Инженерные решения высотных жилых комплексов

К выходу в свет книги «Инженерное оборудование высотных зданий»

А. Н. Колубков, директор проектно-производственной фирмы «Александр Колубков», главный инженер проекта

Сейчас ни у кого не возникает сомнения, что высотное здание должно разрабатываться как единый архитектурно-инженерный проект. Создание высотного здания ведется с учетом интересов заказчика, архитекторов, конструкторов, инженеров-проектировщиков инженерных систем, специалистов в области вертикального транспорта, безопасности зданий, специалистов, занимающихся эксплуатацией таких объектов. Их опыт является важным и ценным материалом, который может существенно повлиять на выбор архитектурных, инженерных, конструкторских решений, что позволяет учесть ряд особенностей, которые часто упускаются в процессе проектирования, но в дальнейшем вызывают проблемы при эксплуатации подобных объектов. Исходя из этих положений, НП «АВОК» было принято решение обобщить имеющийся опыт проектирования и эксплуатации высотных комплексов и довести его до внимания специалистов, занимающихся вопросами высотного строительства.

В рамках данной статьи освещаются узловые моменты инженерных и технических решений в порядке построения книги.

Введение книги посвящено обзору тематики высотного строительства как новой среды обитания человека. Высотные здания представляют новый закономерный этап развития городского строительства и являются экономически выгодными элементами городского хозяйства. По мнению современных архитекторов, большая этажность зданий или большая плотность городского населения, при которой жилье, работа и учреждения социальной сферы и отдыха расположены близко друг от друга, ведет автоматически к более высокому качеству жизни. С момента появления первых высотных зданий вопрос о целесообразности их строительства постоянно обсуждается в острых дискуссиях между архитекторами, инженерами, социологами, психологами, экологами, медиками и специалистами по безопасности.

Не умаляя важности архитектурных и конструктивных проблем при проектировании высотных зданий, отметим следующие, не менее серьезные проблемы, которые имеют место при проектировании систем отопления, вентиляции, кондиционирования воздуха:

– проектирование систем отопления, вентиляции, кондиционирования воздуха высотного здания принципиально отличается от проектирования этих же систем для многоэтажных зданий, т. к. для высотных зданий влияние наружных климатических воздействий и величины градиентов перемещения потоков массы и энергии внутри здания являются по своей значимости экстремальными;

– каждое высотное здание является уникальным произведением архитектурно-инженерного искусства, и применяемые в нем решения не могут быть тиражированы в других проектах без серьезного переосмысления и глубоких дополнительных исследований, включающих методы физического и математического моделирования.

Архитектурное и инженерное проектирование здания с учетом направленного действия наружного климата позволяет без дополнительных затрат повысить энергетическую эффективность здания, качество микроклимата и решить задачу со-хранения природной окружающей среды.

Для снижения стоимости энергии, а также уменьшения вредного воздействия на окружающую среду в высотных зданиях используются автономные источники тепло-, энергоснабжения. «Традиционные» автономные источники тепло-, энергоснабжения отличаются более высоким КПД и уменьшенными выделениями вредных выбросов. К «нетрадиционным» (возобновляемым) источникая тепло-, энергоснабжения относятся топливные элементы, фотоэлектрические панели (солнечные батареи), системы использования низкопотенциального тепла земли.

Глава 1 посвящена расчетным параметрам наружного климата

Принятая в настоящее время в России методика проектирования теплозащиты наружных ограждающих конструкций, отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха основывается главным образом на трех характерных климатических периодах:

• показателях наружного климата наиболее холодной пятидневки;

• показателях наружного климата отопительного периода;

• показателях наружного климата наиболее жаркого месяца.

При расчете теплозащиты и систем регулирования микроклимата высотных зданий эти параметры в значительной степени могут отличаться от тех, которые принимаются для традиционных многоэтажных зданий. В первую очередь, это относится к изменению (выбору) скорости ветра. Важнейший показатель высотных зданий – их аэродинамика.

Учитывая, что каждое высотное здание является крупным энергетическим потребителем, выбор оптимальных в технико-экономическом отношении показателей (параметров) теплозащиты зданий и систем регулирования микроклимата должен определяться на основе эксплуатационных затрат, основной составляющей которых являются затраты на тепло, холод и электроэнергию. Кроме того, на основе этих показателей должна быть определена оптимальная форма оболочки здания.

В холодный и теплый периоды года температура наружного воздуха понижается примерно на 1 °С через каждые 150 м высоты, атмосферное давление понижается примерно на 1 гПа через каждые 8 м высоты, а скорость ветра увеличивается [2].

В главе приводятся расчетные значения температуры наружного воздуха и наружного барометрического давления у поверхности земли, изменение по высоте температуры наружного воздуха и барометрического давления, интенсивность суммарной солнечной радиации, методика расчета потоков суммарной солнечной радиации, приходящей за отопительный период на горизонтальную и вертикальные поверхности. Рассматриваются вопросы аэродинамики зданий для проектирования вентиляции зданий и расчета воздушных потоков внутри здания, оценки влияния здания на аэродинамический режим прилегающей территории, выбора ограждающих конструкций с необходимой воздухопроницаемостью.

В главе 2 рассматриваются вопросы теплоэнергоснабжения систем отопления, горячего водоснабжения, вентиляции и кондиционирования воздуха

Теплоснабжение систем отопления, горячего водоснабжения, вентиляции и кондиционирования (далее – системы внутреннего теплоснабжения) следует преимущественно осуществлять от тепловых сетей систем централизованного теплоснабжения города. Присоединение систем внутреннего теплоснабжения к централизованным системам возможно при условии обеспечения бесперебойной подачи тепла в количестве не менее требуемого расхода на отопление здания. Обеспечение 100 % резервирования подачи тепла для систем внутреннего тепло-снабжения здания устанавливается заданием на проектирование.

Одним из решений по резервированию может быть устройство автономных систем тепло- и электроснабжения высотных зданий на базе газотурбинной или газопоршневой установок, одновременно вырабатывающих обе эти энергии. Современные средства защиты от шума и вибрации позволяют размещать их непосредственно в здании, в том числе и на верхних этажах. Как правило, мощность этих установок не превышает 30–40 % максимальной потребной мощности объекта, и в штатном режиме эти установки работают, дополняя централизованные системы энергоснабжения. При большой мощности когенерационных установок возникают проблемы передачи избытков того или иного энергоносителя в сеть.

Во многих случаях в качестве автономных энергоцентров высотных зданий используются мини-ТЭЦ на базе поршневых мотор-генераторов. Реализация масштабных инвестиционных проектов во многих регионах сдерживается отсутствием свободных мощностей единой энергосистемы страны. Перспективные планы ввода в эксплуатацию новых крупных энергоисточников из-за длительных сроков не удовлетворяют потребности строительства. Период избытка мощности энергоисточников над уровнем энергопотребления заканчивается раньше, чем того ожидали энергетики.

Недавняя политика стимулирования роста энергопотребления (если есть резервы производства товара – надо их реализовать и продать) имеет и свою оборотную сторону. Резко увеличилось нерациональное использование электроэнергии для прямой трансформации в тепловую – электрокотлы, воздушные завесы, электрокалориферы систем вентиляции. Вернуться в русло энергосбережения весьма непросто.

Возможным вариантом решения проблемы энергоснабжения новостроек, включая высотные, является проектирование и строительство мини-ТЭЦ.

Мини-ТЭЦ, обеспечивающие энергоресурсами высотные здания, могут стать разумным дополнением единой энергосистемы и могут работать в параллельном режиме.

Сложность этой задачи состоит в том, что на самой ранней стадии проектирования необходимо все основные характеристики мини-ТЭЦ гармонизировать с режимами работы систем энергопотребления.

К сожалению, в России отсутствует нормативно-методическая база проектирования мини-ТЭЦ, а практический опыт небольшого числа организаций, проектирующих автономные энергоцентры, явно недостаточен. В итоге из-за неквалифицированного подхода к проблеме наметилась тенденция дискредитации прогрессивного направления малой энергетики. При оптимальной годовой загрузке установки, учитывая ее автономность и минимальную протяженность энергокоммуникаций, себестоимость производства электрической, тепловой энергии и холода по расчету оказывается в 1,5–2 раза ниже действующих тарифов центральной энергосистемы.

Для обеспечения максимальной загрузки машин можно было бы излишнюю электрическую энергию направить на компенсацию недостающего тепла для нагрева воды в системе горячего водоснабжения, установив тэны в баках-аккумуляторах. В этом случае автоматически сократилась бы подача тепла на нагрев горячей воды в той мере, в какой поступит электрическая энергия на эти же цели, вплоть до полного отключения тепла на нужды горячего водоснабжения. Подбор мощности устанавливаемых газопоршневых машин выполняется исходя только из нагрузки на отопление, но не максимально часовой, а средней за двое самых холодных суток из обычно выбираемой расчетной пятидневки. В летнее время избыток тепловой энергии, вырабытываемой попутно с производством электрической энергии, может быть использован в тепловых абсорбционных холодильных машинах для получения холода, необходимого в системах кондиционирования воздуха.

При дефиците только тепловой энергии для объекта в качестве источника теплоснабжения может быть принят автономный источник теплоснабжения (АИТ) в виде котельной с водогрейными котлами.

Могут использоваться пристроенные или отдельно стоящие котельные, возможность и место размещения которых следует увязывать со всем комплексом воздействия на окружающую среду, в том числе и на жилое высотное здание. Отдельно стоящие АИТ рекомендуется использовать для двух и более близкорасположенных жилых высотных зданий. Дымовую трубу в пристроенных и отдельно стоящих АИТ следует выполнять выше уровня крыши здания, а ее высоту определяют расчетом на рассеивание продуктов сгорания.

Тепловую мощность АИТ выбирают по расчетной нагрузке на отопление здания, для теплоснабжения калориферов приточных систем, тепловых завес и среднечасовой нагрузке горячего водоснабжения. В АИТ рекомендуется использовать водогрейные котлы с температурой нагрева воды до 115 °С. В качестве топлива для АИТ используется природный газ. Газопровод следует предусматривать из легированной стали с давлением газа 0,1–0,3 МПа. Тепловую мощность каждого котла АИТ и их количество рекомендуется принимать с учетом обеспечения одним из котлов выполнения условий обеспечения бесперебойной подачи тепла в количестве, не менее требуемого расхода на отопление здания.

Присоединение систем внутреннего теплоснабжения высотного здания выполняется через тепловые пункты (ТП). Учитывая, что высотные комплексы, как правило, являются многофункциональными по назначению с развитой стилобатной и подземной частью, на которой могут находиться несколько зданий, возможны два принципиальных решения. Одно – это устройство центрального теплового пункта (ЦТП), где располагаются все теплообменные аппараты, передающие энергию перегретой воды к низкопотенциальным теплоносителям второго контура с расчетными параметрами 95 °С и ниже для систем отопления, калориферов приточных систем и систем горячего водоснабжения. Из этого ЦТП низкопотенциальные теплоносители по отдельным трубопроводам от общей гребенки поступают к каждой системе теплопотребления. Другое решение – центральный тепловой пункт (ЦТП) – служит для ввода городских тепловых сетей на объект и размещения узла учета тепловой энергии при необходимости установки когенерации и может быть совмещен с одним из индивидуальных, локальных тепловых пунктов (ИТП), служащих для присоединения местных систем теплопотребления, близких по расположению к данному тепловому пункту. Из этого ЦТП перегретая вода по двум трубам, а не по нескольким от гребенки, как в предыдущем случае, подается в локальные ИТП, расположенные в других частях комплекса, в том числе и на верхних этажах, по принципу приближенности в тепловой нагрузке.

При высоте зданий до 200 м возможно размещение тепловых пунктов внизу здания, не ниже минус 1-го этажа. При большей высоте зданий во избежание повышенных давлений в трубопроводах следует применять каскадную схему подключения зональных теплообменников отопления и ГВС. В этом случае давление в контурах циркуляции греющей воды будет определяться только высотой своей зоны. Подпитка, как обычно, производится из обратного трубопровода греющей воды насосом в обратный трубопровод нагреваемой. Такая схема нашла свое отражение в МГСН 4.19–2005 «Проектирование многофункциональных высотных зданий в г. Москве» и в проектах самых высоких зданий, сооружаемых в районе Москва-Сити.

Все системы высотных многофункциональных комплексов должны иметь 100 %-ное резервирование по теплообменникам и насосам. Это позволяет в случае больших морозов, когда теплоснабжающая организация не соблюдает температурный график и по температуре не хватает площади нагрева, включать в параллельную работу резервные теплообменники и тем самым обеспечивать нормальный температурный график для данной температуры наружного воздуха.

Если невозможно запроектировать 100 %-ное резервирование оборудования ЦТП, необходимо предусмотреть резервный теплообменник только на систему вентиляции или хотя бы один теплообменник по максимальной мощности, который, в первую очередь, напрямую по самой короткой схеме параллельно завязан с теплообменником системы вентиляции.

Также в главе обобщен опыт проектирования и эксплуатации системы горячего водоснабжения с одним теплообменником. Как показал опыт эксплуатации, данная система работоспособна и очень надежна.

Глава 3 посвящена проблемам устройства систем отопления высотных зданий

В главе 3 обобщен опыт проектирования и эксплуатации систем отопления. На основе опыта эксплуатации в очередной раз показано преимущество поквартирных (горизонтальных) систем отопления.

Применение горизонтальных двухтрубных поквартирных систем отопления с разводкой в полу позволяет:

– отключать только одну квартиру или помещение, например, в случае аварии или при необходимости ремонта или замены отопительных приборов;

– отрегулировать систему отопления одной квартиры или помещения независимо от других квартир или помещений;

– избежать проблем, возникающих из-за несанкционированного переустройства систем отопления внутри квартир (замена приборов и термостатов);

– осуществлять индивидуальное проектирование системы отопления каждой квартиры в зависимости от пожелания владельца;

– установить поквартирные теплосчетчики и перейти на оплату фактически потребленной тепловой энергии по показаниям данных теплосчетчиков.

Применение поквартирных (горизонтальных) систем отопления, по сравнению с вертикальными, приводит к уменьшению протяженности магистральных труб, которые всегда имеют наибольший диаметр (наиболее дорогие), снижению потерь теплоты в необогреваемых помещениях, где проложены трубопроводы, упрощению поэтажного и посекционного ввода здания в эксплуатацию.

Рассмотрены особенности применения труб из термостойких полимерных материалов.

К системам отопления с трубами из полимерных материалов действующими нормами предъявляются следующие требования:

• Системы поквартирного (горизонтального) отопления в зданиях следует проектировать двухтрубными, предусматривая при этом установку приборов регулирования, контроля и учета расхода теплоты для каждой квартиры.

• Трубопроводы систем отопления следует проектировать из стальных, медных, латунных труб, термостойких труб из полимерных материалов (в том числе металлополимерных и из стеклопластика), разрешенных к применению в строительстве. В комплекте с пластмассовыми трубами следует применять соединительные детали и изделия, соответствующие применяемому типу труб.

• Параметры теплоносителя (температура, давление) в системах отопления с трубами из термостойких полимерных материалов не должны превышать предельно допустимые значения, указанные в нормативной документации на их изготовление, но не более 90 °С и 1,0 МПа.

Отмечено, что срок и сложность монтажа и количество занятых при этом людей гораздо ниже, чем при использовании стальных труб, системы очень просты в работе и для их монтажа не требуются специалисты такой высокой квалификации, как сварщики.

Срок службы PEX-труб зависит от температуры теплоносителя – чем ниже эта температура, тем больше срок службы трубы. Производители указывают срок службы труб в зависимости от температуры от 25 до 50 лет. Это минимальный срок службы.

Внутренняя поверхность труб из сшитого полиэтилена всегда чистая, в отличие от стальных, там не накапливается ржавчина, окалина и т. д. Старение материала таких труб происходит только в результате воздействия ультрафиолетового излучения. Поскольку в упомянутых в этой главе зданиях все трубы защищены от солнечного света – проложены в гофре, стяжке пола, в пространстве подшивного потолка, в штрабах – старения и разрушения этих труб не происходит. Отопительные приборы подключаются либо посредством специальной розетки, установленной в стене, либо посредством металлической стандартизированной подводки снизу.

Современные системы отопления зданий предъявляют повышенные требования к надежности и регулируемости, особенно в высотных и протяженных зданиях. В таких условиях обеспечение гидравлической устойчивости является основной задачей как проектировщиков, так и службы эксплуатации. Системы должны эффективно работать и быть управляемыми во всех режимах. Традиционно такая управляемость достигается повышением сопротивления узлов отопительных приборов (радиатор и терморегулятор) и гидравлической увязкой циркуляционных колец. С этой целью применяются радиаторные терморегуляторы RTD-N с повышенным гидравлическим сопротивлением на обвязке отопительных приборов, а на стояках или приборных ветвях системы – автоматические балансировочные клапаны серии ASV–P (PV и PV Plus) и ASV–M (I).

Автоматические балансировочные клапаны разделяют систему отопления на несколько независимых подсистем. Подсистемами могут быть поэтажные, квартирные ветки или стояки. В подсистеме образуется свойственный только ей гидравлический режим, в пределах которого следует обеспечивать гидравлическую устойчивость. Количество ступеней увязывания циркуляционных колец в этом случае зависит от места установки автоматического регулятора перепада давления и разветвленности регулируемого им участка системы. Чем ближе автоматический балансировочный клапан к отопительным приборам, тем проще гидравлическая увязка системы. Отсутствие большого количества ручных балансировочных клапанов снижает гидравлическое сопротивление системы и экономит стоимость энергии на перекачивание теплоносителя и улучшает тепловой комфорт в помещении. При наличии автоматических регуляторов перепада давления на неразветвленных ветках увязывание циркуляционных колец сводится к одноступенчатой процедуре. Количество циркуляционных колец в такой подсистеме равно количеству отопительных приборов.

Глава 4 посвящена вопросам вентиляции и кондиционирования воздуха

В главе рассматриваются особенности проектирования систем вентиляции и кондиционирования воздуха высотных многофункциональных жилых комплексов

В жилой и общественной частях высотных многофункциональных жилых комплексов обычно применяется механическая приточно-вытяжная вентиляция. Системы кондиционирования воздуха используются и в жилой, и в общественной частях, но варианты систем варьируются в зависимости от назначения помещений. Для общественных зон обычно применяют системы центрального кондиционирования; в жилой зоне – местные (поквартирные) установки (такие как сплит- и мульти-сплит-системы).

Для правильной работы системы вентиляции вытяжка, естественная или механическая, компенсируется притоком. Если используется приточная механическая вентиляция, никаких проблем не возникает. В случае естественного притока использование герметичных окон нарушает работу системы вентиляции. Самым простым способом организации притока в этом случае является установка приточных клапанов на окна или в наружную стену или использование режима «щелевого проветривания». Могут использоваться и другие решения. Например, в отдельных квартирах для обеспечения притока можно устанавливать небольшие канальные приточные установки с электрокалориферами мощностью 3–6 кВт, однако такое решение возможно лишь в том случае, если данная электрическая мощность может быть предоставлена.

Использование приточно-вытяжной механической вентиляции незначительно влияет на себестоимость квартир, но при этом может быть подан требуемый расход воздуха независимо от наружных погодных условий.

При экономическом обосновании применения на объекте механической централизованной приточно-вытяжной вентиляции следует иметь в виду, что при использовании естественного притока через открываемые окна подогрев приточного воздуха осуществляется за счет системы отопления. Поэтому при проектировании системы отопления необходимо учесть это обстоятельство и, соответственно, увеличить поверхность отопительных приборов.

Как отмечалось выше, для климатизации квартир могут быть использованы либо местные, либо центральные системы кондиционирования воздуха. В первом случае в специально отведенных местах на фасаде здания устанавливаются наружные блоки, от которых к одному или нескольким внутренним блокам подводятся фреоновые магистрали. В случае использования центральных систем холодильные машины устанавливаются, в большинстве случаев, в ниж-ней части здания или на кровле, а в квартиры подается охлажденная вода.

В процессе проектирования часто возникает вопрос: что выгоднее использовать для охлаждения квартир – местные мультизональные системы или центральные системы с чиллерами и фэнкойлами?

Однозначного ответа не существует. Решение о целесообразности того или иного варианта принимается после изучения каждого конкретного проекта.

При выборе вариантов системы охлаждения жилой зоны (местной или центральной) учитываются не только технические аспекты, но и экономические соображения. В частности, при установке местной системы кондиционирования воздуха все затраты на проектирование, монтаж и эксплуатацию оборудования относят на счет заказчика – владельца квартиры (со службой эксплуатации оговаривается только размещение наружных блоков). При использовании для климатизации помещений центральной системы кондиционирования воздуха затраты на установку оборудования – это затраты инвестора, который затем возвращает вложенные средства, увеличивая стоимость квартир.

Потенциальные покупатели в данном случае согласны оплачивать дополнительные услуги, повышающие потребительские качества здания и увеличивающие коммерческую привлекательность жилья. Но для оборудования здания центральной системой кондиционирования необходимы значительные капитальные вложения. Инвестор же зачастую стремится к удешевлению проекта, что приводит к отказу от центральной системы кондиционирования в пользу местных систем.

При использовании центральных кондиционеров к квартирным теплообменникам подводится охлажденная вода, такая система обладает большей гибкостью: в случае необходимости достаточно легко можно изменить конфигурацию магистралей, при достаточной пропускной способности возможно подключение новых потребителей. Для ограничения гидростатического давления эти системы зонируются, на промежуточных технических этажах устанавливаются промежуточные теплообменники и т. д.

В главе большое место отведено особенностям систем вентиляции и кондиционирования воздуха высотного общественного многофункционального комплекса «Федерация», а именно вопросам выбора расчетных параметров наружного воздуха, которые определялись исходя из условий, что в холодный и теплый периоды года температура наружного воздуха понижается примерно на 1 °С через каждые 150 м высоты, а скорость ветра возрастает. В теплый период года, в результате воздействия солнечной радиации, у наружных ограждающих конструкций возникает мощный конвективный поток с более высокой температурой, чем вдали от здания, поэтому принятые параметры наружного воздуха отличаются от нормируемых как в теплый, так и в холодный периоды года, с учетом более высокой обеспеченности систем и влияния высоты здания.

Расчетные параметры внутреннего воздуха с учетом высокого класса здания комплекса «Федерация» приняты, например, в офисах в теплый период 22–24 °С, в холодный период 20–22 °С, а в номерах отеля 22–24 °С круглый год. В холодный период в большинстве помещений предусмотрено поддержание относительной влажности воздуха в пределах 30–40 %.

Выбор системы кондиционирования воздуха комплекса «Федерация».

При проектировании общественного высотного многофункционального комплекса рассматривалось два варианта системы кондиционирования воздуха: децентрализованная поэтажная система и схема с техническими этажами.

При децентрализованной схеме на каждом рабочем этаже предусматривается небольшой инженерный центр площадью 60–70 м² с забором наружного воздуха непосредственно с фасада и выбросом отработанного воздуха тоже на фасад на нормируемом расстоянии. В таком центре размещается центральный кондиционер, обслуживающий только свой этаж, вытяжная установка, внешние VRV-блоки или чиллер с водяным охлаждением конденсатора, вентиляторная градирня, теплообменники, насосы, электрические щиты и другое вспомогательное оборудование.

В варианте с техническими этажами устанавливается такой же набор более мощного оборудования, в частности, на одном техническом этаже 6 кондиционеров производительностью 44 000 м³/ч каждый, которые подают воздух на 12 этажей вверх или вниз по трем вертикальным шахтам отдельно для каждого фасада (здание в плане имеет форму треугольника).

Технические и экономические расчеты и тщательный анализ показали, что более предпочтительным является децентрализованный вариант с поэтажной компоновкой системы. Основные его преимущества заключаются в следующем:

– меньшая суммарная площадь, занимаемая оборудованием и шахтами;

– очень высокая степень зонирования, поскольку одна система обслуживает только один этаж, т. е. примерно 1 700 м²;

– более высокая обеспеченность, т. к. отказ кондиционера оставляет без приточного воздуха только один этаж здания;

– меньшие эксплуатационные затраты, поскольку работа всего мини-инженерного центра точно соответствует режиму работы офисов обслуживаемого этажа;

– минимальные сечения воздуховодов и их протяженность, отсутствие огнезадерживающих клапанов и некоторых других элементов сети;

– исключительная простота обслуживания оборудования, имеющего небольшие габариты и массу и, что очень важно, значительное уменьшение первичных затрат, т. к. приобретение и монтаж такого оборудования можно вести по мере сдачи помещений в аренду.

К недостаткам относится только три фактора:

– более высокая удельная стоимость оборудования меньшей мощности (для разного вида оборудования от 10 до 30 %);

– более низкие удельные энергетические показатели;

– значительно (в несколько раз) большее количество обслуживаемого оборудования, что пугает службу эксплуатации.

Что касается первых двух факторов, то они полностью перекрываются указанными выше преимуществами.

При оценке третьего недостатка необходимо учитывать, что сам процесс эксплуатации, а в случае необходимости и ремонта малогабаритного оборудования, намного проще и дешевле, поскольку можно быстро осуществить замену оборудования и последующий его ремонт уже в стационарных условиях мастерской, а не на техническом этаже. Вариант компоновки с техническими этажами для данного конкретного объекта преимуществ практически не имеет, т. к. технические этажи оказались предпочтительнее при выборе количества и схемы движения лифтов, а также для размещения силового электрооборудования.

Для высотных многофункциональных зданий в основном применяют центральные кондиционеры с минимальным расходом наружного воздуха и фэнкойлы в качестве местных доводчиков-охладителей или нагревателей. Если теплопоступления в помещениях значительно превышают теплопотери в холодный период, то в схеме дополнительно предусматривают сухой охладитель с контуром этиленгликоля.

Однако для помещений, в которых требуется значительный объем наружного воздуха или имеются местные отсосы, например, для ресторанов, столовых, тренажерных залов, конференц-залов и т. п., более целесообразной является схема, когда расход наружного воздуха принимают из условия ассимиляции теплоизбытков в холодный период года. Такое решение позволяет отказаться от сухих охладителей, пластинчатых теплообменников и этиленгликоля.

В главе 5 рассмотрены вопросы пожаробезопасности объектов, в том числе и противопожарные мероприятия в инженерных системах

Разрабатываемые мероприятия должны обеспечивать уровень безопасности людей при пожаре в соответствии с требованиями ГОСТ 12.1.004–91 «Пожарная безопасность. Общие требования». Пределы огнестойкости прочих конструктивных элементов здания высотой свыше 75 м до 100 м следует предусматривать в соответствии с нормативными требованиями для зданий I степени огнестойкости, а в зданиях высотой более 100 м – особой степени огнестойкости. Согласно МГСН 4.04–94, теплоизоляцию наружных стен следует применять, как правило, из негорючих (НГ) материалов.

Трубопроводы инженерных систем (канализация, водосток, отопление, холодная и горячая вода, мусоропровод) следует принимать из негорючих материалов. Трубопроводы отопления и водоснабжения в пределах квартиры (кроме стояков) допускается выполнять из горючих материалов группы Г1 и Г2.

Возможность использования трубопроводов системы канализации из горючих материалов групп Г1 и Г2 должна быть подтверждена испытаниями. Шахты инженерных коммуникаций (в том числе мусоропроводов) жилой и нежилой части здания должны быть раздельными.

Высотные многофункциональные жилые комплексы разделяются на пожарные отсеки по их функциональному назначению, 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. Допустимые площади этажей в пределах пожарных отсеков различного функционального назначения определены в соответствующих строительных нормах и правилах.

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, оборудуют 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.

Одно из перспективных направлений организации систем пожаротушения – системы подачи тонкораспыленной воды. В зарубежной литературе принят термин «water mist» («водяной туман»). Пока в России 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.

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 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.

В настоящее время в мире прослеживается тенденция к использованию единой интегрированной системы автоматического управления инженерным оборудованием (концепция интеллектуального здания). В отечественной практике противопожарная автоматика, как правило, обосабливается от остальных систем автоматизации и диспетчеризации. Это связано с тем, что создание интеллектуального здания, «умного дома» изначально предусматривает использование дорогостоящего базового оборудования. 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 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. Как известно, на начальном этапе любой пожар потушить гораздо проще. Даже если и не удается полностью ликвидировать очаг возгорания, можно упростить дальнейшее тушение пожара, локализовав его и не допустив распространение огня по зданию.

По этим соображениям эксплуатирующие компании многофункциональных высотных комплексов зачастую создают 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.

В высотных зданиях целесообразно применять схему с незадымляемыми лестничными клетками 3 типа (Н3), т. е. с лестничными клетками, защищаемыми от задымления путем создания подпора воздуха при пожаре в тамбурах-шлюзах. Такая схема проходила испытания во ВНИИПО на установке «фрагмент этажа высотного здания» и подтвердила свою эффективность. В этой схеме воздух в тамбур-шлюз подается по специальному каналу. Параметры вентилятора подпора в канал рассчитываются аналогично параметрам вентилятора подпора в шахты лифтов и лестничные клетки.

Глава 6 посвящена вопросам водоснабжения и водоотведения

К сожалению, в существующих нормативах на проектирование и эксплуатацию систем водоснабжения требования к системам водоснабжения высотных зданий сформулированы недостаточно полно, «разбросаны» по многочисленным документам и не содержат требований по ресурсосбережению. Требования по надежности сформулированы в общем виде и не позволяют оценить надежность подачи воды отдельным потребителям и небольшим группам потребителей. Повышение гидравлической надежности систем хозяйственного и питьевого водоснабжения обеспечивается зонированием их по высоте здания. Высота зоны принимается из условия обеспечения максимального допустимого давления перед водоразборной арматурой. Все насосные агрегаты и другое оборудование должны иметь системы автоматизации, диспетчеризации и управления с возможностью ручного и дистанционного управления. Желательно эти системы интегрировать в автоматизированную систему управления зданием.

Водопроводные сети принимают кольцевыми. Большое влияние на надежность оказывает материал трубопроводов, зарастание или коррозия которых приводит к ухудшению гидравлических характеристик, к авариям и сбоям в подаче воды потребителям. Правильный выбор материала трубопровода, применение медных и пластмассовых труб, мало подверженных коррозии и зарастанию, значительно увеличивает надежность и долговечность систем. Водонапорные баки, обеспечивая временное резервирование, создают регулирующий и аварийный запас воды в здании и стабилизируют давление воды в системе.

Для снижения гидравлической неустойчивости работы внутренних сетей, когда температура воды резко изменяется при включении смесителей у соседей или в рядом расположенном помещении, целесообразно использовать коллекторную квартирную разводку, когда каждый смеситель соединен отдельным трубопроводом с общим коллектором, присоединенным к стояку. Стояки, регулирующую арматуру, контрольно-измерительные приборы (счетчики воды) желательно выносить за пределы квартир, чтобы служба эксплуатации в аварийных ситуациях могла оперативно отключать аварийные участки, размещенные в квартирах и помещениях собственников.

Исходя из этих соображений в элитных и коммерческих высотных зданиях стояки системы водоснабжения прокладываются в нише лестнично-лифтовогохолла, откуда обеспечивается ввод в квартиру трубопроводов горячей и холодной воды. Система оснащена счетчиками горячей и холодной воды, которые вместе с фильтрами и регуляторами давления установлены в распределительных шкафах в лестнично-лифтовом холле. Расчет за фактически потребленные ресурсы ведется по показаниям счетчиков. Такое решение позволяет при необходимости отсечь одного из потребителей, проверить давление, отрегулировать потребителей. Локализация поврежденного участка позволяет минимизировать ущерб от аварии, при этом водоснабжение соседних квартир не прекращается.

Разводка до квартир и в квартире выполняется, как и для системы отопления, из PEX-труб, размещенных, как правило, за подшивным потолком (или в полу). Поскольку разводка от отключающей до водоразборной арматуры выполняется без разрывов, «одной трубой», данная схема отличается высокой надежностью, устойчивостью к протечкам. В свою очередь, гладкая внутренняя поверхность трубы из сшитого полиэтилена позволяет избежать зарастания трубы даже в случае использования очень жесткой воды. Система водоснабжения также делится на зоны по высоте, и в описываемых системах стояки систем прокладываются параллельно в нишах лестнично-лифтового узла, имеют удобный доступ для обслуживания и ремонта. По аналогии с системами отопления все стояки горячего водоснабжения оборудуются компенсаторами и неподвижными опорами. Расчетная циркуляция выставляется при помощи регулирующей и балансировочной арматуры. Применение современных регуляторов позволяет использовать в индивидуальном тепловом пункте одну группу теплообменников горячего водоснабжения для 2–3 зон.

При строительстве здания в первую очередь должен быть смонтирован противопожарный водопровод. Пусть эта система находится в «сухом» режиме, но должна быть предусмотрена возможность в любой момент подать в нее воду и погасить, например, возгорание бытового мусора на любом этаже.

Временное водоснабжение строящихся объектов должно обеспечивать противопожарный расход воды. На такое водоснабжение можно поставить временный противопожарный повысительный насос, который может включаться вручную и в случае возгорания обеспечивать тушение пожара. В настоящее время во всех новых зданиях широко используются чугунные безраструбные трубы. Такие трубы не горят в отличие от труб из ПВХ. Кроме того, они шумоизолированы, что немаловажно для элитных зданий. При пожаре труба из ПВХ горит, пропускает пожар на смежные этажи и выделяет токсичные вещества. Одним из главных преимуществ данной системы является возможность быстрого демонтажа отдельных участков лежаков на техэтаже с целью удаления цементно-песчаных и красочно-клеевых отложений, которыми зарастает до 3/4 сечения лежаков за две недели. Для качественной прочистки лежаков машиной «Кобра» с одновременной промывкой применяется система с устройством прочистки из двух полуотводов, с тем чтобы открытый раструб находился выше основной трубы.

Особое внимание должно уделяться выпускам высотных зданий. Поскольку здания имеют значительную просадку, выпуски в наружных стенах не заделываются вглухую, а применяется специальное демпфирующее устройство, не позволяющее трубе на выпуске переломиться. Это также касается всех остальных сетей.

Еще одна проблема – отвод воды при пожаре. Если предусмотрено спринклирование квартир, должно выполняться требование о 100 %-ной гидроизоляции квартир (а не только зоны санузла), поскольку протечки на нижние этажи приведут к необходимости возмещения ущерба. Для межквартирных холлов необходимо делать уклоны пола к приемным отверстиям (трап в данном случае не годится, поскольку у него маленькая пропускная способность) и выводить патрубки на уровне пола межквартирного холла (со сбросом в сеть водостока).

По остальным главам остановимся только на их содержании.

Глава 7. Мусороудаление, бельепровод

Рассматриваются вопросы устройства систем мусороудаления и бельепроводов.

Глава 8. Автоматизация

Рассматриваются вопросы:

– Работа в автономном режиме и работа в совместном режиме. Выбор протокола.

– Интеллектуализация здания.

– Особенности автоматизации некоторых видов систем ОВК.

– Регулирование «по обратному воздуху».

– Системы с зональным контролем.

– Системы с переменным расходом воздуха (VAV).

– Системы с «групповым» контролем.

– Сопряжение систем автоматизации с системами безопасности.

– Сопряжение с системой электроснабжения.

– Инжиниринг и эксплуатация.

– Пример использования систем автоматизации и диспетчеризации в высотных жилых комплексах.

– Система автоматизации приточно-вытяжной вентиляции и воздушно-тепловых завес.

– Системы автоматизации центрального теплового пункта.

– Система пожарной сигнализации и автоматики.

– Система контроля доступа и охранной сигнализации.

– Система телевизионного наблюдения и цифровой записи видеоизображения.

В главе 9 приводится описание построенных действующих высотных комплексов

В приложениях к книге освещены вопросы аэродинамики высотных зданий:

– Изменение по высоте температуры, скорости ветра и барометрического давления.

– Конвективные воздушные потоки у наружной поверхности здания.

– Ветровое давление, аэродинамические коэффициенты.

– Пример результатов математического моделирования аэродинамики высотного здания.

– Приближенный метод определения местных аэродинамических воздействий на высотное здание с применением компьютерных технологий моделирования турбулентного обтекания фасадов сложной конфигурации.

– Выбор модели приземного пограничного слоя. Приближенные методики расчета ветровых нагрузок.

– Средняя составляющая скорости ветра.

– Об учете скорости ветровых порывов.

– Два механизма нестационарного ветрового воздействия на фасады высокого здания.

– Методика разделения факторов поддержания нестационарных ветровых воздействий.

– Численное моделирование нестационарного двумерного обтекания профиля здания.

– Математическая модель, расчетная область, технология вычислений.

– Методика обработки результатов.

– Результаты численного моделирования.

– Расчет ветровых нагрузок по гибридной методике.

Книга, несомненно, вызовет интерес специалистов.

Будем благодарны всем, кто найдет возможность выразить свои замечания или пожелания к содержанию книги. Ваши замечания и предложения обязательно будут учтены в последующих изданиях.