Экспериментальный жилой дом

Жилой 10-этажный дом на 108 квартир со встроенными блоками теплиц третьего поколения с энерготехнологозависимыми модулями типа ТС-600А

Т. С. Шарупич, канд. техн. наук, ФГУП «Гипронисельпром», г. Орел

Общие замечания

Данный проект реализует концепцию экологической, продовольственной и белковой безопасности среды обитания для жителей крупных городов путем создания жилья с технологиями управляемого культивирования растений и человека на основе связанного кислорода и «живой» пищи.

Проект представляет собой жилой 10-этажный дом на 108 квартир со встроенными блоками теплиц третьего поколения с энергозависимыми модулями типа ТС-600А, общей площадью 12594,9 м², в том числе жилья – 8609,7 м², теплиц – 3985,2 м², с подземным гаражом для автомобилей (рис. 1).

Рисунок 1. Проект 10-этажного дома на 108 квартир со встроенными блоками теплиц третьего поколения с энергозависимыми модулями типа ТС-600А

Норма обеспеченности 22 м² общей площади на человека, что соответствует стандарту экономичного дома; в доме 3 жилых секции размерами 12,3 х 24,6 м каждая, этажей – 10, высота этажа – 2,8 м.

Встроенные блоки теплиц предназначены для обогащения воздуха жилых помещений связанным кислородом, утилизации СО₂, получения до 120–150 кгс/м² в год свежей экологически чистой живой овощной продукции, ягод (рис. 2).

Рисунок 2. Выращивание земляники в тепличном комплексе жилого дома

В отделке фасада предусмотрены современные отделочные материалы. Наружные стены, внутренние стены и перегородки выполнены из силикатного кирпича. Несущие конструкции теплиц – из стальных оцинкованных профилей заводского изготовления. Ограждение теплицы – из поликарбонатных панелей по алюминиевым шпросам.

Проект выполнен для строительства в районах и пригородах крупных городов.

Рисунок 3. Проект жилого дома со встроенными теплицами. Общий вид

Рисунок 4. Проект жилого дома со встроенными теплицами. Общий вид

Инженерные системы и оборудование

В подвале жилого дома находится отапливаемый гараж для автомобилей, в котором предусмотрены системы вентиляции, кондиционирования воздуха и аварийная противодымная сигнализация. Шахты лифтов выполнены в сборном железобетонном варианте.

В качестве несущих сборных рам теплицы-пирамиды для размещения гидропонных лотков с размерами в осях 2,1 м. Шаг рам пирамиды – 1,5 м. Высота этажа – 2,8 м, несущие конструкции теплиц выполнены из стальных оцинкованных профилей заводского изготовления, в ограждении и перегородках теплиц применены алюминиевые профили, ограждение теплиц стеклянное по алюминиевым шпросам.

Внутреннее инженерное оборудование жилого дома запроектировано в соответствии с требованиями СНиП и ТУ, в качестве отопительных приборов приняты радиаторы МС-140.

Распределение электроэнергии осуществляется поэтажно, щитками типа ЩЭ 3201 и ЩЭ 3202.

Источником теплоснабжения служит квартальная котельная с параметрами теплоносителя 130–70 °С.

Водоснабжение от внешнего источника. Водоотведение во внешние сети канализации.

Теплоснабжение теплицы предусмотрено от собственной котельной с параметрами теплоносителя 130–70 °С.

Проект разработан для строительства в районах страны, характеризующихся:

• расчетной температурой наружного воздуха наиболее холодных суток –35 °С;

• весом снегового покрова для теплиц 15 кгс/м, согласно СНиП 2.10.04.-85, и для массивных зданий – 100 кгс/м;

• нормативным значением ветрового давления 38 кгс/м;

• сейсмичностью не более 6 баллов.

Температурно-влажностный режим в теплице рассчитан по нормам технологического проектирования теплиц НТП 10–95.

Инженерные системы и коммуникации решаются в соответствии с требованиями нормативных документов и технических условий.

Выход О₂ с одного кв. дециметра листовой поверхности в час – 20 мг/дм² • ч, утилизация растениями СО₂ – 6 г/м² • ч.

Схема автоматического регулирования параметров воздушной среды представлена на рис. 5.

Рисунок 5. (подробнее) Схема системы автоматического управления параметрами микроклимата замкнутой ячейки типа «квартира-теплица»

Поддержание параметров микроклимата в замкнутой ячейке «квартира-теплица» происходит за счет воздухообмена:

• из теплицы в жилое помещение: вентиляторами подается воздух, обогащенный кислородом, и влажный О₂, H₂О;

• из жилого помещения в теплицу: через переточную решетку подается теплый воздух, с повышенным содержанием углекислого газа – СО₂, Т (углекислый газ, тепло).

Включение вентиляторов воздухообмена – автоматическое и вручную. В автоматическом режиме вентиляторы включаются при заданном пороге по содержанию СО₂ в теплице и О₂ в жилом помещении.

Охлаждение воздуха

В летний период охлаждение воздуха в жилом помещении осуществляется многоканальной системой кондиционирования на 16 кондиционеров (внутренних блоков).

Внешний блок (компрессор холода) устанавливается в техническом этаже (один на 16 квартир). Внутренние блоки-кондиционеры устанавливаются по одному на квартиру. Охлажденный воздух от кондиционеров по рукавам раздачи, расположенным в пространстве подшивного потолка, поступает в комнаты через решетки с клапанами на потолке. Клапаны с электроприводами открываются выключателями (как свет).

Тепличный комплекс

Назначение теплиц всех вариантов – круглогодичное выращивание экологически чистой овощной продукции (томаты, огурцы, зеленые культуры) по высокоэффективной технологии, методом многоярусной узкостеллажной гидропоники, позволяющей получить урожайность до 120 кг с 1 м² в год и кислорода до 2 грамм с 1 м² листовой поверхности в час.

Инженерное решение теплицы в виде вертикального размещения модулей позволяет повысить эффективность использования тепличной площади (рис. 6).

Рисунок 6. (подробнее) Тепличный подъезд жилого дома (разрез)

Основные показатели:

• площадь овощных отделений – 3188,16 м²;

• отделение сеянцев – 199,2 м²;

• рассадное отделение – 597,7 м²;

• выход продукции – 537,93 т/год;

• выход кислорода – 64,556 кг/ч.

В настоящее время среднестатистическая величина потребления внесезонных овощей не превышает 30 % от нормативной.

Задача оздоровления населения может быть решена при производстве в течение года экологически чистых натуральных продуктов с заданными профилактическими и радиопротекторными свойствами, в первую очередь, из защищенного грунта.

В состав сухого вещества растений входит 95% углерода, кислорода и водорода. Эти элементы усваиваются зелеными частями растений в процессе фотосинтеза из углекислого газа и воды. Благодаря фотосинтезу зеленые растения превращают углекислоту и воду в углеводы и другие органические вещества с большим запасом энергии. В результате светового разложения воды в хлоропласте образуется водород и кислород. Водород присоединяется к составным частям ферментов и используется для образования углеводов, а кислород выделяется в атмосферу.

Количество выделяемого кислорода – 20 мг/дм³ в час.

Предлагаемый к рассмотрению жилой блочный дом со встроенными блоками теплиц представляет собой сочетание тепличного комплекса и жилой части здания. Дом предназначен для проживания людей и производства «живой» пищи, «живого» воздуха, сочетания растительного и интеллектуального белка.

Тепличный комплекс способствует поддержанию любого микроклимата в жилых помещениях.

В новой технологии многоярусной узкостеллажной гидропоники (МУГ) растения размещаются в 5 ярусов в объеме теплицы с расстоянием между ярусами 40 см, при количестве 25–30 растений на 1 м². Урожайность с одного куста составляет 1,5 кг за оборот, т. е. с 1 м² можно получить от 80 до 120 кг/м² в год.

Новая технология представляет растительный покров, имеющий пять одновременно плодоносящих ярусов, при этом каждый ярус автономно получает световую, тепловую энергию, минеральное, углекислотное питание, что обуславливает его высокие продуктивные показатели.

Оптимальные режимы выращивания

Температура:

• сеянцы 22–26 °С;

• рассада 22–26 °С;

• взрослая культура 22–28 °С.

Относительная влажность воздуха:

• сеянцы 60–80 %;

• рассада 60–80 %;

• взрослая культура 75–85 %.

Температура питательного раствора 22–26 °С.

Температура субстрата 18–24 °С.

Варианты поэтажного размещения квартир и теплиц

Проработано несколько вариантов поэтажного размещения квартир и теплиц.

Во всех вариантах выращивание сеянцев, рассады, камера проращивания, приготовление питательных смесей, хранение и мойка горшочков предусмотрены на первом этаже централизовано. В разработанной технологии используется принцип водной технологии NFT-техника питательной пленки. Раствор подается тонким слоем в корневую зону растений. В качестве корнеобитаемой среды принят торф в пластиковом горшке объемом 0,7 л.

Вариант 1 – автономный (рис. 7)

На площадке расположены 4 квартиры (две квартиры двухкомнатные и две квартиры – трехкомнатные). Отдельный вход в теплицы из каждой квартиры. Обслуживание – собственными силами. Приготовление питательных растворов производится непосредственно в теплице в специальных емкостях.

Вариант 2

Hа площадке 4 квартиры и к каждой квартире предусмотрена теплица. Обслуживание осуществляется самими жильцами (рис. 8). Приготовление питательных растворов предусмотрено в специальных емкостях, установленных в теплице. Набивка горшков производится на первом этаже, и реализация их осуществляется через магазин. В каждой теплице предусмотрен грузовой лифт.

Отработанный раствор по отдельным трубопроводам стекает в специальную емкость, где дезинфицируется, фильтруется, корректируется и вновь подается в теплицы.

Горшки, после культурооборота, поступают в специальное помещение, где проходят операции мойки, дезинфекции, наполняются питательной смесью – и опять готовы к новому культурообороту.

Приготовление питательного раствора, питательной смеси, мойки горшков после культурооборота производится специально обученным персоналом. Все работы в теплицах осуществляются хозяином квартиры. При этом варианте возможно обслуживание теплиц и специальным персоналом (в теплицу он попадает через грузовой лифт теплиц, минуя квартиру).

Вариант 3

Hа этаже в крайних секциях предусмотрено по одной квартире, в центре здания – по 2 квартиры (рис. 9). Приготовление почвенной смеси, питательного раствора предусмотрено централизовано. Обслуживание теплиц осуществляется работниками жилищно-коммунальных служб.

Рисунок 7. (подробнее) Автономный вариант размещения квартир и теплиц: отдельный вход в теплицы из каждой квартиры

Рисунок 8. (подробнее) Вариант размещения квартир и теплиц: теплицы с отдельным входом через лестничную клетку и лифт

Рисунок 9. (подробнее) Вариант размещения квартир и теплиц: на этаже в крайних секциях предусмотрено по одной квартире, в центре здания – по 2 квартиры

Технико-экономические показатели

Общая сметная стоимость составляет 120291,3 тыс. руб., в том числе: жилья – 86097,0 тыс. руб., теплицы – 34194,3 тыс. руб.

Срок окупаемости капиталовложений по предлагаемому проекту определен по сальдо денежного потока, начиная с наиболее раннего момента времени в расчетном периоде, после которого текущий чистый доход при реализации выращенной продукции становится и в дальнейшем остается неотрицательным.

Чистая прибыль с амортизационными отчислениями по предлагаемым встроенным блокам теплиц составляет: на 3-й год – 15168,96 тыс. руб., на 4-й год и в последующем ежегодно – 15536,0 тыс. руб.

Срок окупаемости капитальных вложений на встроенную теплицу составляет 4,4 года, жилой площади – 5,4 года.

Срок окупаемости общего объема капвложений по рассматриваемому объекту в целом составит 9,8 года без учета подземного гаража.

До окончания срока полезного использования встроенной теплицы (30 лет) общая сумма прибыли (после окупаемости капвложений в целом на весь объект) составит 228,34 млн руб. в ценах 2004 года.

Проект выполнен на основе реализации более 70 патентов России на изобретения патентообладателя ООО «Патент», в том числе способов обеспечения зданий «живым» воздухом (кислородом) и технологий выращивания растений («живой» пищи), конструкций теплиц, инженерного и технологического оборудования, режимов эксплуатации.

В социально-экономическом аспекте проект позволяет:

• увеличить в рационе жителей долю свежих овощей и ягод привычного и расширенного ассортимента с одновременным очищением воздуха жилых помещений от углекислоты и продуктов жизнедеятельности с обогащением ее кислородом;

• изолировать жилые помещения от окружающей среды;

• разработать рекомендации жителям города по выращиванию продукции с заданными профилактическими или радиопротекторными свойствами;

• повысить безопасность и комфортность жилища;

• впервые социально-затратный объект окупает капиталовложения на собственное строительство и дает прибыль до конца срока полезного использования встроенных блоков теплиц.

Научно-технический совет Комплекса архитектуры, строительства, развития и реконструкции города Москвы

Предложение института по 10-этажному дому на 108 квартир со встроенными блоками теплиц третьего поколения с энерготехнологическими модулями типа ТС-600А нашло отражение в работе Научно-технического совета Комплекса архитектуры, строительства, развития и реконструкции города Москвы.

На совете, в частности, было отмечено, что в настоящее время известен ряд реализованных отечественных и зарубежных проектов зданий с теплицами, строительство которых осуществляется с различной целью:

• тепличный комплекс на крыше АЗЛК (утилизация теплоты удаляемого вентиляционного воздуха и обеспечение сельскохозяйственными продуктами работников завода);

• тепличные комплексы на крыше общественных зданий (для создания комфортных условий отдыха сотрудников во время перерыва (разработки МАрхИ);

• жилые одноквартирные здания в США с Greenhouse (улучшение температурно-влажностного режима в помещениях и снижение расхода теплоты или холода на климатизацию);

• здание «Commerzbank» во Франкфурте-на-Майне со встроенными садами (улучшение микроклимата и создание благоприятной рабочей обстановки) и др.

Опыт использования встроенных блоков теплиц в жилом доме предложен впервые.

Заслушанный проект можно рассматривать как положительную идею создания «генератора» по климатизации воздушной среды для обеспечения более достойных условий проживания. Проект может быть использован при подготовке программы «Пассивные дома».

 

Тел. (0862) 45-19-30

Е-mail: sharupich@orel.ru;

patent@valley.ru