку придать плавный поворот к центру, на кровлях 4 установлены криволинейные направляющие стенки 17.

Под ветронаправляющими поверхностями 15 и дополнительными стенками 16 размещены тепличные пруды 18 и 19, образующие между каждой парой смежных гелиопреобразующих секций 1 единый П-образный тепличный пруд. Эти тепличные пруды в здании связаны между собой каналами 20, берущими начало от воздухозаборных устройств 21, расположенных в углах стыков вертикальных продольных стенок 5 и торцевых стенок 3. Пространство между продольными стенками 5 и наклонными поверхностями 16 является общим для гелиопреобразующих секций 1 и ветронаправляющих секций 2.

Ветронаправляющие секции 2 содержат, кроме тепличных прудов 19, вспомогательные открытые водоемы 22. В центральной части здания расположены открытые воздухозаборные проемы 23, от которых отходят подземные воздушные каналы 24, скомпонованные с водно-воздушными теплообменниками 25 и 26, расположенными по пути движения воздуха рядом с водными объемами тепличных 18, 19 и открытых 22 водоемов к выходным проемам 27, соединенным с внутренними полостями воздухозаборных устройств 21. Вспомогательный открытый водоем 22 связан тепловым контактом через подводящую водную магистраль 28 с движущимся воздушным потоком в подземном воздушном канале 24 посредством струй и брызг воды 29, свободно падающих в водоприемный бассейн 30, ограниченный корпусом 31 воздушного канала 24, и примыкает к стене, за которой расположена часть объема воды вспомогательного открытого водоема 22. Отводящая водная магистраль 32 служит для отвода воды из водоприемного бассейна 30 во вспомогательный открытый водоем 22. Дальнейший подогрев воздуха может осуществляться в гелиопреобразующих секциях 1, откуда он поступает в ветротурбину 8, а через нее - в вытяжную трубу 33. Для дополнительного сосредоточения тепловой энергии в гелиопреобразующих секциях 1 установлены вертикально расположенные гелиопоглощающие полотнища 34. Аналогичные гелиопоглощающие полотнища установлены также в ветронаправляющих секциях 2 для предварительного подогрева ветропотока, который смешивается с нагретым воздушным потоком в воздухоотводящей трубе 33, увеличивая силу воздействия на ветротурбину 8.

Подача воздуха к ветротурбине 8 в здании происходит следующим образом. Солнечные лучи проникают через светопрозрачный теплоизолирующий материал, из которого выполнены кровля 4, вертикальные продольные стенки 5 и торцевые стенки 3 гелиопреобразующих секций 1, внутрь гелиопреобразующих секций, где солнечная лучевая энергия преобразуется в тепловую. Это преобразование происходит на гелиопреобразующих поверхностях, размещенных внутри секций 1. Воздух в гелиопреобразующие секции 1 поступает через открытый воздухозаборный проем 23, нагревается на водной гелиопреобразующей поверхности канала 20, на грунтовой поверхности с культивированной растительностью на ней, находящейся под светопрозрачным теплоизолирующим материалом, а также от технологического оборудования, которое по своим технологическим особенностям является дополнительным теплогенератором, выделяющим тепловую энергию, если оно размещено в гелиопреобразующей секции, а также на вертикальных гелиопоглощающих полотнищах 34, выполненных в виде занавесей или жалюзей, подвешенных на различных уровнях к кровле 4 и стенкам 3 и 5 или выдвигающихся снизу посекционно.

Кроме того, солнечные лучи преобразуются в тепловую энергию на компонентах, входящих в ветронаправляющие секции 2:
- тепличные пруды 18 и 19, для которых светопрозрачной теплоизолирующей кровлей являются ветронаправляющие поверхности 15 и наклонные поверхности 16 и которые взаимосвязаны воздушными полостями и по водной среде с гелиопреобразующими секциями 1 и между собой;
- вспомогательные открытые водоемы 22;
- гелиопоглощающие полотнища 34.

Вспомогательные открытые водоемы 22 служат аккумуляторами тепловой энергии, которую они накапливают в летний период и отдают в полезное использование благодаря наличию теплоизолирующих потолков 10 весь осенне-зимний период, в том числе и при замерзании их поверхности, т.к. при фазовом переходе воды в лед выделяется около 80 ккал тепла с каждого килограмма воды при температуре 0 градусов Цельсия.

Основным гелиотеплопреобразователем, особенно в северных регионах в более холодной половине года, являются поверхности вертикальных гелиопоглощающих полотнищ 34. В период восхода и заката солнца гелиопоглощающие полотнища опущены максимально вниз (или выдвинуты максимально вверх - в зависимости от конструктивного решения): они поднимаются по мере подъема солнца над горизонтом, например, путем наматывания на горизонтально расположенные барабаны (на чертежах не показаны). Эти барабаны могут поворачиваться вокруг вертикальной оси, отслеживая положение солнца относительно направления восток-запад. В случае выполнения гелиопоглощающих полотнищ 34 в виде жалюзей принцип поворота их относительно направления восток-запад сохраняется. В другом случае они могут быть распределены по группам, каждой из которых задано соответствующее положение относительно направления восток-запад.

Если здание имеет, как в приведенном примере, четыре гелиопреобразующих секции 1 длиной каждая по 1000 м и высотой 100 м, то в нем может быть размещено около 400 тыс. м² вертикальных гелиопоглощающих полотнищ 34. Еще большая поверхность их может быть размещена в ветронаправляющих секциях 2, при расположении таких полотнищ в шахматном порядке по всему объему секции. Гелиопоглощающие полотнища 34 могут быть выполнены в виде узких полос-лент, что упрощает движение ветропотока. В предложенном варианте здания на них может выделяться более 50 тыс. кВт в осредненном по году значении.

Ветер, поступающий в периферийные проемы в ветронаправляющих секциях 2, концентрируется к центру вдоль поверхностей стенок 5 и кровель 4 гелиопоглощающих секций 1, увеличивая свою объемную мощность. При этом ветронаправляющие поверхности 15 и наклонные поверхности 16 ориентируют при движении нижние слои ветропотока к подъему на уровень входной полости 9 ветротурбины 8, а в случае бокового ветра отражающие криволинейные направляющие стенки 17 вместе с подъемом нижних слоев ветропотока ориентируют их в направлении к ветротурбине 8. Удельное энергосодержание ветропотока при входе в ветротурбину увеличивается 8 в 5-7 раз по сравнению с состоянием у периферийного входного проема ветронаправляющих секций 2. При прохождении через ветротурбину 8 ветропоток, посредством инжекционного воздействия на поток нагретого воздуха в гелиопоглощающих секциях 1, производит вторичное, опосредованное воздействие на ветротурбину 8, что дополнительно увеличивает выработку электроэнергии. В предложенном варианте здания при скорости ветра 8 м/с энергетическая компонента концентрированного ветропотока превысит 50 тыс. кВт.

Одновременно под воздействием воздухозаборных устройств 21 атмосферный воздух в случае его отрицательной температуры через открытый воздухозаборный проем 23 подземного воздушного канала 24 предварительно нагревается до 0 градусов Цельсия, проходя через водно-воздушный теплообменник 25 и подвергаясь воздействию падающих струй воды 29, которая поступает по водной магистрали 28 из незамерзающих объемов воды вспомогательных открытых водоемов 22. К моменту достижения поверхности воды в водоприемном бассейне 30 падающие струи воды приобретают температуру 0 градусов Цельсия и находятся недалеко от порога фазового перехода в состояние льда. Эта вода из водоприемного бассейна 30 сразу же отводится в вспомогательный открытый водоем 22, где температура составляет 4 градуса Цельсия, и за счет конвективного процесса температура отработанной воды восстанавливается до 4 градусов Цельсия. Чтобы энергетического запаса вспомогательного открытого водоема 22 хватало на 6-7 месяцев непрерывной работы (в холодный период года) с передачей тепловой энергии в движущийся воздушный поток в количестве 100 тыс. кВт, необходимый объем вспомогательного открытого водоема 22 должен составлять 5 млн. м³ воды. Значительный резерв составляет тепловая энергия земли, тепло которой у днища водоема 22 передается его воде. Если же вспомогательный открытый водоем 22 связан с естественным источником воды с температурой 4 градуса Цельсия водной магистралью 28, то размер водоема может быть относительно небольшой, примерно на 200-300 тыс. м³ воды. При этом от естественного источника незамерзающей воды (море или крупная река) ежеминутно должен поступать объем воды около 30 куб. м³.

Далее нагретый до 0 градусов воздушный поток проходит второй каскад подогрева: через водно-воздушный теплообменник 26, отличие которого от первого каскада заключается в том, что вода в него поступает из тепличного пруда 19. Температура его воды составляет около 20 градусов Цельсия, и воздух подогревается за счет воды этого пруда до температуры выше 10 градусов Цельсия. Тепличные пруды 19 играют роль теплоаккумуляторов и содержат участки подогрева воды, получаемой посредством электрической энергии в период повышения скорости естественного ветра до 10 м/с и выше. Тепличное пруды 19 могут иметь специальные нагревательные бассейны с периодическим обменом воды.

Дополнительно подогретый до температуры 10-20 градусов Цельсия в водно-воздушных теплообменниках 26 воздушный поток по подземному каналу поступает к выходным проемам 27, которые расположены в периферийных зонах гелиопреобразующих секций 1 и подключены к внутренней полости воздухозаборных устройств 21. Каждое из таких устройств имеет свой исполнительный орган (на чертежах не показан), который засасывает атмосферный воздух через открытый воздухозаборный проем 23 подземного воздушного канала 24. Этот исполнительный орган может быть выполнен в виде электровоздухонасоса, однако более эффективной является схема порционной подачи воздуха с частотой около 1 Гц: для этого могут применяться колебательные системы с периодическим открыванием и закрыванием выходных проемов 27 подземного воздушного канала 24. Из воздухозаборного устройства 21 нагретый до температуры 10-20 градусов Цельсия воздушный поток большей частью направляется по воздушному каналу, расположенному над тепличным каналом 20, а частично направляется в открытое пространство гелиопреобразующих секций 1, где дополнительно нагревается в процессе продвижения к входной полости 9 ветротурбины 8. Большая часть воздушного потока, проходя по воздухопроводу над тепличным каналом 20, дополнительно подогревается и насыщается влагой в струях падающей воды, которая предварительно проходит под гелиопоглощающей поверхностью и дополнительно нагревается (на чертежах не показано).

Далее воздушный поток проходит окончательные ступени нагрева в гелиопреобразующих секциях 1 и поступает в ветротурбину 8 и далее - в вытяжную трубу 33. Благодаря температуре нагретого воздуха и скорости концентрированного ветропотока, во взаимодействии их с энергетической средой над вытяжной трубой 33, тяга в вытяжной трубе 33 увеличивается, создавая дополнительный энергетический потенциал для выработки электроэнергии. При высоте вытяжной трубы 33 в 500 м этот дополнительный энергетический потенциал может превышать 150 тыс. кВт.

Предложенное здание ветрогелиоэнергетической станции, сооруженное в северных регионах России, на побережье северных морей и озер, в Республике Беларусь, позволяет создавать мощные гелиоэнергетические комплексы на 20-50 и более тыс. кВт.

Изобретение относится к области строительства, в частности к укрытию концентратора ветро- и воздухопотоков ветрогелиоэнергетической станции. Технический результат изобретения - повышение комплексного использования энергии солнечного тепла и приземных воздушных потоков. Здание ветрогелиоэнергетической станции содержит укрытую светопрозрачным материалом гелиопоглощающую поверхность, соединенную воздуховодом с вытяжной трубой, в устье которой смонтирована ветротурбина. Гелиопоглощающие поверхности образуют секции, выполненые в виде расходящихся от центра здания к периферии лучей, между концами которых и вытяжной трубой расположены ветронаправляющие секции, перекрытые также светопрозрачным теплоизолирующим материалом. В гелиопреобразующих и ветронаправляющих секциях размещены воздухозаборные устройства и смонтированы аккумуляторы солнечной энергии. В ветронаправляющих секциях под ветрогенератором смонтированы криволинейные ветронаправляющие поверхности. Здание дополнительно снабжено тепличными прудами, связаными друг с другом. 15 з.п. ф-лы, 5 ил.

1. Здание ветрогелиоэнергетической станции, содержащее укрытую светопрозрачным материалом гелиопоглощающую поверхность, соединенную воздуховодом с вытяжной трубой, в устье которой смонтирована ветротурбина, отличающееся тем, что гелиопоглощающие поверхности образуют секции, выполненные в виде расходящихся от центра здания к периферии лучей, между концами которых и вытяжной трубой расположены ветронаправляющие секции, перекрытые также светопрозрачным теплоизолирующим материалом, причем в гелиопреобразуюших и ветронаправляющих секциях размещены воздухозаборные устройства и смонтированы аккумуляторы солнечной энергии, при этом гелиопреобразующие секции отделены от ветронаправляющих секций сочлененными по верхней грани продольной вертикальной и наклонной стенками из светопрозрачного теплоизолирующего материала, а в ветронаправляющих секциях в устье вытяжной трубы под ветротурбиной смонтированы криволинейные ветронаправляющие поверхности, причем на кровле гелиопреобразующих секций, выполненной с коньком, наклоненным от вытяжной трубы к периферии здания, в зоне примыкания к вытяжной трубе установлены криволинейные направляющие стенки. 2. Здание ветрогелиоэнергетической станции по п.1, отличающееся тем, что оно дополнительно снабжено тепличными прудами, одни из которых расположены между продольными вертикальными и наклонными стенками, отделяющими гелиопреобразующие и ветронаправляющие секции, а другие - под криволинейными ветронаправляющими поверхностями, смонтированными в устье вытяжной трубы, причем пруды связаны друг с другом каналами. 3. Здание ветрогелиоэнергетической станции по п.1, отличающееся тем, что оно снабжено управляющим центром. 4. Здание ветрогелиоэнергетической станции по п.1 или 3, отличающееся тем, что аккумуляторы солнечной энергии выполнены в виде гелиопоглощающих полотнищ или жалюзей темного цвета, снабженных приводом регулировки их положения, соединенным с управляющим центром. 5. Здание ветрогелиоэнергетической станции по п.4, отличающееся тем, что гелиопоглощающие полотнища выполнены из гибкой металлической фольги, один из концов которой закреплен на снабженном электроприводом наматывающем барабане-накопителе. 6. Здание ветрогелиоэнергетической станции по п.5, отличающееся тем, что жалюзи выполнены автоматически регулируемыми различной длины и объединены в группы, расположенные под отличающимися друг от друга пространственными углами относительно азимутального направления на юг. 7. Здание ветрогелиоэнергетической станции по п.1, отличающееся тем, что конек кровли гелиопреобраэующих секций выполнен из композитных материалов. 8. Здание ветрогелиоэнергетической станции по п.1, отличающееся тем, что перекрытие ветронаправляющих секций закреплено на верхней части кровли гелиопреобразующих секций и опирается на промежуточные опоры несущих канатов. 9. Здание ветрогелиоэнергетической станции по п.3 или 8, отличающееся тем, что светопроницаемое теплоизолирующее покрытие ветронаправляющих секций выполнено в виде автономных участков, состыкованных друг с другом в рабочем положении и закрепленных к несущим канатам посредством скользящих соединений, причем каждый из участков связан с приводом, соединенным с управляющим центром. 10. Здание ветрогелиоэнергетической станции по п.1, отличающееся тем, что воздухозаборные устройства содержат водно-воздушные теплообменники. 11. Здание ветрогелиоэнергетической станции по п.1, отличающееся тем, что в воздухоэаборных секциях дополнительно смонтированы вспомогательные открытые водоемы. 12. Здание ветрогелиоэнергетической станции по п.1 или 10, отличающееся тем, что в центральной части здания расположены открытые воздухозаборные проемы, от которых отходят подземные воздушные каналы, снабженные водно-воздушными теплообменниками и соединенные с внутренними полостями воздухозаборных устройств гелиопреобразующих секций. 13. Здание ветрогелиоэнергетической станции по п.1, или 10, или 12, отличающееся тем, что водно-воздушный теплообменник выполнен в виде водоприемного бассейна и расположенной над ним подводящей водной магистрали, начало которой соединено со вспомогательным открытым водоемом на глубине ниже уровня его вероятного ледяного покрова, а конец размещен в подземном воздушном канале и снабжен в нижней своей части отверстиями для свободного падения струй воды по всему горизонтальному поперечному сечению воздушного канала. 14. Здание ветрогелиоэнергетической станции по п.1, или 10, или 12, отличающееся тем, что подземный воздушный канал расположен рядом с тепличным прудом и снабжен дополнительным водно-воздушным теплообменником, подводящая и отводящая водные магистрали которого соединены с тепличным прудом, причем теплообменник расположен перед выходом подземного воздушного канала. 15. Здание ветрогелиоэнергетической станции по п.1, или 12, или 13, или 14, отличающееся тем, что подземный воздушный канал расположен под днищами тепличных прудов и вспомогательного открытого водоема. 16. Здание ветрогелиоэнергетической станции по п.1, или 10, или 12, отличающееся тем, что каждый из выходов подземного воздушного канала соединен с внутренней полостью одного или нескольких воздухозаборных устройств гелиопреобразующих секций.