Analiza formy konstrukcji, prezentacja obliczeń wytrzymałościowych i wyliczeń kosztów.Kontynuacja tematu podjętego w art. Warunki życia na Ziemi przed biblijnym potopem.
Artykuł jest kontynuacją tematu przedstawionego we wcześniejszym artykule:
http://www.eioba.pl/a/5y57/warunki-zycia-na-ziemi-przed-biblijnym-potopem
Po co komu komora normobaryczna? Jest na ten temat już wiele w Internecie i nie ma powodu żebym to powtarzał. Kto jeszcze nie czytał, niech sobie to wygoogluje pod hasłami „normobaria” albo „akademia długowieczności” i oczywiście przeczyta mój wcześniejszy tekst. Tymczasem przejdę od razu do zagadnień związanych z konstrukcją komory.
Podobno w Polsce budowanych jest coraz więcej komór normobarycznych. Jedni budują to wyłącznie dla siebie, albo jako niewielkie pomieszczenia do spania, albo jako bardziej rozwinięte pomieszczenia mieszkalne. Inni tworzą biznes oferując pobyt w komorze dla kuracjuszy, którzy chcą tam podreperować zdrowie.
Komora normobaryczna to zbiornik ciśnieniowy w którym z założenia panuje ciśnienie o 50% wyższe od ziemskiego. Do komory prowadzi szczelne wejście wiodące zazwyczaj przez mniejszy zbiornik pośredni pełniący rolę śluzy.
Forma konstrukcyjna
Rozważmy 3 podstawowe formy konstrukcyjne komór.
Pierwszy to prostopadłościan. Taką formą zbiornika da się zabudować praktycznie każdą przestrzeń budowlaną a jego wnętrze łatwo jest zagospodarować jednakże konstrukcja zbiornika ciśnieniowego o takim kształcie jest najbardziej masywna a w konsekwencji kosztowna. Do usztywnienia płaskich ścian takiego ciśnieniowego zbiornika wymagane jest wykonanie potężnych wzmocnień. Można wyobrazić sobie wykonanie takiej konstrukcji z najróżniejszych materiałów, np. z żelbetonu, stali, a nawet drewna.
Znacznie oszczędniejszy pod względem materiałowym będzie zbiornik o kształcie cylindrycznym gdzie cylinder będzie zakończony dwoma wyoblonymi dennicami. Przestrzeń wewnątrz takiego zbiornika niestety znacznie trudniej zagospodarować, ale nie przesadzajmy. Można i cylinder zagospodarować dosyć efektywnie. Cylinder można ustawiać w dwojaki sposób; z osią poziomą lub pionową. Konstrukcja cylindryczna jest pod względem wytrzymałościowym nieporównywalnie łatwiejsza do wykonania od prostopadłościanu. Można go wykonać ze stali lub z kompozytu (laminatu) najlepiej z włókna szklanego z żywicą epoksydową.
Konstrukcja kompozytowa jest bezpieczniejsza, gdyż ma tę przewagę, że nie pęka w taki sposób jak stal uwalniając gwałtownie energię sprężonego powietrza, ale po przekroczeniu granicy wytrzymałości, w kompozycie powstają najpierw mikropęknięcia, przez które w sposób łagodny następuje stopniowe rozszczelnienie zbiornika.
Jeszcze lżejszą konstrukcję będzie miał zbiornik o kształcie kulistym. Z obliczeń wytrzymałościowych wynika, że przy tej samej średnicy i przy takim samym ciśnieniu wewnątrz, kulisty zbiornik wykonany z takiego samego materiału może mieć o połowę cieńszą ściankę od zbiornika cylindrycznego. Kulistą przestrzeń jest zagospodarować najtrudniej ale zapewniam, że się da. Ja w swojej kopule (zobacz http://www.eioba.pl/a/5oy5/buduje-sobie-kopuly ) zagospodarowałem przestrzeń bez problemu.
A trzeba też dodać, że lżejsza konstrukcja mocno się przekłada na obniżenie kosztów inwestycji. Ponadto mimo swojej lekkości i cienkiej ściance, powierzchnia o kulistym kształcie jest sztywna podobnie jak skorupka jajka. Ale przyjrzyjmy się też piłeczce do tenisa stołowego (ping ponga). Dopóki piłeczka zachowuje kulisty kształt, jest sztywna i łatwo odbija się przy silnym uderzeniu paletką. Jeśli jednak ją przetniemy i spróbujemy jakoś rozpłaszczyć jej ścianę (np. na gorąco – żelazkiem), to będzie się zginać w palcach niemalże jak papier.
Jestem przekonany, że z wykonaniem kuli, zwłaszcza o niezbyt dużej średnicy nie miałbym specjalnych problemów zrobiłbym to z 30 odpowiednio połączonych fragmentów wykonanych we wcześniej przygotowanych formach, przy czym w niektórych z tych fragmentów należałoby wykonać odpowiedniej konstrukcji otwory na drzwi i okna.
Trochę obliczeń wytrzymałościowych i kosztowych
Tak, na razie trochę bardziej z ciekawości i żeby się wstępnie zorientować w kosztach inwestycji, porobiłem sobie trochę obliczeń wytrzymałościowych. Wykonałem nawet taki mini programik obliczeniowy w Ekscelu, w którym mogę łatwo policzyć podstawowe wartości dla różnych wielkości kulistego zbiornika. No więc co mi z tych obliczeń wyszło?
W przypadku kuli o średnicy np. 4,8 m mamy powierzchnię przekroju tej kuli (ewentualnego stropu) 18 m^2, grubość ścianki zewnętrznej wykonanej z 4 warstw tkaniny z włókna szklanego o gramaturze 600g/m^2 nasączonej żywicą epoksydową wychodzi niespełna 3 mm. Dla nadciśnienia 0,05 MPa współczynnik bezpieczeństwa wychodzi mi równy 9, czyli 9-krotnie przekracza dopuszczalne naprężenia. Obliczyłem też masę całkowitą włókien – 174 kg i masę żywicy – 163 kg. Sprawdziłem też ceny tych materiałów i wyszło mi łącznie za całość około 10 000 zł (słownie – dziesięć tysięcy).
Do tego trzeba dołożyć zbiornik śluzy. Też kulisy o średnicy np. 2,05 m ze ścianką niespełna 1,5 mm, z współczynnikiem bezpieczeństwa 10,5. Koszt materiałów około 1000 zł.
A dla kuli o średnicy 3,6 m, gdzie powierzchnia przekroju wyniesie 10,2 m^2, grubość ścianki z 3 warstw tkaniny wychodzi 2,3 mm przy współczynniku bezpieczeństwa 9,2. Koszt tkaniny i żywicy – 4400 zł.
Należałoby do kosztów materiałów doliczyć jeszcze robociznę. Tak sobie myślę, że taką kulę o średnicy 3,6 m, wliczając w to przygotowanie odpowiednich form, to jak bym się sprężył to w 1 do 2 miesięcy może bym zrobił.
Zastanawiam się czy nie lepiej wykonać i połączyć 2 kule o średnicy 3,6 m niż robić jedną o średnicy 4,8 m? Byłoby mniej zabawy z wykonywaniem stropu i schodów.
Oczywiście trzeba by do tego wszystkiego dołożyć wiele innych materiałów do wykonania choćby fundamentów, instalacji, ocieplenia i wszystkiego, czego się używa do budowy zwykłych domów.
No i wiadomo, jak każdy dom, tak i toto musi mieć drzwi i okna. Drzwi zrobiłbym w kształcie elipsy z tego samego materiału co ściana, wiadomo – z odpowiednimi wzmocnieniami, a okna nieduże, okrągłe. W sumie od kilku do kilkunastu okienek o średnicy np. 330 mm z tafli poliwęglanowej o grubości 12 mm. Współczynnik bezpieczeństwa dla takiego rozwiązania wyszedł mi 5,4. Wiadomo, że poliwęglan jest niezwykle wytrzymały na uderzenie jakimś np. młotkiem, dlatego uważam, że dla zbiorników ciśnieniowych, takie rozwiązanie ma sporą przewagę nad oknami szklanymi. Płyta poliwęglanowa będzie też łatwiejsza w obróbce i znacznie tańsza od klejonego i hartowanego szkła.
Wygląda, że koszty wykonania samego kulistego zbiornika z drzwiami i oknami mogą być nie takie wysokie. Tymczasem wyczytałem gdzieś, że wykonanie kompletnej komory normobarycznej to koszt minimum miliona zł. Ciekaw jestem skąd to się bierze?
Dodatkowe kwestie
Chyba wiem jak rozwiązać niektóre kwestie techniczne związane z wyposażeniem komory. Pewnie bym sobie poradził z utrzymaniem stabilnego poziomu ciśnienia, odprowadzeniem ścieków, wykonaniem instalacji wodociągowej i elektrycznej.
Ale tak poza tym, to mam wiele pytań dotyczących tego tematu. Jak uzdatniać powietrze w takiej komorze? Przecież ludzie wydzielają różne zapachy z różnych stron, w tym także metan. W jakim stopniu jest to uciążliwe w komorze mieszkalnej? Czy np. można takie powietrze o zwiększonym ciśnieniu i większej zawartości tlenu przepuszczać przez zwykły filtr zawierający aktywny węgiel? Czy to się jakoś samo nie zapali? W jakim stopniu atmosfera w komorze sprzyja zapłonowi różnych materiałów? Jak w ogóle rozwiązać sprawę bezpieczeństwa pożarowego w tych warunkach? Jakich materiałów budowlanych (farb, szpachli itp.) używać do wykończenia i wyposażenia wnętrza żeby były najbezpieczniejsze? Jak przechowuje się żywność w warunkach komory? Czy się szybciej psuje? Jak rozwiązać problem utrzymania odpowiedniej wilgotności? Utrzymania czystości? Podobnych pytań dotyczących zwłaszcza wyposażenia znalazłoby się więcej.
Jestem poza tym ciekaw dlaczego automatyka sterująca stosowana w dotychczasowych rozwiązaniach jest taka kosztowna i z czego to wynika? I czy można to uprościć obniżając koszty i jak to zrobić?
Tymczasem ja mam jeszcze w planie do zrobienia drugą kopułę (o pierwszej kopule jest reportaż na Eiobie – link w tekście wyżej) a jak dobrze pójdzie, to może w przyszłym roku uda się zrobić też komorę ciśnieniową i wtedy też się podzielę swoimi doświadczeniami.
Adam Szczepański