Противопожарная защита высотных жилых комплексов

П. В. Трофимов, заместитель начальника отдела Московской городской организации ВДПО, главный инженер

Н. В. Шилкин, доцент МАрхИ

Высотные многофункциональные жилые комплексы разделяются на пожарные отсеки по их функциональному назначению, по площади этажа, а также по высоте здания. Границами пожарных отсеков являются противопожарные преграды, в качестве которых используются противопожарные стены и перекрытия с нормируемыми пределами огнестойкости. Предел огнестойкости конструкции – это время, в течение которого конструкция при стандартном пожаре продолжает выполнять свое проектное предназначение. Требуемые показатели пределов огнестойкости строительных конструкций для конкретных зданий определяются в зависимости от его назначения, высоты, а также величины проектной горючей нагрузки. Так, на упомянутых объектах пределы огнестойкости противопожарных преград запроектированы от 3 до 4 ч.

Допустимые площади этажей в пределах пожарных отсеков различного функционального назначения определены в соответствующих строительных нормах и правилах.

Так, например, подземные автостоянки допускается проектировать с площадью пожарного отсека в пределах этажа не более 3 000 м². В обоснованных случаях, если суммарная площадь этажа подземной автостоянки равна 7 000 м², дробить его на три пожарных отсека экономически нецелесообразно, этаж делится на два пожарных отсека площадью по 3 500 м². При этом обоснованное отступление от противопожарных требований действующих норм и правил должно быть компенсировано дополнительными противопожарными мероприятиями, а эвакуация людей запроектирована в полном соответствии с требованиями норм. В данном случае в качестве компенсации, как правило, предусматривается увеличение интенсивности орошения автоматической системы спринклерного пожаротушения, т. е. система пожаротушения больше расходует воды и быстрее ликвидирует возможный пожар.

Инженерные системы и коммуникации зданий (за исключением стальных водонаполненных труб), в том числе системы противодымной защиты, должны проектироваться автономными для каждого пожарного отсека. В случае транзитной прокладки инженерных коммуникаций через другой пожарный отсек необходимо предусматривать отделение таких коммуникаций строительными конструкциями с нормируемыми пределами огнестойкости.

В связи с повышенной этажностью и особенностями объемно-планировочных решений высотные здания, в том числе жилые, как правило, подлежат оборудованию системами спринклерного пожаротушения по всей площади. При этом на стадии проектирования таких систем возникают вопросы, связанные с подачей воды на большие высоты и ограничениями по рабочему давлению применяемой арматуры, трубопроводов и спринклерных оросителей.

В настоящее время используются различные схемы построения спринклерных систем. Например, может быть принята схема с расположением насосов последовательно на нескольких технических этажах. При этом на нижнем техническом этаже располагается насосная станция первого подъема, на среднем техническом этаже располагается емкость, в которую поступает вода снизу, и еще одна группа насосов второго подъема, и так далее в зависимости от требуемой высоты подъема воды. Такая схема применяется очень часто, например, она широко распространена в странах Западной Европы. При реализации этой схемы нижняя насосная группа подает воду в резервуар определенного объема, а следующая группа насосов подает воду на уровень выше, забирая ее из упомянутого резервуара. Резервуар в виде компенсационной емкости необходим, поскольку перекачка воды «из насоса в насос» непосредственно по трубе может привести к несбалансированной работе насосов и в некоторых случаях к возникновению эффекта кавитации и разрушению системы.

У данной компоновки есть свои плюсы и минусы. Преимуществом является повышенная надежность системы. Кроме того, при ограничении высоты подъема до 90–100 м давление на всех участках системы минимизировано и ограничено 12–16 атм. Недостатком является то, что в здании на среднем (верхнем) техническом этаже располагается емкость с достаточно большим количеством воды, и в случае аварии такой емкости возникает проблема с удалением этой воды, с возможными протечками, а также с большими нагрузками на несущие конструкции здания. Кроме того, эта схема достаточно затратна с экономической точки зрения.

В рассматриваемых зданиях по заданию заказчика применялась другая схема. В этом случае на нижнем техническом этаже располагаются несколько групп насосов, но при этом их узлы управления разносятся на разные по отметкам технические этажи, для того чтобы минимизировать давление на участке от узла до спринклера (рис. 1). Группа насосов обеспечивает в контуре расчетное давление, при необходимости – подачу воды к очагу пожара. К узлу управления присоединяется сеть спринклерных оросителей данной зоны, включающая в себя 20–25 этажей. Для определения места возгорания предусматривается этажные реле потока с соответствующей арматурой. Каждая группа насосов обслуживает отдельную зону. В этом случае возникает следующая проблема – для обеспечения на последнем (диктующем) спринклере обслуживаемой зоны требуемого рабочего давления (примерно 0,5 атм.) на участке от узла управления до насосной группы на нижнем техническом этаже необходимо поддерживать избыточное давление (на рассматриваемых объектах до 25 атм.). Следовательно, все технологическое оборудование, попадающее в эту зону – узлы, задвижки, трубы, и, наконец, сами насосы, – должно быть рассчитано на указанное давление. Преимущество же данной схемы в том, что все основное оборудование находится на нижнем техническом этаже. По нашему опыту, при использовании насосов большого давления схема с нижним расположением насосов может применяться в зданиях высотой до 250 м, при этом высота зоны в принципе может достигать 100 м.

Рисунок 1. Схема дренчерной системы для защиты проемов тамбур-шлюзов при лифтах в подземных автостоянках

Система внутреннего противопожарного водопровода в таких зданиях совмещена с системой пожаротушения, а нормативный расход воды, устанавливаемый в технических условиях на проектирование противопожарной защиты, суммируется с требуемым расходом воды на пожаротушение. Подбор насосного оборудования по производительности, выбор необходимого сечения стояков системы производится с учетом вышеизложенного. Для снижения давления на нижних участках стояков в пожарных кранах предусматривается установка диафрагм с расчетным сечением отверстий.

Одним из первых высотных зданий в Москве, на котором применялась эта схема, стал IV корпус жилого комплекса «Алые Паруса» высотой 48 этажей. При приемке в эксплуатацию системы пожаротушения и внутреннего противопожарного водопровода были проведены испытания, которые показали, что принятая схема работоспособна, система удовлетворяет проектным параметрам.

Для повышения комфорта и удобства жильцов в составе высотных комплексов, как правило, предусматриваются подземные автостоянки с возможностью доступа в них через лифты жилой части. Такие объемно-планировочные решения при возникновении задымления (пожара) в автостоянке представляют значительную опасность при распространении продуктов горения по лифтовым шахтам в жилую часть здания. Для компенсации таких отступлений от требований норм на этажах автостоянки перед лифтами обязательно предусматривается устройство двойного тамбур-шлюза 1-го типа (с установкой противопожарных дверей 1-го типа с пределом огнестойкости не менее EI 60 в дымогазонепроницаемом исполнении) и подпором воздуха при пожаре, а также устройством со стороны автостоянки дренчерной завесы с автоматическим пуском. Подключается такая дренчерная завеса непосредственно от трубопроводов спринклерной системы вблизи от месторасположения защищаемого проема (рис. 2). Одной из типичных ошибок при проектировании автоматических дренчерных завес является упрощение системы путем отказа от части обвязки (ремонтных кранов). Следует предостеречь проектировщиков от подобной практики, поскольку это затрудняет нормальную эксплуатацию системы и усложняет ее ремонт. Ремонтные краны необходимы для возможности ручного открытия системы в аварийном режиме в случае неисправности соленоидного клапана, а также для ремонта клапана без обезвоживания всей системы.

Рисунок 2 (подробнее)   Схема спринклерной системы с перекачивающей емкостью и группой насосов на промежуточном техническом этаже

При пожаре в первый (со стороны автостоянки) тамбур-шлюз организуется избыточный подпор воздуха автономной системой приточной противодымной вентиляции. Кроме этого, подпор воздуха предусматривается непосредственно в шахту лифта посредством вентиляторов (общего сантехназначения), установленных в верхней и (или) в средней части здания в зависимости от его этажности (высоты). При этом в стене шахты лифта на каждом этаже автостоянки проектируются нормально закрытые огнезадерживающие клапаны (с огнестойкостью не менее EI 60) с электромагнитным либо электромеханическим приводом. При пожаре в автостоянке включается вентилятор (группа вентиляторов) подпора воздуха в шахты лифтов, соответствующий клапан на этаже пожара открывается и обеспечивает подачу воздуха во второй тамбур-шлюз (рис. 3).

Рисунок 3 (подробнее)   Схема спринклерной системы с нижним расположением группы насосов

Необходимо отметить, что сообщение лифтов жилой части с автостоянками может быть допущено только в случае применения лифтов в полном соответствии с требованиями НПБ 250-97 «Лифты для транспортирования пожарных подразделений в зданиях и сооружениях. Общие технические требования», в том числе по огнестойкости дверей (не менее EI 60), электроснабжению по первой категории надежности, выполнению на жилых этажах лифтовых холлов и т. д. В лифтовых холлах, в том числе на жилых этажах, рекомендуется предусматривать установку пожарных шкафов.

В подземных автостоянках с тремя и более этажами нормативными документами требуется отдельный лифт для перевозки пожарных подразделений, который обслуживает все этажи подземной автостоянки, но доходит только до первого этажа.

В многофункциональных и торговых зданиях также распространена схема, когда из-за особенностей объемно-планировочных решений невозможно в полном мере выполнить деление этажа (здания) на пожарные отсеки противопожарной стеной с установкой в проемах соответствующих ворот (дверей). В этом случае МГСН 4.04-94* «Многофункциональные здания и комплексы» допускают для защиты открытых проемов применение дренчерных завес «в две нитки» на расстоянии 0,5 м друг от друга и суммарным расходом воды 1 л/с на погонный метр проема.

Одно из перспективных направлений организации систем пожаротушения системы подачи тонкораспыленной воды. В зарубежной литературе принят термин «water mist» («водяной туман») ¹. Пока в нашей стране эти системы широкого распространения не получили, однако в Москве уже есть объекты, на которых реализована такая система.

Преимуществом «водяного тумана» по сравнению с традиционными спринклерными системами является то, что при примерно одинаковой эффективности пожаротушения количество подаваемой воды в разы меньше. Это обстоятельство, помимо прочего, позволяет минимизировать экономические потери при возмещении ущерба от проливов в случае срабатывания системы. Кроме того, зачастую система наружного водопровода на объекте просто не может обеспечить требуемый для пожаротушения, в особенности в автостоянках, расход воды. Так, на одном из объектов в Москве недостаток воды для нужд внутреннего пожаротушения подземной автостоянки в составе жилого комплекса потребовал установки резервуара объемом примерно 300 м³. Запроектированная система подачи тонкораспыленной воды позволила снизить требуемый объем резервуара примерно до 70 м³.

Существенным принципиальным недостатком такой системы является повышенное рабочее давление на диктующем спринклере (около 5,0 атм), в связи с чем при применении ее в высотных зданиях рабочее давление в системе пожаротушения будет значительно увеличено против обычной спринклерной системы.

Рисунок 4 (подробнее)   Стандартная схема применения дренчерных завес для разделения больших площадей на пожарные отсеки

Стандартное требование при согласовании проектов подобных высотных зданий – обеспечение работоспособности внутреннего противопожарного водопровода к моменту начала отделочных работ. В идеальном случае стояки внутреннего пожарного водопровода должны монтироваться одновременно с возведением здания. К сожалению, эти требования часто не соблюдаются. Зачастую отделочные работы ведутся в зданиях, к которым вообще не подведена вода, не говоря уже о внутреннем противопожарном водопроводе с повышенными (по отношению к хозяйственно-питьевому) расходами воды. В этом случае тушение даже небольшого пожара (например, возгорания строительного мусора) на высоте 100–150 м может вызвать значительные трудности, поскольку имеющиеся у пожарной охраны рукава зачастую изношены и просто не выдерживают давления водяного столба при попытках подать воду на такие высоты. Одним из вариантов решения данного вопроса может быть применение сухотрубов, проложенных вдоль фасадов зданий с доступом к ним с балконов незадымляемых лестничных клеток типа Н1. В этом случае подача воды в сухотрубы производится автонасосом высокого давления, время для развертывания пожарных подразделений снижается.

Противопожарные козырьки служат для создания дополнительных препятствий в виде выступающих карнизов по периметру здания для недопущения распространения огня на вышележащий этаж. Эти козырьки преду-сматриваются на границах пожарных отсеков. Козырек должен выступать на фасаде здания на расстоянии примерно 0,8–1 м. В случае деления здания на отсеки путем устройства противопожарных перекрытий без технического этажа, козырек создает дополнительную конструктивную преграду на пути огня. В случае, когда в здании предусмотрен технический этаж с минимальным количеством окон по периметру, от козырька можно отказаться, поскольку разрыв между крайними окнами разных пожарных отсеков в этом случае составляет минимум 3,5 м. Окна технического этажа могут быть ограниченной площади и, кроме этого, выполняться в противопожарном исполнении с огнестойкостью EI 60.

Рисунок 5. Схема подпора воздуха в тамбур-шлюзы лифтов

В стилобатной части высотных зданий широкое распространение получили атриумы – многосветные пространства, развитые на несколько этажей. Проблемой при проектировании таких помещений является распространение дыма по всему объему атриума при возгорании на одном из нижних этажей. При расчетах систем противодымной защиты для недопущения проникновения дыма на вышележащие этажи по периметру атриума на каждом уровне предусматриваются конструктивные противодымные экраны, устанавливаемые в нижней плоскости вышележащего перекрытия. Высота таких экранов определяется в каждом конкретном случае специальным расчетом. В другом варианте проем с уровня в объем атриума оставляется полностью открытым, но для предупреждения распространения дыма используются противодымные экраны в виде штор, размеры которых также определяются расчетом. При пожаре они автоматически опускаются по специальным направляющим, полностью отсекая очаг пожара и не давая дыму распространиться по остальной части здания. Для удаления дыма из очага возгорания в обоих вариантах на каждом этаже устанавливаются клапаны системы дымоудаления.

Проведенные испытания показали, что канализационные полимерные трубы в случае пожара начинают гореть не вверх, а вниз, поскольку вниз попадают продукты горения трубы. При принятии решения об использовании таких труб для канализации или ливнестоков следует предусматривать специальные противопожарные мероприятия. Может быть предложено два пути противопожарной защиты таких труб. Можно заключать такие трубы в шахту из несгораемых строительных конструкций с противопожарными дверьми (лючками) в местах ревизий. Второй путь – установка под каждым перекрытием специальных противопожарных манжет, которые обеспечивают при пожаре нераспространение огня. И первый, и второй путь предполагают достаточно высокие капитальные затраты, и поэтому для высотных зданий оправдано применение чугунных канализационных труб. Тем не менее выбор в данном случае остается за заказчиком, и если он находит возможность выполнения таких мероприятий, то вполне могут быть применены и полимерные трубы.

В предыдущих публикациях подробно рассматривалась схема противопожарной защиты приточной механической вентиляции, реализованной на рассмотренных объектах ². Эта схема реализована следующим образом. Для каждого пожарного отсека в выгороженной шахте в строительных конструкциях предусматривается отдельный приточный вертикальный воздуховод, обслуживающий все квартиры данного пожарного отсека. На выходе из шахты на этаж в обязательном порядке устанавливаются огнезадерживающие клапаны с электромеханическим или электромагнитным приводом и огнестойкостью не менее EI 60. Под потолком межквартирного холла воздуховоды разводятся в каждую квартиру. Здесь же устанавливаются и шумоглушители. На входе в каждую квартиру также в обязательном порядке устанавливаются огнезадерживающие клапаны с нормируемым пределом огнестойкости. Внутри квартиры разводка приточных воздуховодов выполняется по индивидуальным проектам в зависимости от пожеланий владельцев. При такой схеме организации приточная вентиляция полностью соответствует разработанным для данных зданий техническим условиям на проектирование противопожарной защиты, а именно: не допускается распространение пожара за пределы отдельно взятой квартиры. Для этого же в квартирах предусматриваются противопожарные входные двери огнестойкостью EI 60. Перегородки между квартирами выполняются, как правило, кирпичными, их огнестойкость предусматривается не менее 90 мин.

В настоящее время в мире прослеживается тенденция к использованию единой интегрированной системы автоматического управления инженерным оборудованием (концепция интеллектуального здания). В нашей стране противопожарная автоматика, как правило, обосабливается от остальных систем автоматизации и диспетчеризации. Это связано с тем, что создание интеллектуального здания, «умного дома» изначально предусматривает использование базового оборудования очень высокого уровня, и, следовательно, дорогостоящего. В настоящий момент застройщики, как правило, не готовы идти на такие затраты. Кроме того, чем сложнее аппаратура, чем больше систем она должна обслуживать, тем выше вероятность выхода ее (или ее части) из строя. Автоматика систем противопожарной защиты высотного здания должна обеспечивать полную работоспособность достаточно многих внутренних инженерных систем объекта, поэтому дополнительно усложнять ее, объединяя с автоматизацией общеобменных систем вентиляции, ЦТП, лифтами и пр. нецелесообразно. В связи с совокупностью этих факторов, надежности и стоимости, в сложившихся условиях оправдано выделение противопожарной автоматики в отдельную систему, которая обособлена от других систем автоматизации и диспетчеризации здания и имеет связь с той же системой общеобменной вентиляции не более чем на уровне «сухих» контактов.

Подробнее о системах противопожарной автоматики см. статью «Системы автоматизации и диспетчеризации высотных жилых комплексов», опубликованную в журнале «АВОК», № 4, 5, 2005.

В заключение хотелось бы отметить следующее. Общеизвестен тот факт, что на начальном этапе любой пожар потушить гораздо проще. Даже если и не удается полностью ликвидировать очаг возгорания, упростить дальнейшее тушение пожара можно, локализовав его и не допустив распространения огня по зданию. По этим соображениям в настоящее время в Москве в ряде высотных жилых зданий и многофункциональных высотных комплексов эксплуатирующие компании стали создавать свои ведомственные (объектовые) пожарные подразделения, которые обучены оперативно реагировать на факт возникновения пожара, и в задачу которых входит возможная локализация мест возгорания до прибытия военизированных пожарных подразделений Государственной противопожарной службы МЧС России.

¹ Подробнее о таких системах см. статью «Технология пожаротушения “water mist”», опубликованную в журнале «АВОК», № 6, 2004.

² См. статью «Опыт проектирования и эксплуатации инженерных систем новых высотных жилых комплексов Москвы», «АВОК», № 2, 2005.