Литература

311

Предлагаемая Вам, Читатель, книга содержит уникальный, по сегодняшним понятиям, материал — реализованные проектные решения инженерного обо- рудования высотных зданий, построенных в Москве в конце 1990-х и начале 2000-х годов: жилых многофункциональных комплексов «Алые паруса», «Воробьевы горы», «Триумф-Палас», «Миракс Парк», гостиницы на Красно- холмской стрелке и др.

В основу идеи создания книги легло аналитическое обобщение опыта проек- тирования и эксплуатации первых многофункциональных высотных зданий в Москве. Оно выполнено творческим коллективом авторов на основе статей, опубликованных в журналах «АВОК» и «Энергосбережение» за последние не- сколько лет. Начало публикациям положили интервью с главным инженером проектов Александром Николаевичем Колубковым, директором проектно-про- изводственной фирмы «Александр Колубков», и Сергеем Георгиевичем Никити- ным, главным специалистом службы эксплуатации «Дон-Строя».

Несмотря на то что строительство высотных зданий имеет более чем 100- летнюю историю, в мировой технической литературе практически отсутствуют материалы, обобщающие практику инженерных решений высотных зданий.

Исключением являются монография Дональда Росса «Проектирование сис- тем ОВК высотных общественных многофункциональных зданий» (АВОК- ПРЕСС, 2004) и, в некоторой степени, книга «Энергоэффективные здания» (АВОК-ПРЕСС, 2003). Причина существенного дефицита материала по проек- тированию инженерного оборудования высотных зданий заключается, на наш взгляд, в том, что такую книгу может создать только большой коллектив авторов, включая архитекторов, специалистов и консультантов в области энергоснабже- ния, ОВК, водоснабжения и водоотведения, пожаробезопасности и дымоудале- ния, систем автоматизации и диспетчеризации, а также многих других техниче- ских специальностей. При этом особая роль должна отводиться тем, кто будет эксплуатировать здание. Их мнение является бесценным материалом для проек- тировщиков.

Таким образом, проектирование инженерного оборудования современного высотного здания требует согласованного участия целого коллектива разноха- рактерных специалистов и консультантов. В данном случае автору идеи и науч- ному руководителю проекта профессору Московского архитектурного института Марианне Михайловне Бродач посчастливилось создать творческий коллектив талантливых отечественных специалистов — проектировщиков, эксплуатацион- ников, исследователей и экспертов, чьи оригинальные труды явились составны- ми частями предлагаемой книги.

Значительным шагом в формировании нормативной базы высотного строи- тельства в Москве явились МГСН 4.19—2005 «Временные нормы и правила про- ектирования многофункциональных высотных зданий и зданий-комплексов в городе Москве». Раздел норм, относящихся к проектированию ОВК высотных зданий, выполнялся творческим коллективом НП «АВОК» под руководством Тамилы Ивановны Садовской — замечательного специалиста, автора ряда уни- кальных проектов, таких как Московский международный дом музыки, гости- ница на Краснохолмской стрелке и др.

7

В то же время в этом официальном документе не нашли достаточного отраже- ния ряд новых тенденций мирового высотного строительства, которые должны явиться мировоззренческой основой нового подхода к проектированию инже- нерного оборудования, а именно:

• гармонизация оболочки здания с особенностями климата района его строи- тельства;

• использование альтернативных источников энергии для энергоснабжения здания (тепла солнечной радиации, тепла верхних слоев земли и т. п.);

• новые конструкции светопрозрачных ограждений как элемент системы регу- лируемого воздухообмена помещений;

• потребность в новом инженерном оборудовании для высотных зданий, обес- печивающим потенциальным арендаторам, более осведомленным и требова- тельным, удовлетворение их высоких потребностей.

В этой связи во введении книги представлен обзор современных высокоэффек- тивных технологий проектирования высотных зданий на примере зданий «Dusseldorfer Stadttor», «Main Tower» (Германия), «22 River Terrace», «Conde Nast Building — Four Times Square» (США), «London City Hall» (Великобритания), пре- дусматривающих возможность использования экологически чистых возобновля- емых источников энергии, оптимальное использование энергии наружного клима- та, сохранение водных ресурсов, улучшение качества среды обитания человека.

Практическая ценность предлагаемой книги заключается в том, что специа- листы найдут в ней проверенные на практике технические решения инженерно- го оборудования современных высотных зданий, которые обеспечивают:

• условия для проживания и производительной работы в комфортном и эколо- гически безопасном микроклимате;

• защиту при экстраординарных воздействиях на здание, инженерное оборудо- вание или внутреннюю среду помещений;

• пожаробезопасность и противодымную защиту;

• управление технологическими процессами, а также потоками тепла и воздуха;

• минимизацию требуемой энергии и оптимальное ее использование;

• защиту окружающей среды от загрязнения;

• надежность энерго- и водоснабжения и водоотведения.

Несомненной ценностью книги является то обстоятельство, что в ней рас- сматриваются конкретные авторские решения, не претендующие на роль опти- мальных, но являющиеся достаточно надежными и проверенными. В таком по- нимании книга является руководством к творческому развитию достигнутых результатов и предостережением от явных ошибочных решений.

Главы книги неравноценны с точки зрения детализации технических решений и выбора инженерного оборудования. В любом случае коллективу авторов удалось создать произведение, которое будет со вниманием и интересом воспринято самым широким кругом специалистов и также, что очень важно, даст импульс к размыш- лениям и творческому развитию изложенных в книге технических решений.

Ю. А. Табунщиков, д-р техн. наук, проф., член-корр. РААСН,

Президент НП «АВОК»

8

Неконтролируемое «расползание» городов является одной из основных про- блем, с которыми сталкивается в настоящее время мировое сообщество. Города растут по горизонтали в большей степени, чем по вертикали, поглощая все боль- шие земельные площади; для проезда на работу и домой людям приходится пре- одолевать все большие расстояния.

Существует прямая корреляция между плотностью городского населения и за- тратами на энергообеспечение — в более плотных городах затраты на энергообес- печение ниже, т. к. протяженность тепловых и электрических сетей меньше.

Вместе с тем высотные здания стали характерными контурами городского ланд- шафта многих городов мира. Высотные здания представляют новый закономерный этап развития городского строительства и являются экономически выгодными эле- ментами городского хозяйства. По мнению современных архитекторов, большая этажность зданий или большая плотность городского населения, при которой жи- лье, работа и учреждения социальной сферы и отдыха расположены близко друг от друга, ведет автоматически к более высокому качеству жизни [75].

Говоря про высотное здание, необходимо дать его определение. Любой чело- век воспринимает здание с 20 и более этажами как высокое, но такое чувственное определение не может служить критерием для строительных норм и правил, где требования меняются в зависимости от высоты здания. Существует много опре- делений термина «высотное здание», которые учитывают сейсмичность района строительства, возможности обеспечения пожаробезопасности людей, техниче- ские особенности энергоснабжения и инженерного оборудования. Технический комитет ASHRAE по высотным зданиям, например, определил высотное здание как здание, высота которого превышает 91 м. На международной конференции по пожаробезопасности высотных зданий в Варентоне (США) в 1971 году дали следующее определение высотным зданиям: «здания, в которых эвакуация в чрез- вычайных ситуациях невозможна и в котором из-за его высоты с пожаром надо бороться только изнутри». В МГСН 4.19—05 «Временные нормы и правила проек- тирования многофункциональных высотных зданий и зданий-комплексов в го- роде Москве» высотные здания определяются как «здания высотой более 75 м».

В истории московской архитектуры термин «высотное здание» появился при возведении в 1940—1950-х годах семи высотных зданий (рис. 1). До этого време- ни в Москве отсутствовала практика возведения жилых и общественных зданий высотой свыше 10 этажей. Соответствующих строительных норм также не су- ществовало. При проектировании этих зданий архитекторы и инженеры изучали как положительный, так и отрицательный опыт строительства высотных зданий в Америке.

В статье «Самые высокие здания столицы», опубликованной в 1947 году в га- зете «Советское искусство», начальник управления строительства Дворца Сове- тов А. Прокофьев отмечает: «Строительство многоэтажных зданий будет резко отличаться от прежних строек. Перед проектировщиками стоит задача — дать свои оригинальные решения архитектурного образа высотных сооружений и в то же время решить совершенно новые задачи в отношении техники строительства, не повторяя ошибок, допущенных при возведении таких зданий в США. В част- ности для нас совершенно неприемлема распространенная в Америке планировка,

9

при которой большое количество помещений лишено естественного освещения или выходит окнами в глубокие узкие дворы. В наших многоэтажных зданиях все жилые комнаты и рабочие помещения должны быть хорошо и естественно освещены» [103].

Этажность московских высоток ограничивалась более суровыми климатиче- скими условиями, а также сложной геологией московских грунтов. Для современ- ных инженеров представляет определенный интерес высказывание Н. Соколова в статье «Композиция высотных зданий», опубликованной в газете «Советское ис- кусство» за тот же год, о влиянии наружных климатических условий на задачу ор- ганизации воздухообмена в помещениях: «Влияние климата должно сильно ска- заться на устройстве окон. Потребуется создание нового, герметического металлического переплета. ...При проектировании многоэтажных зданий должна быть учтена возможность устройства монолитных окон из прозрачной штампо- ванной пластмассы, также как устройство неоткрывающихся окон и специальных отверстий для индивидуального проветривания комнат. Такое проветривание не исключено при самых совершенных установках кондиционированного воздуха.

Вопросы вентиляции, по всей вероятности, встанут тоже по-особому. Суро- вость климата может выдвинуть как главную задачу предупреждение слишком резкого и обильного перемещения воздуха в здании, особенно при открывании наружных, внутренних и междуэтажных дверей. С этой целью надо будет отказать- ся от расположения лестничных клеток по одной вертикали сверху до низу. Аме- риканцы в небоскребах полностью выключают лестницы из нормального обихо- да — со стороны лестницы даже нельзя открыть дверь — нет ручек. Этот опыт следует, конечно, использовать применительно к нашим зданиям» [102].

Автор статьи уже в 1947 году предлагает использовать «стеклопакеты», а в местах перехода из одной зоны в другую устанавливать двери, препятствующие перетеканию воздуха с большой скоростью.

С момента строительства первых высотных зданий вопрос о целесообразно- сти их строительства постоянно обсуждается в острых дискуссиях между архи- текторами, инженерами, социологами, психологами, экологами, медиками и специалистами по безопасности. Нам представляется, что ответ на этот вопрос содержится в концепции понимания высотного здания как нового этапа разви- тия среды обитания человека. Одним из воплощений этой концепции является проект токийской «Башни тысячелетия», предложенный архитектором Норма- ном Фостером.

«Башня тысячелетия» представляет собой вертикально расположенный тра- диционный горизонтальный городской квартал с жилыми зданиями, магазина- ми, ресторанами, кинотеатрами, музеями, спортивными сооружениями, зеле- ными насаждениями и транспортной системой, образующий тем самым сверхвысокое сооружение многофункционального назначения. Высота этого 170-этажного здания должна составить 800 м. В нем смогут проживать до 60 ты- сяч жителей. Это на 20 тысяч больше населения Монако. Причем башня будет занимать площадь всего 0,013 км² по сравнению с 1,950 км² площади Монако. Это сооружение представляет собой фактически самодостаточное, долговечное, живущее в небе сообщество. Все это звучит как фантастическое описание буду- щего, но современная строительная индустрия обладает всеми средствами для создания таких сооружений.

Не умаляя важности архитектурных и конструктивных проблем при проекти- ровании высотных зданий, отметим следующие, не менее серьезные проблемы,

10

Главное здание МГУ

Самое высокое здание в Москве построено в 1949—1953-е годы (ар- хитекторы Л. В. Руднев, С. Е. Чернышёв, П. В. Абросимов, А. Ф. Хряков, В. Н. Насонов). Высота здания составляет 235 м, этажность централь- ного объема — 36. Здание является центром огромного комплекса Московского государственного университета, первоначально уже на- считывавшего 27 зданий, в котором размещены механико-математи- ческий, геологический и географический факультеты, администрация, научная библиотека, музей, актовый зал на 1 500 человек. В боковых флигелях расположена жилая зона (общежитие для студентов, квар- тиры профессорско-преподавательского состава). Как и другие высот- ки административно-жилого характера, здание задумано как дом с замкнутой коммунально-бытовой инфраструктурой (кинотеатр, почта, предприятия бытового обслуживания и т. д.).

Жилой дом на Котельнической набережной

Дом (Котельническая наб., 1/15), замыкающий перспективу от Крем- ля к устью Яузы, строился в два этапа: в 1938—1940-е и в 1948—

1952. е годы (архитекторы Д. Н. Чечулин, А. К. Ростковский, инженер Л. М. Гохман). Центральный объем насчитывает 26 этажей. В здании находятся 700 квартир, магазины, почтовое отделение, кинотеатр «Иллюзион».

Гостиница «Украина»

Вторая по размеру высотка (Кутузовский просп., 2/1) построена в 1953— 1957-е годы (архитектор А. Г. Мордвинов, при участии В. К. Олтаржев- ского, В. Г. Калиша, инженер П. А. Красильников). Центральный объем включает 29 этажей. Здание «открывает» Кутузовский проспект, новую московскую магистраль, созданную в послевоенное время.

Здание Министерства иностранных дел

Высотка (Смоленская-Сенная пл., 32/34) построена в 1948—

1952. е годы (архитекторы профессор В. Г. Гельфрейх, М. А. Минкус). Центральный объем включает 27 этажей, высота здания —172 м. Зда- ние завершает панораму с Бородинского моста, образуя площадь.

Жилой дом на Кудринской площади

Дом на Кудринской площади построен в 1948—1954-е годы (архитекто- ры М. В. Посохин, А. А. Мндоянц, конструктор М. Н. Вохомский). Здание состоит из центрального (22 этажа, высота со шпилем —156 м) и боко- вых корпусов (по 18 этажей). Всего в здании 452 квартиры. На первом этаже находятся магазины и кинотеатр «Пламя» (в настоящее время не- работающий), в подвальном помещении — подземные гаражи.

Административно-жилое здание с вестибюлем станции метро «Красные ворота»

Здание состоит из 24-этажного центрального корпуса, занимаемого Министерством транспортного строительства, и двух жилых корпусов, различной этажности (от 11 до 15). В левом крыле здания находится один из двух вестибюлей станции метро «Красные ворота», выходящий на Каланчевскую улицу.

Гостиница «Ленинградская»

Здание гостиницы (Каланчевская ул., 21/40). построено в 1949— 1952-е годы (архитекторы Л. М. Поляков, А. Б. Борецкий, инженер Е. В. Метлюк). Оно образует единое целое с площадью Трех Вокзалов. Высота здания составляет 136 м. До реконструкции в гостинице было 330 номеров, общая площадь — 25 000 м².

Рис. 1. Первые высотные здания, построенные в Москве в 1940—1950-е годы

11

которые имеют место при проектировании систем отопления, вентиляции, кон- диционирования воздуха:

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

• каждое высотное здание является уникальным произведением архитектур- но-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 мате- матического моделирования.

Актуальным вопросом является энергопотребление современных высотных зданий. В последнее десятилетие в обществе существенно изменилось отноше- ние к экологии и потреблению энергии, что потребовало строительства энерго- эффективных и энергоустойчивых, экологически рациональных, не наносящих ущерба окружающей среде (sustainable) зданий. Методология проектирования энергоэффективных зданий должна основываться на системном анализе здания как единой энергетической системы, все элементы которой: форма, ориентация, ограждающие конструкции, солнцезащитные устройства, система климатиза- ции и т. д., — энергетически взаимосвязаны между собой [82]. Такой подход к энергосбережению, сохранению экологии и повышению качества микроклима- та помещений повлиял на архитектурное проектирование и потребовал приме- нения энергоэффективных систем тепло-, энергоснабжения, отопления, венти- ляции и кондиционирования воздуха.

Современная методология проектирования высотных зданий ориентирова- на на строительство зданий в соответствии с климатом, использование нетради- ционных источников энергии, естественного освещения и естественной венти- ляции, новых технологий энергосбережения, интеллектуализации зданий на основе компьютерной техники. Традиционные и современные принципы про- ектирования высотных зданий представлены на рис. 2. Рассмотрим далее архи- тектурные приемы и особенности инженерного оборудования современных вы- сотных зданий на примере зданий, представленных в таблице 1.

Элементы биоклиматической архитектуры

Биоклиматическая архитектура — одно из направлений архитектуры в стиле хай-тек с ярко выраженным использованием остекленных пространств. Главный принцип биоклиматической архитектуры — гармония с природой, желание при- близить человеческое жилище к природе. Экодизайнер Уильям Мак-Доно пи- шет: «Я хочу сделать так, чтобы птица, залетевшая в офис, даже не заметила, что она уже не на улице, а внутри здания» [105].

У архитекторов и инженеров есть мечта — создать привлекательную в худо- жественном отношении оболочку здания, которая могла бы приспосабливаться к изменениям параметров наружного климата в течение дня, сезона и года. Ограж- дающие конструкции должны регулировать поступление в помещение тепла, света, воздуха либо потери тепла так, чтобы внутри здания обеспечивались опти-

13

Традиционные элементы высотных зданий:

1. Полностью кондиционируемые помещения.

2. Практически полное отсутствие естественного освещения.

3. Центральная организация построения здания.

4. Идентичные этажи.

Здание «Chrysler Building», Нью-Йорк, архитектор Вильям Ван Ален, 1930

Современные энергоэффективные технологии для высотных зданий:

I 1. Гармонизация формы здания и окружающей среды.

2. Элементы биоклиматической архитектуры.

2. Механическая и (или) естественная вентиляция (отсутствие или минимизация использования системы кондиционирования воздуха).

3. Комбинированная система климатизации.

4. Естественное освещение.

2. Интеллектуализация здания.

2. Использование нетрадиционных источников энергии.

Здание «Commerzbank» Франкфурт-на-Майне, архитектор Норман Фостер, 1997

Рис. 2. Традиционные и современные принципы проектирования высотных зданий

мальные параметры микроклимата при умеренных затратах энергии. Это могло бы существенным образом способствовать снижению потребления энергии в зда- нии и повышению качества внутренней среды.

Одним из интереснейших решений оболочки здания, приспосабливающейся к изменениям наружного климата, является конструкция двойного светопро- зрачного вентилируемого фасада. Его конструкция основана на принципе мно- гослойное™ — создания нескольких оболочек и использования определенных физических и эстетических свойств отдельных его слоев. Основным материалом фасадов такого рода является стекло, которое благодаря своим эстетическим и физическим характеристикам обеспечивает нужное оформление здания и вы- полнение необходимых функций ограждающей конструкции. Здания с двойным светопрозрачным вентилируемым фасадом построены во Франции (архитектор Жан Новель), в Финляндии и Германии. Наибольшую мировую известность по- лучило здание «Городские ворота Дюссельдорфа».

Двойной фасад этого здания может быть охарактеризован как рациональное и экономичное техническое решение, которое при значительной внешней шумовой и ветровой нагрузке позволяет на протяжении длительного периода в течение года

14

осуществлять естественную вентиляцию офисных помещений. Проходной, вен- тилируемый двойной фасад является важным связующим элементом рабочих по- мещений и окружающей среды. Этот фасад отвечает высоким эстетическим тре- бованиям архитекторов и застройщика. Благодаря этому вносится существенный вклад в создание энергоэффективного и удобного для пользователей здания.

Другим характерным примером здания биоклиматической архитектуры явля- ется здание «Commerzbank» во Франкфурте-на-Майне. Горизонтальная проек- ция здания «Commerzbank» представляет собой треугольник со скругленными вершинами и немного выпуклыми сторонами. Центральная часть здания, в ко- торой обычно располагаются лифтовые шахты, занята огромным треугольным центральным атриумом, проходящим по всей высоте здания (рис. 3). Атриум яв- ляется каналом естественной вентиляции для смежных офисных помещений здания. Норман Фостер называет центральный атриум «стеблем», а офисные этажи, расположенные вокруг атриума с трех сторон, — «лепестками».

Каждый этаж имеет три крыла, два из которых выделены под офисные поме- щения, а третье отдано под зимний сад высотой в 4 этажа. Четырехэтажные сады

Таблица 1

И

яа

ага

Е

о

о

<li

Ш)

СО

а.

хШ

«Commerz-

bank»

«Conde Nast Building — Four Times Square»

«Main Tower»

«22 River Terrace»

«Diisseldorfer Stadttor» («Городские ворота Дюс- сельдорфа»)

«London City Hall»

Германия

США

Германия

США

Германия

Великобритания

Франкфурт-на- Майне

Нью-Йорк

Франкфурт-на-

Майне

Нью-Йорк

Дюссельдорф

Лондон

259 (300*) м

247 (349*) м

200 (240*) м

85 м

72,55 м

45 м

Банк

1997

Офисы

2000

Банк, офисы 1999

Жилое

2003

Офисы

1998

Мэрия

2002

* Высота с антенной.

15

Рис. 3. Треугольная центральная часть здания включает атриум, который является частью систе- мы естественной вентиляции

размещены по спирали вокруг треугольной формы здания и обеспечивают для каждого яруса вид на растительность и устраняют большие объемы неразделен- ного офисного пространства.

Норман Фостер рассматривал растения как нечто большее, чем просто де- корация. Эти великолепные сады являются фундаментальным элементом в его концепции. Девять зимних садов по спирали окаймляют все здание: три расположены с восточной стороны, три — с южной, еще три — с западной стороны. В ботаническом аспекте растения отражают географическую направ- ленность:

• с восточной стороны — азиатская растительность (астильбе, бамбук, азиат- ский клен, магнолия, азалия, гибискус);

• с южной стороны — средиземноморская растительность (тимьян, оливковое дерево, олеандр, лаванда, гранатовое дерево, кипарис, цитрусовые);

• с западной стороны — североамериканская растительность (клен, мамонто- вое дерево — секвойя дендрон, рододендрон, астра).

Открытые пространства садов высотой в четыре этажа обеспечивают внут- ренние офисные помещения достаточным количеством дневного света. Кроме этого, данные сады могут быть использованы сотрудниками для общения и от- дыха; они создают ощущение пространства, а также являются частью сложной системы естественной вентиляции.

В здании «22 River Terrace» сады расположены на плоской крыше. Они вы- полняют не только эстетические функции, но и играют важную роль в создании микроклимата помещений и улучшении климатических условий местности. Сады выполняют в летнее время солнцезащитные функции, а в зимнее время повышают теплозащитные свойства покрытия. Такая «зеленая крыша» позволя- ет уменьшить так называемый эффект теплового купола. Этот эффект заключа- ется в том, что температура наружного воздуха в центре большого города может повышаться примерно на 10 °С относительно окружающих территорий, что со- здает дополнительную нагрузку на систему кондиционирования воздуха здания в летнее время.

16

Гармонизация здания с особенностями климата района строительства

Гармонизация здания с особенностями климата района строительства подра- зумевает выбор формы и ориентации здания, а также остекления с целью исполь- зования в тепловом и воздушном балансе положительного воздействия наружно- го климата и нейтрализации его неблагоприятного воздействия оптимальным образом.

Архитектурное и инженерное проектирование здания с учетом направлен- ного действия наружного климата позволяет без дополнительных затрат по- высить энергоэффективность здания, качество микроклимата и решить зада- чу сохранения природной окружающей среды. Впервые точное решение задачи оптимизации формы здания с учетом направленного действия солнеч- ной радиации и ветра было получено в [87]. Удачным примером выбора фор- мы здания с учетом направленного воздействия наружного климата является здание мэрии Лондона. Необычная форма этого здания определяется энерге- тическим воздействием наружного климата на оболочку здания и позволяет наилучшим образом использовать положительное и максимально нейтрали- зовать отрицательное воздействие наружного климата на энергетический ба- ланс здания.

Новое здание мэрии было запроектировано как единая энергетическая систе- ма. Это потребовало тщательного выбора фундаментальных характеристик зда- ния, таких как его форма и ориентация относительно сторон света. Только после оптимизации этих характеристик были выбраны энергосберегающие инженер- ные решения, например утилизация тепла или использование грунтовых вод с относительно низкой температурой для охлаждения здания.

Форма здания представляет собой модифицированную сферу — тело, заклю- чающее в себе максимальный объем при минимальной площади поверхности. Диаметр здания максимален в средней его части. Здание имеет 17-градусный

«Commerzbank»

Строительство завершено в мае 1997 года (архитектор Норман Фостер, студия «Sir Norman Foster and Partners» (Лондон), инновационные решения по энергосбережению консалтинговая фирма «Агир»). Это самое высокое здание в Европе (высота — 259 м, высота с антенной — 300 м). На данный момент здание «Commerzbank» занимает 24-е место в мире по высоте. Единственное европейское здание, входящее в список 50 самых высоких небоскребов мира.

Энергоснабжение здания:

• Централизованное теплоснабжение и городская электрическая сеть.

Система климатизации:

• Вентиляция — естественная; механическая с утилизацией тепла удаляемого воздуха.

• Охлаждение — лучистое, охлаждающие перекрытия с замоноличен- ными трубопроводами.

• Отопление — водяное.

Солнцезащитные устройства:

• Шторы-жалюзи с автоматическим приводом.

Освещение:

• Главным образом естественное.

• Искусственное — с датчиками присутствия людей и регулировани- ем уровня освещенности.

Особенности здания:

• Зимние сады, обеспечивающие визуальный комфорт и играющие важную роль в создании микроклимата в здании.

17

«Main Tower»

Здание построено в 1999 году (архитектурная студия «Schweger und Partner» (Гамбург)). Четвертое по высоте зда- ние Франкфурта-на-Майне (высота — 200 м, высота с антен- ной — 240 м).

Энергоснабжение здания:

• Автономная теплоэлектростанция на природном газе.

• Теплонасосные установки, использующие низкопотенци- альное тепло земли.

• Централизованное теплоснабжение и городская электри- ческая сеть.

Система климатизации:

• Вентиляция — естественная и механическая.

• Отопление и охлаждение — лучистое, потолочными пане- лями.

Солнцезащитные устройства:

• Шторы-жалюзи с автоматическим приводом.

Освещение:

• Главным образом естественное.

• Искусственное — с датчиками присутствия людей и регу- лированием уровня освещенности.

наклон в южную сторону, причем перекрытие каждого этажа образует своеоб- разный ступенчатый «козырек», выступающий наружу и исполняющий роль солнцезащитного элемента офисных помещений, расположенных этажом ниже. Площадь поверхности наружных ограждающих конструкций данного здания на 25 % меньше, чем у здания кубической формы того же объема. Минимизация площади поверхности наружных ограждающих конструкций позволяет умень- шить через них теплопоступления в летний период и теплопотери в зимний пе- риод. Форма здания обеспечивает максимальное использование естественного освещения помещений северной ориентации, а в сочетании со ступенчатыми «козырьками» — защиту от прямых солнечных лучей в летний период помеще- ний южной ориентации.

Естественная вентиляция помещений

Использование естественной вентиляции в высотных зданиях встречает серь- езные трудности из-за высоких значений ветрового давления и гравитационных сил. Воздухообмен в высотных зданиях регулируется, как правило, системой кондиционирования воздуха. Вместе с тем, в последние годы были проведены многочисленные серьезные исследования, которые позволили разработать кон- структивные решения по использованию естественной вентиляции. Эти реше- ния были реализованы, например, в высотных зданиях «Commerzbank» и «Main Tower».

Естественная вентиляция имеет ряд преимуществ по сравнению с системами кондиционирования воздуха, например: субъективное ощущение улучшения ка- чества микроклимата людьми, длительное время находящимися в помещениях, а также возможное снижение затрат энергии на климатизацию здания. Причем, помимо эффекта прямой экономии энергии, может быть реализован и эффект косвенной экономии за счет более гибкого регулирования параметров микро- климата помещения при использовании естественной вентиляции. Например, применение естественного проветривания здания в ночное время для охлажде-

18

ния массивных ограждающих конс- трукций позволяет снизить как пико- вый, так и общий расход электро- энергии [74].

Конструкция окон здания «Main Tower» позволяет в теплый период года использовать естественную вентиля- цию помещений, что приводит к сни- жению затрат энергии и улучшает мик- роклимат помещений (рис. 4). Для обеспечения естественной вентиляции оконные створки выдвигаются парал- лельно фасаду. Расстояние, на которое выдвигаются створки, регулируется бесступенчато в пределах от 1 до 200 мм в зависимости от условий наружного

климата (температуры воздуха и скорости ветра). При этом скорость воздушного потока ограничивается до 0,35 м/с. Выдвижение оконных створок осуществля- ется автоматически в зависимости от погодных условий по сигналу от системы автоматического управления инженерным оборудованием здания или может ре- гулироваться индивидуально из каждого помещения.

Если скорость ветра превышает 70 км/ч или температура наружного возду- ха опускается ниже 5 °С, а также при дождливой погоде, выдвижные створки автоматически закрываются, герметизируя помещение. Вентиляция при этих условиях обеспечивается механической системой, кратность воздухообмена 2,5 1/ч.

Всего в здании используется 2 250 выдвигаемых оконных створок. При- чем каждое офисное помещение оборудовано по крайней мере одной такой створкой.

Система климатизации здания «Commerzbank» вместо традиционной систе- мы кондиционирования воздуха включает в себя систему механической венти- ляции с утилизацией тепла удаляемого воздуха, охлаждающие теплоемкие пе- рекрытия с замоноличенными трубопроводами, конвекторы для обогрева помещений офисов и обогреваемые металлические конструкции светопроемов ограждений атриума (рис. 5). Огромную роль в создании микроклимата играет

Рис. 4. Окна здания «Main Tower»

0F

an

Механическая

вентиляция

Отопительный

прибор Г

Механическая вентиляция

Охлаждающие

потолки

Рис. 5. Схема климатизации помещения в здании «Commerzbank» в разные периоды года: 1 — зим- ний период (наружная температура —5...+10 °С) — окна закрыты, используется отопление и механи- ческая вентиляция; 2 — летний период (наружная температура 10—24 °С) — окна открыты, использу- ется естественная вентиляция; 3 — летний период (наружная температура 24—32 °С) — окна закрыты, используется механическая вентиляция и охлаждение посредством охлаждающих потолков

19

Защита внутренних помещений от прямого ветра и солнечного света

Рис. 6. Принципиальная конструкция двой- ного фасада

90

Рис. 7. Разрез фасада с устройствами возду- хозабора и воздухоудаления

естественная вентиляция, ставшая возможной в высотном здании благодаря специальной конструкции окон и использованию зимних садов — «зеленых легких» здания. Все механические системы и окна управляются «интеллекту- альной» системой, которая обеспечивает оптимальный режим работы систем вентиляции, отопления и охлаждения, а также позволяет сотрудникам индиви- дуально регулировать параметры микроклимата непосредственно в рабочей зоне.

При низких наружных температурах или при большой скорости ветра, а также в случае неблагоприятного метеорологического прогноза, окна авто- матически закрываются и включается система механической вентиляции с утилизацией тепла удаляемого воздуха для подогрева приточного. Работает система отопления. Если температура наружного воздуха превышает 10 °С, система механической вентиляции отключается, открываются окна и проис- ходит естественное проветривание помещения. При дальнейшем увеличении наружной температуры (выше 24 °С) окна автоматически закрываются, опус- каются шторы-жалюзи, по трубопроводам, замоноличенным в перекрытия, пропускается охлажденная вода (потолочная система лучистого охлаждения помещений). Вентиляция осуществляется механически с утилизацией холода удаляемого воздуха для охлаждения приточного. В любой момент сотрудники банка могут индивидуально скорректировать параметры микроклимата в по- мещении.

20

«Diisseldorfer Stadttor»

Это здание биокпиматической архитектуры построено в 1998 году в г. Дюссельдорф (архитектурное бюро «Overdiek,

Petzinka & Partner»). Его высота — 72,55 м, 19 надземных этажей, общая площадь — 41 000 м². Здание непосред- ственно граничит с зеленой зоной нового Рейнского парка и расположено над въездом в новый туннель на берегу Рейна, где из-за интенсивного движения транспорта наблюдается повышенный уровень шума.

Энергоснабжение здания (особая концепция):

• Двойной вентилируемый проходной фасад служит для ес- тественного проветривания здания и способствует эко- номии энергии. Между внутренним и внешним фасадом находится климатический буфер, оснащенный балконами шириной до 1,4 м.

• Повышенная теплозащита и солнцезащита наружных ограждений за счет отличных теплофиз ческих характеристик применяемых материалов и конструкций.

• Естественная вентиляция помещений на протяжении продолжительного периода.

• Использование панелей, размещенных на потолке, для отопления и охлаждения помещени отказ от отопительных приборов системы отопления, размещаемых под окнами из-за снижен! потерь теплоты в холодное время года — расчетный расход теплоты на отопление составля всего 2,87 МВт.

• Пониженная до минимально необходимого уровня производительность системы кондиционир вания воздуха за счет снижения теплопоступлений в помещения в теплое время года и испол зования естественной вентиляции.

• Максимальное использование источников возобновляемой энергии: холода грунтовых вод, те лоты удаляемого воздуха.

Естественное освещение и визуальный комфорт

Высокая степень естественного освещения в течение светлого времени сут в здании «Main Tower» обеспечивается благодаря остеклению «от пола до поте ка» (рис. 9). Если в помещении достаточно светло, то лампы на потолке, распол женные рядом с окном, автоматически выключаются. Такое решение позволь снизить затраты энергии на освещение.

В здании мэрии в Лондоне с северной стороны светопрозрачные огражда] щие конструкции занимают значительную площадь, а сама северная повер ность здания расположена под углом к горизонту, что позволяет в помещенш расположенных с северной стороны (например, в зале заседаний), использ вать преимущественно естественное освещение. В зимний период снижен теплопотерь обеспечивается высокими теплозащитными характеристика!

Рис. 9. Естественное освещение рабочих мест здания «Main Tower»

22

светопрозрачных ограждающих конс- трукций, а форма здания (наклон на южную сторону) позволяет миними- зировать поступления прямой солнеч- ной радиации в летнее время.

В здании «Commerzbank» использу- ется главным образом естественное ос- вещение и естественная вентиляция, имеется атриум, проходящий от уров- ня земли до самого верхнего этажа (для предотвращения гравитационных воз- душных потоков атриум зонирован — через каждые 12 этажей установлены светопрозрачные перекрытия). Спи- рально по всему зданию расположены зимние сады высотой в четыре этажа. Они улучшают микроклимат и созда- ют комфортную рабочую обстановку. Команда разработчиков проекта уде- лила много внимания максимально возможному использованию дневного света. Использование естественного освещения значительно снижает экс- плуатационные затраты и, кроме это- го, улучшает психологический ком- форт людей, находящихся в здании.

Каждое офисное помещение в зда- нии «Commerzbank» расположено в со- ответствии с требованиями Германско- го строительного стандарта, который требует, чтобы все сотрудники разме- щались на расстоянии не далее чем 7,5 м от окон. Прозрачность здания и стеклянные перегородки между офис- ными помещениями и коридорами позволяют достичь высокого уровня освещенности дневным светом на всех рабочих местах (рис. 10).

На каждом уровне одна из треу- гольных секций здания является от- крытой и составляет часть зимнего сада. Такая конструкция позволяет каждому офису иметь вид либо на го- род, либо на атриум и сад (рис. 11). Зимние сады позволяют свету прони- кать к внутренним стенам каждого крыла (рис. 12). Эти сады обеспечива- ют «природный вид» для сотрудников офисов и вместе с атриумом участвуют

Рис. 10. Естественное освещение офисных помещений, обращенных в атриум

Рис. 11. Набросок Нормана Фостера, пока- зывающий линии обзора из офисных помеще- ний со стороны атриума на зимние сады и на город

Рис. 12. Рабочие места (вид из зимнего сада)

23

«22 River Terrace»

Здание построено в 2001 году (архитектурное бюро «Cesar Pelli & Associates» (Нью-Йорк) при участии «Schuman, Lichtenstein, Claman, Efron Architects», инновационные решения по энергосбережению консалтинговая фирма «Steven Winter Associates of Norwalk, Conn.»). 27-этажный жилой дом (высота — 85 м) рас- считан на проживание 774 человек. Общая площадь здания — 33 200 м². В нем разме- щены 282 квартиры разного типа, от неболь- ших однокомнатных квартир до апартамен- тов стремя ванными комнатами. Энергоснабжение здания:

• Фотоэлектрические панели.

• Теплонасосные установки, использующие низкопотенциальное тепло удаляемого вен- тиляционного воздуха для горячего водо- снабжения.

• Централизованное теплоснабжение и го- родская электрическая сеть.

Система климатизации:

• Естественная вентиляция.

• Система кондиционирования воздуха с энергосберегающими абсорбционными чиллерами/нагревателями с прямым ис- пользованием природного газа.

Освещение:

• Искусственное освещение с датчиками присутствия людей и регулировкой уровня освещенности.

• Одновременное отключение всех осве- тительных приборов в квартире посред- ством одного главного выключателя.

Водосбережен ие:

• Система очистки сточных вод в подвале здания (очищенные воды используются для смыва воды в туалетах и для охлажде- ния воздуха в градирне).

• Водоразборная арматура с пониженным водопотреблением.

• Сбор дождевой воды на крыше здания (ис- пользуется для орошения садов на крыше здания и прилегающей озелененной тер- ритории).

Особенности здания:

• Сады на крыше здания, выполняющие, по- мимо эстетических, теплозащитные функ- ции, а также улучшающие экологию города.

в организации естественной системы вентиляции для всего здания.

Интеллектуализация здания

Система автоматизации и управле- ния зданием обеспечивает оптималь- ный режим работы систем вентиляции, отопления и охлаждения, а также поз- воляет людям индивидуально регули- ровать параметры микроклимата в оп- ределенной зоне.

Интеллектуальная система имеет датчики для наблюдения за параметра- ми наружного климата, датчики, конт- ролирующие параметры микроклимата в помещениях, и датчики наличия лю- дей в помещениях (датчики движения). Эта система может управлять (вместе или раздельно) следующими функция- ми с целью энергетической оптимиза- ции (в зависимости от показателей дат- чиков наружного и внутреннего климата и в соответствии с программой):

• снижением кратности воздухооб- мена;

• полным отключением механичес- кой вентиляции в незанятых частях здания;

• изменением положения солнцеза- щитных устройств;

• изменением положения открываю- щихся окон во взаимодействии с лучистым охлаждением, механичес- кой вентиляцией и отоплением;

• закрытием окон при неблагоприят- ных внешних условиях климата (приближении шторма, очень жар- кой или очень холодной погоде).

Автономные источники теплоэнергоснабжения

Для снижения стоимости энергии, а также уменьшения вредного воздей" ствия на окружающую среду в высо- тных зданиях используются автоном- ные источникитеплоэнергоснабжения.

24

«Conde Nast Building — Four Times Square»

Здание построено в январе 2000 года (архитекторы Роберт

фокс и Брюс Фоул, архитектурное бюро «Fox & Fowle Architects»).

Один из новых небоскребов Манхэттена (высота — 247 м, вы- сота с антенной — 349 м).

Энергоснабжение здания:

• Автономная электростанция на топливных элементах.

• фотоэлектрические панели, интегрированные в фасад здания.

• Централизованное теплоснабжение и городская электриче- ская сеть.

Система климатизации:

• Система кондиционирования воздуха с энергосберегающи- ми абсорбционными чиллерами/нагревателями с прямым использованием природного газа.

Освещение:

• Главным образом естественное.

• Осветительные приборы с малым энергопотреблением.

• Автоматическое управление освещением.

Традиционные автономные источники теплоэнер- госнабжения, отличаются более высоким КПД и уменьшенными выделениями вредных выбросов (например, в здании «Main Tower» установлены две теплоэлектростанции на природном газе). К нетра- диционным (возобновляемым) источникам тепло- энергоснабжения относятся топливные элементы, фотоэлектрические панели (солнечные батареи), системы использования низкопотенциального теп- ла земли.

Использование низкопотенциального тепла земли для отопления или охлаждения

Одним из источников энергии в здании «Main Tower» является низкопотенциальное тепло земли. В качестве вертикальных грунтовых теплообмен- ников используются 112 свай фундамента диамет- ром от 1,5 до 1,8 м, достигающих глубины 50 м. В них проложена сеть трубок, по которым цирку- лирует вода. Общая длина трубок составляет более 80 км.

В системе климатизации низкопотенциальное тепло земли используется посредством теплона- сосной установки (рис. 13). Ее мощность составля- ет 500 кВт.

Использование энергии солнца для выработки электрической энергии

В фасады зданий «22 River Terrace» и «Conde Nast Building — Four Times Square» интегрированы фотоэлектрические панели. Это обусловлено в том

Рис. 13. Схема использова- ния низкопотенциального тепла земли для энергоснабжения зда- ния «Main Tower»

25

Рис. 14. Фотоэлектрические панели, интег- рированные в западный фасад здания «22 River Terrace»

Рис. 15. Верхние этажи здания «Conde Nast Building — Four Times Square» с интегрирован- ными фотоэлектрическими панелями

Рис. 16. Монтаж топливного элемента в зда- нии «Conde Nast Building — Four Times Square»

числе и тем, что для климатических условий Нью-Йорка основные затра- ты энергии на климатизацию связаны с кондиционированием воздуха в лет- ний период в дневное время. В фото- электрических панелях в летнее время вырабатывается больше электроэнер- гии за счет большей интенсивности солнечной радиации. Таким образом, использование энергии солнца позво- ляет значительно уменьшить пиковый расход электрической энергии из го- родской электросети.

В здании «22 River Terrace» фото- электрические панели (солнечные ба- тареи) интегрированы в западный фа- сад (рис. 14). Общая площадь панелей составляет 316 м². Электрическая энер- гия, вырабатываемая в них в течение года, позволяет покрыть до 5 % общей энергетической нагрузки здания.

В здании «Conde Nast Building — Four Times Square» фотоэлектрические панели расположены на верхних 19 эта- жах на южном и восточном фасадах между рядами окон в виде полос шири- ной 15 м (рис. 15). Панели представля- ют собой тонкопленочные фотоэлект- рические элементы, наклеенные на листы закаленного стекла. Пиковая мощность фотоэлектрических панелей достигает 15 кВт. Помимо выработки электрической энергии, панели, интег- рированные в ограждающие конструк- ции, увеличивают теплозащитные ха- рактеристики ограждений.

Использование топливных элементов

Для получения электрической энер- гии на 4-м этаже здания «Conde Nast Building — Four Times Square» установ- лены два топливных элемента РС25 (рис. 16). Они состоят из трех основных частей: реформера, в котором происхо- дит преобразование природного газа в водород; батареи топливных элементов, преобразующих водород и кислород в горячую воду и вырабатывающих элек- трическую энергию; электрического

26

преобразователя напряжения, преоб- разующего постоянный ток в пере- менный.

В качестве электролита топливные элементы используют раствор орто- фосфорной (фосфорной) кислоты (Н₃Р0₄). В качестве источника водоро- да — природный газ. Электричество вырабатывается из природного газа и воздуха без процессов горения. Побоч- ными продуктами химической реак- ции являются только горячая вода и углекислый газ. Горячая вода (темпера- тура около 60 °С) используется для го- рячего водоснабжения, а также для отопления в зимнее время.

Мощность каждого топливного элемента составляет 200 кВт. В ночное время они обеспечивают 100 % потреб- ности здания в электрической энергии, а в дневное время — 5 % потребности. Годовая производительность двух уста- новок составляет 3 млн кВт • ч.

Экологически нейтральное

здание

Концепция экологически нейтраль- ного здания подразумевает, что зда- нию не требуются поступления энер- гии от внешних источников и оно потребляет воду только для питьевых целей. Вода для непитьевых целей очищается и используется повторно. В соответствии с этой концепцией в проектируемых зданиях большое вни- мание уделяется таким направлени- ям, как уменьшение водопотребле- ния, водоочистка, сбор атмосферных осадков и т. д. Так, концепция здания «22 River Terrace» предусматривает возможность сбора, очистки и пов- торного использования воды для не- питьевых целей. В подвале здания уста- новлен резервуар, в который собирается дождевая вода с крыш. Эта вода затем используется для орошения садов на крыше здания и прилегающей озеле- ненной территории. Там же установлена

«London City Hall»

Строительство здания завершено в 2002 году (архитектор Норман Фостер), студия «Sir Norman Foster and Partners» (Лондон), инно- вационные решения по энергосбережению консалтинговая фирма «Агир»). Здание рас- положено в центре Лондона и привлекает всеобщее внимание своей необычной фор- мой, напоминающей гигантское яйцо. Энергоснабжение здания:

• Централизованное теплоснабжение и го- родская электрическая сеть.

• Низкотемпературные грунтовые воды (ис- точник холодоснабжения).

Система климатизации:

• Вентиляция — естественная; механичес- кая с рекуперацией тепла удаляемого воз- духа для подогрева приточного.

• Охлаждение — лучистое, охлаждающие потолки.

• Отопление — водяное.

Солнцезащитные устройства:

• Элементы наружных ограждающих конс- трукций.

Освещение:

• Главным образом естественное. Особенности здания:

• Форма здания учитывает направленное воздействие наружного климата и обес- печивает минимальные теплопотери в холодный период года и минимальные теплопоступления в теплый период года, солнцезащиту и максимальную естествен- ную освещенность помещений.

27

система очистки сточных вод, которая позволяет уменьшить потребление чис- той питьевой воды на 30 %. Очищенные сточные воды используются для смыва в туалетах квартир, а также для охлаждения воздуха в градирне. В каждой квар- тире здания установлена водоразборная арматура, обеспечивающая более низ- кое водопотребление.

В заключение отметим, что проект любого современного высотного зда- ния является результатом совместных усилий архитекторов, проектировщи- ков, инженеров-строителей и многих других технических специалистов и консультантов. Большую роль играет и поддержка заказчиком неординарных решений, направленных на экономию природных ресурсов и создание ком- фортных условий в помещениях.

Расчетный период Цель расчетов

Наиболее холодная пятидневка

Определение расчетной мощности системы отопления

Определение расхода энергии на отопление

Определение расчетной мощности системы охлаждения

Период охлаждения

Определение расхода энергии на охлаждение

Расчетный год

Определение расхода энергии на отопление и охлаждение здания в годовом цикле

Рис. 1.1. Характерные расчетные периоды и цели расчетов

30

31

32

4. Конвективные потоки у наружной поверхности здания

В теплый период года в солнечные дни из-за облученности наружных поверх- ностей здания солнечной радиацией их температура резко возрастает и значи- тельно отличается от температуры окружающего воздуха. В результате разности температур образуется конвективный тепловой поток, направленный вверх зда- ния, и имеет место так называемый приповерхностный (пограничный) слой на- гретого воздуха. Разность температур наружной поверхности здания и окружаю- щего воздуха зависит от величины солнечной радиации и коэффициента поглощения солнечной радиации материалом наружной поверхности ограждаю- щих конструкций здания.

Проведенные расчеты показали, что в условиях Москвы при безоблачном небе в июле ожидаемые максимальные температуры наружной поверхности ог- раждающих конструкций различной ориентации достигают значений, приве- денных в табл. 1.4.

34

где v₀ — скорость ветра, м/с, измерен- ная на высоте А₀, м (как правило, ско- рости ветра измеряются на высоте 10— 15 м, и в этом случае И₀ = 10—15 м);

а — показатель степени, зависящий от типа местности и устанавливаемый экспериментально (в [72] рекоменду- ется для центров крупных городов при- нимать ос = 0,33).

Рис. 1.2. Пример эпюра скоростей восходя- щих воздушных потоков у наружной поверх- ности высотного здания, возникающих под действием разности температур At = 20 °С

Максимальная скорость восходящих воздушных потоков, м/с

Рис. 1.3. Максимальные значения скорости восходящих воздушных потоков у наружной поверхности здания

35

Значения скорости ветра в условиях городского центра, рассчитанные по фор- муле (1.5), приведены в табл. 1.5. Значения скорости ветра на высоте 10 м приняты равными расчетным значениям, приведенным для Москвы в СНиП 2.04.05—91* (для холодного периода года: параметр А — v₀ = 4,7 м/с, параметр Б — v₀ = 4 м/с; для теплого периода года: параметры А и Б — v₀ = 1 м/с).

Вместе с тем часто известна скорость ветра, измеренная на метеорологиче- ской станции, которая располагается, как правило, на открытой местности. В условиях плотной городской застройки скорость ветра на той же высоте будет ниже. Скорость ветра v_h, м/с, на высоте h, м, в зависимости от типа местности, характеризуемой показателем степени а и толщиной пограничного слоя 5, м, в модели степенного закона рассчитывается по формуле [63, 72]

v

h

(1.6)

где v₀ — скорость ветра, м/с, измеренная на высоте И₀, м, на местности, тип которой характеризуется показателем степени ос₀ и толщиной пограничного слоя 8₀;

а₀, 8₀ — показатель степени и толщина пограничного слоя для местности, на которой зафиксирована скорость ветра v₀ (как было отмечено выше, скоро- сти ветра измеряются на метеорологических станциях, расположенных, как пра- вило, на открытой местности на высоте 10—15 м, и в этом случае h_Q = 10—15 м, а₀ = 0,14, §₀ = 270 м);

а — показатель степени, зависящий от типа местности и устанавливаемый экспериментально;

5 — толщина пограничного слоя, м, для рассматриваемого типа местности.

В [72] рекомендуются следующие значения а и 8:

• для центров крупных городов а = 0,33, 8 = 460 м;

• для условий пригорода (в данном случае под пригородом понимается мест- ность, в которой в радиусе 2 000 м расположена малоэтажная застройка или лесопарковые массивы) а = 0,22, 8 = 370 м;

• для открытой местности а = 0,14, 8 = 270 м.

Под пограничным слоем понимается приземной слой атмосферы, в котором поверхность земли оказывает тормозящее воздействие на движущую массу воз- духа. Возрастание скорости ветра происходит в пределах пограничного слоя, выше пограничного слоя (в свободной атмосфере) скорость ветра постоянна (градиентная скорость). Толщина пограничного слоя в общем случае зависит от состояния атмосферы, типа местности, широты местности и силы ветра. В рас- смотренной выше методике принимается инженерное допущение — толщина пограничного слоя зависит только от типа местности, т. е. 8 является функцией только аргумента а.

По формуле (1.6) были выполнены расчеты ожидаемых скоростей ветра для трех типов местности: открытого пространства, пригорода и центра крупного города с плотной застройкой. Значения скоростей ветра для открытой местно- сти, зафиксированных на высоте 10 м (Л₀ = 10 м, ос₀ = 0,14, 8₀ = 270 м), были приняты равными v₀ = 1, 5, 10 м/с. Результаты расчетов представлены в табл. 1.6 и на рис. 1.4.

36

Городской центр

Пригород

Открытое

пространство

О 2 4 6 8 10 12 14 16 18

Скорость ветра, м/с

Рис. 1.4. Изменение скорости ветра по высоте в зависимости от типа местности

4. Аэродинамика зданий и аэродинамические коэффициенты

Вопросы аэродинамики зданий всегда считались достаточно важными, а ряде случаев — определяющими для проектирования вентиляции зданий и рас чета воздушных потоков внутри здания, оценки влияния здания на аэродинами ческий режим прилегающей территории, выбора ограждающих конструкций необходимой воздухопроницаемостью. Кроме того, внутри зданий могут возни кать сильные воздушные потоки, что требует специальных решений: шлюзова ния входных дверей и лестничных секций, герметизации мусоропроводов и т. i Есть еще ряд вопросов, который связан с аэродинамикой зданий, в том числ рассеивание вредностей, расположение пешеходных дорожек, образование сне гозаносов и т. п.

Аэродинамика высотных зданий имеет свою специфику, т. к. для них влияни наружных климатических воздействий и величины градиентов перемещения пс токов массы и энергии внутри здания являются по своей значимости экстре мальными. Различные схемы обтекания здания и застройки показаны на рис. 1А 1.6 [62]. Из этих рисунков видно:

• если здание расположено на территории свободной от застройки, то на навет ренной стороне здания повышенное давление — ветровой подпор, а с проти воположной стороны здания — пониженное давление;

• если здание находится в застройке, то картина значительно усложняете* и без специального исследования невозможно заранее сказать, при како] направлении ветра те или иные стены здания будут испытывать повышенно или пониженное давление и какие по величине будут эти давления.

Ветровое давление на здание прямо пропорционально безразмерной величи не, называемой аэродинамическим коэффициентом, который показывает, кака доля скоростного напора переходит в давление. Аэродинамические коэффици

38

Рис. 1.5. Схема обтекания зданий

Рис. 1.6. Схема обтекания зданий и застройки

енты зависят от формы здания, геометрических размеров, степени защищенно- сти и расположения здания относительно направления ветра.

В зарубежных исследованиях при изучении аэродинамики зданий под высот- ным понимается такое здание, высота которого превышает ширину подветрен- ного фасада в три и более раз [72]. Данные о распределении аэродинамических коэффициентов на фасаде квадратного в плане высотного здания при различных направлениях ветра приведены на рис. 1.7 [72].

Рассмотрение значений аэродинамических коэффициентов на фасаде квадратного в плане высотного здания при различных направлениях ветра показывает, что, если направление ветра перпендикулярно фасаду здания (рис. 1.7а), аэродинамические коэффициенты на этом фасаде положительны и их значения уменьшаются по направлению к боковым фасадам здания и по на- правлению к верхней части рассматриваемого фасада. На увеличение значения аэродинамических коэффициентов у верхней части фасада высотного здания также влияет повышение скорости ветра с увеличением высоты. Если направ- ление ветра отклоняется от нормали к фасаду, область максимального давления

39

Рис. 1.7. Значения аэродинамических коэффициентов на фасаде квадратного в плане высотнш здания при различных направлениях ветра

смещается к наветренному углу здания (рис. 1.76, в). При отклонении напраг ления ветра от нормали на угол 45° давления становятся отрицательными дальнего (по отношению к направлению ветра) угла фасада (рис. 1.7г). Есл угол отклонения направления ветра от нормали лежит в пределах 60—75°, даЕ ления отрицательны по всему фасаду (рис. 1.7д, е). Максимальные отрицатель ные давления наблюдаются в областях, расположенных на боковых (по отнс шению к направлению ветра) фасадах у наветренных углов (рис. 1.7ж), приче: на боковых фасадах распределение давлений существенно меняется в зависи мости от относительных размеров данных фасадов (отношения высоты и ши рины). Для заветренных фасадов (направление ветра составляет с нормалы угол больше 100°) значения давлений в различных областях меняются не стол существенно (рис. 1.7з—н).

Таким образом, если фасад расположен под углом от 0 до 60° относительн направления ветра, то среднее давление на фасаде положительно; если этот уго составляет 60—180°, то среднее давление отрицательно. Графики изменени

40

средних значений аэродинамичес- ких коэффициентов на фасаде пря- моугольного в плане высотного зда- ния при различных соотношениях боковых сторон в зависимости от направления ветра приведены на рис. 1.8 [72].

Графики изменения средних значе- ний аэродинамических коэффициен- тов на покрытии прямоугольного в плане высотного здания (в случае если покрытие плоское или его уклон до- статочно мал) при различных соотно- шениях боковых сторон в зависимости от направления ветра приведены на рис. 1.9. Следует отметить, что, если направление ветра составляет с фаса- дом здания угол порядка 45°, у навет- ренных кромок покрытия возникают сильные завихрения (рис. 1.10). Высо- кие скорости воздушного потока в этих завихрениях обуславливают до- статочно сильное разрежение (отрица- тельное давление) у краев покрытия, что, например, в случае сильных вет- ров может быть опасно для инженер- ного оборудования, расположенного в этой зоне.

Если форма здания отличается от прямоугольной, характер распреде- ления аэродинамических коэффици- ентов на его фасадах может сущест- венно отличаться от приведенных выше. Возможны два метода иссле- дования аэродинамики здания: ме- тод физического моделирования и метод математического моделирова- ния. Физическое моделирование зда- ния осуществляется в аэродинамиче- скойтрубе. Обычно это моделирование выполняется с учетом существующей застройки. Теория физического мо- делирования разработана в значитель- ной степени благодаря работам оте- чественных ученых — Л. И. Седова, Т. А. Афанасьевой-Эренфест, М. В. Кир- пичева, А. А. Гухмана, Э. И. Реттера, Ф. Л. Серебровского и ряда других специалистов. Более широкий спи-

Рис. 1.8. Графики изменения средних зна- чений аэродинамических коэффициентов на фасаде прямоугольного в плане высотного зда- ния при различных соотношениях боковых сторон в зависимости от направления ветра

Рис. 1.9. Графики изменения средних зна- чений аэродинамических коэффициентов на покрытии прямоугольного в плане высотного здания при различных соотношениях боковых сторон в зависимости от направления ветра

Завихрения у кромок покрытия

Рис. 1.10. Схемы воздушных потоков, воз- никающих вследствие ветрового напора, на- правленного под углом 45° к фасаду здания

41

CN О) СО СО О N ^ CN т-Н т-Н т-Н т-Н

V

Рис. 1.11. Распределение аэродина- мических коэффициентов по перимет- ру здания при юго-западном направле- нии ветра

Рис. 1.12. Распределение аэродинамических коэф- фициентов по периметру круглой в плане башни здания при юго-западном направлении ветра (данные матема- тического моделирования и исследований модели зда- ния в аэродинамической трубе)

сок источников содержится, например, в [60]. Математическое моделирова- ние — менее надежный способ исследования аэродинамики здания с учетом застройки в связи с тем, что одновременно существуют ламинарные, турбу- лентные, вихревые и т. п. зоны движения, для каждой из которых необходимо иметь значения коэффициентов, характеризующих движение в этих зонах, связь между ними и характер застройки. С появлением мощной, легко до- ступной компьютерной техники для специалистов по математическому моде- лированию аэродинамики появилась возможность существенно повысить надежность расчетов.

4. Пример математического моделирования аэродинамики

высотного здания

В качестве примера приведем результаты математического моделирования аэродинамики высотного здания «Main Tower», расположенного во Франкфур- те-на-Майне, Германия [66]. Это здание достаточно сложной формы в плане представляет собой две башни — квадратную и круглую; его высота составляет 200 м.

Преобладающими для Франкфурта-на-Майне являются ветры юго-западно- го и северо-восточного направлений. Распределение аэродинамических коэф- фициентов по периметру здания при воздействии юго-западного ветра показано на рис. 1.11, 1.12. При воздействии на здание ветра северо-восточного направле- ния характер распределения аэродинамических коэффициентов по периметру здания существенно меняется (рис. 1.13, 1.14). В этом случае только на одном из фасадов (восточной ориентации) квадратной в плане башни здания «Main Tower» аэродинамические коэффициенты положительны, на остальных фасадах они от- рицательны.

Значения аэродинамических коэффициентов, полученные методом матема- тического моделирования, в дальнейшем были проверены при исследовании

42

со

Э СП 00 Н г1 (М

<ъ /ъ о°

О х—I

Рис. 1.13. Распределение аэродина- мических коэффициентов по перимет- ру здания при северо-восточном на- правлении ветра

Рис. 1.14. Распределение аэродинамических коэф- фициентов по периметру квадратной в плане башни здания при северо-восточном направлении ветра (дан- ные математического моделирования и исследований модели здания в аэродинамической трубе)

Рис. 1.15. Высотные здания Франкфурта-на- Майне в районе улицы Neuen Mainzer StraBe. Сле- ва направо: «Biirohaus an der alten Орет» (89 м), «Eurotheum» (110м), «Main Tower» (200 м), «Garden Towers» (127 m), «Commerzbank» (259 m), «Taunustor Japan-Center» (115 m)

Рис. 1.16. Расположение моделей зданий на поворотном столе: 1 — «Commerzbank» (259 м); 2 — старое здание «Commerzbank» (110 м); 3 — «Taunustor Japan-Center» (115 м); 4 — «Garden Towers» (127 м); 5 — «Main Tower» (200 м); 6 — малоэтажная застройка (до 37 м); 7 — «Eurotheum» (ПО м); 8 — «Biirohaus an der alten Орег» (89 м)

модели здания в аэродинамической трубе (экспериментальные значения отме- чены на рис. 1.12 и 1.14 точками). Сравнение результатов, полученных методами математического и физического моделирования, показало их достаточно хоро- шую сопоставимость.

Как было отмечено выше, режим обтекания здания воздушным потоком, помимо формы самого здания, существенно зависит от расположенных ря- дом других зданий и сооружений, особенностей рельефа местности и т. д.

43

Рис. 1.17. Схема типичного распределения воздушных потоков у здания «Main Tower» и в приле гающей городской застройке при юго-западном ветре: 1 — здание «Eurotheum» (ПО м); 2 — здани «Main Tower» (200 м); 3 — здание «Garden Towers» (127 м)

Рис. 1.18. Распределение аэродинамических коэффици- ентов на отметке 93 м с учетом влияния соседних зданий при юго-западном ветре

Это влияние особенно заметно, если окружаю щие объекты расположены на расстоянии, мене< чем в пять раз превышающем высоту здания В частности в городских условиях, сложившихся во Франкфурте-на-Майне, высотные здания расположенные рядом, оказывают друг на друг: значительное влияние. Это взаимное влиянш очень сложно рассчитать, и основным инстру ментом исследования становятся испытания i аэродинамической трубе.

В результате при исследовании аэродинамика здания учитывалось взаимное влияние располо- женных рядом высотных зданий: «Burohaus an de: alten Орег» (89 м), «Eurotheum» (ПО м), «Garder Towers» (127 м), «Commerzbank» (259 м), «Taunustoi Japan-Center» (115 м), а также прилегающая мало- этажная застройка (рис. 1.15).

Для исследований в аэродинамической трубе использовались модели в масштабе от 1:300 дс 1:100. Масштаб определялся размерами исследу- емой городской зоны (среды застройки) и возмож- ностями аэродинамической трубы. В ходе испыта- ний модели располагались на поворотном столе, что позволило изучить характер распределения] воздушных потоков при изменении направления] ветра (рис. 1.16).

Для качественной оценки распределения воз- душных потоков вблизи поверхности зданий и не

44

Рис. 1.19. Относительные скорости воздушных потоков, зафиксированные датчиками, разме- щенными на модели здания (датчики 1—6 расположены на высоте 1,8 м)

уровне улиц, прилегающих к зданию, применялась визуализация воздушных по- токов посредством дыма. На основе полученных в ходе экспериментов в аэроди- намической трубе результатов были построены схемы воздушных потоков у зда- ния «Main Tower» и в прилегающей городской застройке при различных направлениях ветра. Схема воздушных потоков при юго-западном ветре пред- ставлена на рис. 1.17. Можно отметить, что при этих условиях между зданиями наблюдается ускорение воздушного потока, что приводит к понижению давле- ния в этой зоне.

Для количественной оценки аэродинамических коэффициентов на модели здания были размещены датчики давления. Распределение аэродинамических коэффициентов на отметке 93 м с учетом влияния соседних зданий при юго-за- падном ветре показано на рис. 1.18. Сравнение рис. 1.11 и 1.18 показывает, что из-за влияния соседних зданий характер распределения аэродинамических ко- эффициентов отличается от случая, когда рассматривалась модель только здания «Main Tower».

Для изучения воздушных потоков в зонах, прилегающих к зданию, датчики были размещены на модели на уровне улицы (отметка 1,8 м) и у покрытий ок- ружающих зданий. Скорости воздушных потоков, зафиксированных датчика- ми, по отношению к средней скорости господствующего ветра 3,3 м/с пред- ставлены на рис. 1.19. Скорости воздушных потоков фиксировались при различных направлениях ветра. Исследования показали, что на уровне улицы скорости воздушных потоков уменьшаются: их численные значения составля- ют приблизительно 2—2,6 м/с. Между соседними зданиями скорости воздуш- ных потоков возрастают, однако при низких скоростях набегающего потока

45

(слабых ветрах) возрастание скорости воздушных потоков между соседними зданиями относительно невелико. Если средняя скорость господствующегс ветра составляет 3,3 м/с, скорость воздушного потока между зданиями возрас- тает примерно до 4—4,6 м/с.

1. Общие положения

К энергоснабжению высотных зданий предъявляются более высокие требо- вания, чем к энергоснабжению обычных зданий. Прежде всего это относится к надежности энергоснабжения. Обеспечение тепловой и электрической энергией должно предусматриваться не менее чем от двух независимых друг от друга энер- гоисточников.

Многие высотные здания в США, странах ЕС, Юго-Восточной Азии обору- дованы комбинированными системами энергоснабжения, предусматривающи- ми совместную работу сетей централизованного энергоснабжения и автономных энергоисточников. В странах с мягким климатом приоритет над теплоснабжени- ем отдается электроснабжению, что обусловлено снижением теплопотребления зданий. В большинстве регионов России, включая Москву, низкие наружные температуры (—20...—30 °С) не редкость, и надежность теплоснабжения столь значимый показатель, как и электроснабжение.

Надежность энергоснабжения — ключевой фактор в обеспечении жизни и здоровья людей и предотвращении материального ущерба в высотных зданиях. Неполный перечень инженерных систем высотных зданий, которые должны об- ладать 100 % надежностью, включает:

• противопожарные системы вентиляции (системы дымоудаления и подпора);

• насосные станции пожаротушения;

• системы аварийного освещения;

• системы отопления;

• системы обеспечения эвакуации людей (лифты, системы контроля доступа);

• системы охранной и пожарной сигнализации.

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 бесперебой- ной подачи тепла в количестве, не менее требуемого расхода на отопление зда- ния. Обеспечение 100 % резервирования подачи тепла для систем внутреннего теплоснабжения здания устанавливается заданием на проектирование.

2. Совместная работа автономного источника энергосбережения с централизованной системой

Одним из решений по резервированию централизованного тепло- и элект- роснабжения высотных зданий может быть устройство автономных мини-ТЭЦ на базе газотурбинной или газопоршневой установок (ГПУ), одновременно

47

Рис. 2.1. Схема подключения автономного источника тепловой и электрической энергии для во; можности работы в системе централизованного теплоснабжения: 1 — циркуляционный насос; 2 — гг зопоршневая или газотурбинная установка; 3 — водонагреватель горячего водоснабжения 2-й ступе ни; 4 — бак-аккумулятор горячей воды; 5 — водонагреватель отопления; 6 — водонагреватель ГВ< 1-й ступени; 7 — регулирующие клапаны; 8 — регулятор давления «после себя»

вырабатывающих оба вида энергии. Современные средства защиты от шума i вибрации позволяют размещать их непосредственно в здании, в том числе и н верхних этажах. Как правило, мощность этих установок не превышает 30—40 °/ максимальной потребной мощности объекта и в штатном режиме эти установ ки работают, дополняя централизованные системы энергоснабжения. Пр] большой мощности когенерационных установок возникают проблемы переда чи избытков того или иного энергоносителя в сеть.

Возможна следующая схема подключения автономной когенерационной ус тановки к централизованной системе энергоснабжения (рис. 2.1). Забор вод! для нагрева в газопоршневой установке производится из обратного трубопрово да распределительных тепловых сетей, затем нагретый теплоноситель пропуска ется по обычной схеме через водонагреватели отопления и горячего водоснабже ния потребителя, для которого предназначена эта установка, и возвращаете: частично на подмес в обратный трубопровод и подающий трубопровод теплосе ти. Для осуществления такой циркуляции на обратном трубопроводе перед пор шневой машиной устанавливается циркуляционный насос с напором, равны? перепаду давлений между подающим и обратным трубопроводами плюс потер! давления в тракте и регулирующем клапане К-3.

Идеальный режим работы создается тогда, когда теплопроизводительность ма шины соответствует потребности водонагревателей отопления и горячего водо снабжения. При этом клапан К-3 закрыт, осуществляется замкнутая циркуляция и сброс тепла в распределительную теплосеть отсутствует. В зимнее время произво дительности машины может быть недостаточно и необходимо часть тепла забират:

48

из подающего трубопровода — для этого предусмотрена перемычка с клапаном К-4 под клапан К-2 по ходу воды, параллельно закрытому в этот период клапану К-3.

Предусматривается следующий алгоритм автоматизации схемы: когда клапан регулятора отопления полностью открыт, а температура, фиксируемая датчиком на подающем трубопроводе местной системы, недостаточна, по сигналу от ко- нечного выключателя клапана К-2 начинает открываться клапан К-4, пропуская часть теплоносителя из подающего трубопровода теплосети и поддерживая ту же температуру по заданному графику. Как только клапан закроется, по сигналу от его конечного выключателя регулирование температуры в системе отопления пе- реключается на клапан К-2. Прикрытие клапана К-2 означает переизбыток теп- ла. Одновременно с закрытием клапана К-2 открывается клапан К-3, и часть теп- ла сбрасывается в подающий трубопровод распределительных сетей. В летнее время клапан К-2 отопления полностью закрыт, работает только горячее водо- снабжение, но поскольку количество тепла, вырабатываемого машиной, избы- точно, клапан К-3 продолжает быть открытым. При этом клапан К-1, работаю- щий на большем перепаде давлений, т. к. теплоноситель сбрасывается в обратный трубопровод, а не в подающий, как происходит с клапаном К-3, продолжает обес- печивать заданную температуру в системе горячего водоснабжения.

Для обеспечения максимальной загрузки машин можно было бы излишнюю электрическую энергию направить на компенсацию недостающего тепла для на- грева воды в системе горячего водоснабжения, установив ТЭНы в баках-аккумуля- торах. 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, вырабатываемой попутно с производством электрической энергии, мо- жет быть использован в тепловых абсорбционных холодильных машинах для полу- чения холода, необходимого в системах кондиционирования воздуха.

При дефиците только тепловой энергии для рассматриваемого объекта в ка- честве источника теплоснабжения может быть принят автономный источник теплоснабжения (АИТ) в виде котельной с водогрейными котлами. Могут ис- пользоваться пристроенные или отдельно стоящие котельные, проектируемые согласно СП 41—104—2000. Возможность и место размещения АИТ следует увя- зывать со всем комплексом его 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 зда- ния, для теплоснабжения калориферов приточных систем, тепловых завес и среднечасовой нагрузке горячего водоснабжения. В АИТ рекомендуется исполь- зовать водогрейные котлы с температурой нагрева воды до 115 °С. В качестве топлива для АИТ используется природный газ. Газопровод следует предусматри- вать из легированной стали с давлением газа 0,1—0,3 МПа. Тепловую мощность каждого котла АИТ и их количество рекомендуется принимать с учетом обеспе- чения одним из котлов выполнения бесперебойной подачи тепла в количестве, не менее требуемого расхода на отопление здания.

49

3. Автономные источники энергоснабжения

Во многих случаях в качестве автономных энергоцентров высотных зданий используются мини-ТЭЦ на базе поршневых мотор-генераторов. В последние годы интерес к мини-ТЭЦ в нашей стране возрос, и это связано не только с вы- сотным строительством. Реализация масштабных инвестиционных проектов во многих регионах сдерживается отсутствием свободных мощностей единой энер- госистемы страны. Перспективные планы ввода в эксплуатацию новых крупных энергоисточников из-за длительных сроков не удовлетворяют потребности стро- ительства. Период избытка мощности энергоисточников над уровнем энерго- потребления заканчивается раньше, чем того ожидали энергетики.

Недавняя политика стимулирования роста энергопотребления (если есть резер- вы 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, элекгро- калориферы систем вентиляции. Вернуться в русло энергосбережения весьма не- просто. Возможным вариантом решения проблемы энергоснабжения новостроек, включая высотные, является проектирование и строительство мини-ТЭЦ. Для эф- фективной работы мини-ТЭЦ необходимо выполнение ряда условий:

• провести грамотный анализ электрических и тепловых нагрузок объекта и гармонизировать их с режимами энергопроизводства как в течение суток, так и в целом по году;

• обеспечить режимы энергопотребления и по теплу, и по электроэнергии на объекте, близкие к графику номинального энергопроизводства (коэффици- ент загрузки на уровне 70—100 %) или найти «внешнего» платежеспособного потребителя для реализации излишков производимой энергии;

• обеспечить недорогое и надежное техническое обслуживание, включая по- ставку профилактических и расходных материалов, запасных частей.

В настоящее время большая часть когенерационных газопоршневых устано- вок создана как автономные источники энергии вахтовых поселков, буровых, отдельных предприятий. Другая часть мини-ТЭЦ построена как резервные ис- точники энергии на объектах, не допускающих сбоев энергообеспечения, и в этом случае вопросы себестоимости производства резервной энергии рассмат- риваются как второстепенные. Лишь небольшая часть когенерационных газо- поршневых установок в стране работает параллельно с единой энергосистемой, воспринимающей излишки выработки энергии мини-ТЭЦ.

На первый взгляд, в условиях резкой неравномерности потребления тепло- вой и электрической энергии в сложившейся энергосистеме принимать нового производителя, поставляющего свои излишки энергии в период минимальной потребности в энергии, не имеет смысла. С другой стороны, гибкое наращива- ние энергетики способствует росту общегосударственной экономики, а при ра- зумной тарифной политике обеспечивает экономическую выгоду как поставщи- кам энергии от мини-ТЭЦ, так и владельцам централизованных сетей. Во многих странах гармонизация малой энергетики с централизованными системами регу- лируется на государственном и муниципальном законодательном уровне.

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

50

Сложность этой задачи состоит в том, что на самой ранней стадии проектиро- вания необходимо все основные характеристики мини-ТЭЦ гармонизировать с режимами работы систем энергопотребления. При присоединении к централи- зованным сетям энергоснабжения в этом не было необходимости, достаточно было, чтобы возможности энерговводов покрывали пиковые нагрузки объекта. Специфика задачи состоит еще и в том, что необходим качественно новый под- ход к проектированию, предполагающий:

• анализ режимов работы всех инженерных систем в расчетные периоды, число которых может быть 8—24 и даже более;

• построение и анализ суточных, недельных, сезонных и годовых графиков из- менения нагрузок;

• многовариантный анализ комбинации подвидов инженерных систем;

• выявление технико-экономических критериев оптимизации комплекса энер- гоисточники—энергопотребители, которые в зависимости от исходных усло- вий для разных объектов могут быть различными;

• функциональная координация большого числа разделов проекта в условиях многовариантного анализа.

Во многих случаях проектирования и реализации мини-ТЭЦ допускаются принципиальные ошибки:

• проектирование ведется по заданным нагрузкам установочной мощности электроприемников и теплопотребителей, что приводит к завышению номи- нальной мощности мини-ТЭЦ на 20—50 %;

• заказчики, при наличии технической возможности параллельной работы мини-ТЭЦ и ЕЭС, отказываются от комбинированной схемы в пользу авто- номной;

• не рассматриваются возможности использования дополнительных мер по энергосбережению и выравниванию неравномерности энергопотребления на объектах;

• оценка экономической эффективности применения мини-ТЭЦ проводится либо по устаревшей модели «приведенных затрат», либо по «удельным рек- ламным» показателям фирм — поставщиков оборудования.

К сожалению, в России отсутствует нормативно-методическая база проекти- рования мини-ТЭЦ, а практического опыта небольшого числа организаций, проектирующих автономные энергоцентры, явно недостаточно. В итоге из-за неквалифицированного подхода к проблеме наметилась тенденция дискредита- ции прогрессивного направления малой энергетики.

1. Общий алгоритм расчета и подбора мини-тэц

1. Определяются энергетические нагрузки объекта.

На этом этапе выполняется анализ характеристик всех отдельных энергопо- требителей объекта и определяются следующие электрические характеристики: УУуст — установленная мощность всех отдельных потребителей;

N_pa — расчетная активная мощность; jtypp — расчетная реактивная мощность; cos/, tg/— коэффициенты мощности;

51

К_с — коэффициент спроса;

К₀ — коэффициент одновременности.

Тепловые характеристики:

#уст ^— установленная мощность всех тепл ©потребителей; q_0T — установленная мощность систем отопления;

(7_веНт ^— установленная мощность систем вентиляции; q_m^— установленная мощность воздушно-тепловых завес;

#гвс ~ максимальная мощность горячего водоснабжения.

2. Рассчитываются и строятся графики суточного энергопотребления для ра- бочих и выходных (праздничных) дней для наружных расчетных условий холод- ного, теплого и переходного периодов года.

В случае необходимости, если объект имеет специальную технологическую нагрузку, цикличность, отличающуюся от суток, рассчитываются и строятся графики технологического цикла. Важными характеристиками графиков явля- ются:

• линия максимальных пиковых нагрузок;

• линия минимальных нагрузок;

• амплитуда колебания от средних значений.

3. На основании суточных (недельных) графиков по функциям изменения нагрузок в течение года строятся графики круглогодовых нагрузок и рассчиты- вается годовое потребление энергоресурсов по отдельным видам потребителей и суммарные — по электроэнергии и теплу:

4. Выбираются базовые расчетные режимы работы мини-ТЭЦ путем наложе- ния круглогодовых графиков тепловых и электрических нагрузок.

В общем случае таких режимов четыре:

• I — максимальных электрических нагрузок с учетом амплитуды суточных ко- лебаний;

• II — максимальных тепловых нагрузок, также с учетом амплитуды;

• III — минимальных электрических нагрузок;

• IV — минимальных тепловых нагрузок.

5. Для базовых расчетных режимов (п. 4) анализируются мероприятия пс энергосбережению и выравниванию неравномерности нагрузок.

В качестве таких мероприятий следует рассмотреть: ^•

• утилизацию теплоты вентиляционных выбросов;

• автоматизацию теплопотребляющих систем с целью исключения перетопов;

z=8 760

(2.1)

z=8 760

(2.2)

52

54

56

р кВт Q, кВт

Рис. 2.2. График электрической и тепловой нагрузок для расчетных летних суток (вариант 1): 1 — электропотребление; 2 — теплопроизводство ГПУ; 3 — потребность в тепле

Р кВт Q, кВт

Рис. 2.3. График электрической и тепловой нагрузок для расчетных зимних суток (вариант 1):

1 — электропотребление; 2 — теплопроизводство ГПУ; 3 — потребность в тепле

57

р, кВт

Рис. 2.4. График электрической и тепловой нагрузок для расчетных летних суток (вариант 3 1 — электропотребление; 2 — теплопроизводство ГПУ; 3 — потребность в тепле

Р, кВт 0, кВт

Рис. 2.5. График электрической и тепловой нагрузок для расчетных зимних суток (вариант 3

1 — электропотребление; 2 — теплопроизводство ГПУ; 3 — потребность в тепле

58

производства электроэнергии при стоимости газа 1 500 руб.Дтыс. • м³) и сро- ке амортизации 20 лет составила 1,15 руб.ДкВт • ч). Это неплохой показатель, и вариант может считаться конкурентоспособным по отношению к энерго- снабжению от централизованных сетей. Кроме того, в данном расчете приня- то, что на производство тепловой энергии относится топливная составляю- щая пиковых водогрейных котлов, а утилизированное тепло от ГПУ учитывается без топливной составляющей (себестоимость производства теп- ла — 290 руб./Гкал).

Второй вариант отличается от первого только тем, что установленная мощ- ность мини-ТЭЦ понижена с 2,5 до 2,1 МВт, чего вполне достаточно исходя из анализа графика рабочих нагрузок объекта с учетом коэффициента одновремен- ности. В этом случае коэффициент загрузки увеличивается до 40,3 %, капиталь- ные затраты снижаются более чем на 10 млн руб., а себестоимость производства электроэнергии становится 1,06 руб.ДкВт • ч).

Третий вариант базируется на анализе возможностей энергосбережения ин- женерных систем объекта и предусматривает:

• замену электрических воздушно-тепловых завес на водяные;

• применение энергосберегающих осветительных устройств внутреннего и на- ружного освещения с системой автоматического управления светом;

• использование энергоэкономичной оргтехники и компьютеров;

• замену поршневых холодильных машин на винтовые с повышением холо- дильного коэффициента с 2,9 до 5,8.

Дополнительные меры по энергосбережению позволяют понизить устано- вочную мощность мини-ТЭЦ до 1 500 кВт (рис. 2.3, 2.5). Затраты на энергосбе- режение оцениваются в 7,8 млн руб.

Если принять первый вариант за базовый, то общая экономия капитальных затрат составит 14,94 млн руб. (22 %), а годовая экономия эксплуатационных за- трат (тепло и электроэнергия) — 2,32 млн руб. (24 %). Себестоимость производ- ства электроэнергии составит 0,98 руб.ДкВт • ч).

Следующий шаг, вариант четвертый, связан с комбинированным режимом энергоснабжения от мини-ТЭЦ и централизованных сетей. Как правило, на пе- риод строительства энергоснабжающие организации выделяют определенные энергоресурсы даже в условиях дефицита энергии.

В данном случае выделенные 600 кВт были оформлены и по постоянной схе- ме электроснабжения. Стоимость реализации технических условий в зависимо- сти от конкретной схемы присоединения может значительно отличаться. В дан- ном случае затраты, связанные с присоединением питающих сетей 600 кВт, составили 12 млн руб. С другой стороны, удалось снизить мощность мини-ТЭЦ до 900 кВт и отказаться от резервной дизель-электростанции. Работа мини-ТЭЦ предполагается в круглосуточном режиме с коэффициентом загрузки 61,1 % (рис. 2.4, 2.5), а пиковые нагрузки в дневные часы покрывают внешние сети. Экономия капитальных затрат в этом случае, по сравнению с базовым вариан- том, составит более 23 млн руб., а себестоимость производства электроэнергии снизится до 0,9 руб.ДкВт • ч).

В пятом варианте (рис. 2.6, 2.7), наряду с комбинированным режимом рабо- ты энергосетей, применяются абсорбционные холодильные машины вместо компрессорных. Несмотря на значительное удорожание холодильного центра,

59

Р, кВт Q. кВт

Рис. 2.6. График электрической и тепловой нагрузок для расчетных летних суток (вариант 5): 1 — электропотребление; 2 — теплопроизводство ГПУ; 3 — потребность в тепле

Р кВт Q, кВт

Рис. 2.7. График электрической и тепловой нагрузок для расчетных зимних суток (вариант 5):

1 — электропотребление; 2 — теплопроизводство ГПУ; 3 — потребность в тепле

60

61

При оптимальной годовой загрузке установки, учитывая ее автономность v минимальную протяженность энергокоммуникаций, себестоимость произ- водства электрической, тепловой энергии и холода по расчету оказывается ь

5. 2 раза ниже действующих тарифов центральной энергосистемы. Некото- рые фирмы в рекламном общении с заказчиком, как правило, ограничиваются примерно такой информацией. На практике же приходится принимать вс внимание еще целый ряд обстоятельств. Прежде всего, в какой степени суточ- ный и годовой режимы энергопотребления объекта, по электрической и пс тепловой составляющим, соответствуют оптимальному режиму энергопроиз- водства.

Следует иметь в виду, что глубина регулирования мощности газопоршневьо двигателей, как правило, находится в пределах 50—100 %, и если ночная потреб- ность в электроэнергии составляет 10 % от дневной, то в системе должно стоять не менее 2—3 двигателей с соответствующим подбором мощности.

Производство тепловой энергии в мини-ТЭЦ жестко функционально связа- но с производством электроэнергии. Пиковые нагрузки на теплоснабжение отопления и вентиляции могут в 2—2,5 раза превышать потребность в электро- энергии, и для восполнения дефицита тепловой энергии надо в систему вюпо- чать пиковые водогрейные котлы. С другой стороны, в теплый период года пот- ребность в тепле таких объектов, как жилые и гражданские здания, ограничивается горячим водоснабжением, потребляющим всего лишь 10—15 % производимого установкой тепла, и в этом случае его избыток надо отводить ь окружающую среду, например, в сухих градирнях.

Характеристики энергопотребления жилых и гражданских зданий для усло- вий средней полосы России приведены в табл. 2.5.

К сожалению, степень годовой загрузки мини-ТЭЦ в автономном режиме для жилых объектов не превышает 30—50 %. А это означает, что амортизацион- ная составляющая в себестоимости электроэнергии с 0,15—0,20 руб.ДкВт • ч) вы- растает до 0,35—0,60 руб.ДкВт • ч). Несколько выше годовая загрузка в офисные зданиях, торгово-развлекательных и спортивно-оздоровительных комплексах, но и на этих объектах автономная работа энергоблоков требует тщательного эко- номического анализа окупаемости затрат.

Проблем с соответствием режимов энергопроизводства и энергопотреб- ления в значительной степени удалось бы избежать, если эксплуатировать мини-ТЭЦ с номинальной годовой нагрузкой и продажей излишков энер- гии в единую энергосистему. В большей степени гармонизировать режимы производства и потребления энергии можно на промышленных предпри- ятиях с 2—3-сменными режимами работы (60—80 % годовой загрузки мини- ТЭЦ). В любом случае решение о строительстве мини-ТЭЦ должен предва- рять глубокий анализ режимов энергопотребления объектов по отдельным составляющим. Нередко в задании при подборе установки указывается сум- марная установочная мощность всех потребителей объекта, включая и теп- ловой пункт, работающий в холодный период года, и холодильный центр, задействованный летом. Правильный учет коэффициента одновременности работы оборудования, снятие пиковых нагрузок за счет аккумулирующие систем, рациональное построение технологического процесса, использова- ние энергосберегающих решений позволяют без ущерба для качества энер- госнабжения сократить на 20—30 % и капитальные, и эксплуатационные затраты энергоцентра.

62

63

64

. необходимость принятия закона и нормативных актов, регулирующих интег- рацию мини-ТЭЦ в единую энергосистему страны;

. включение мини-ТЭЦ в систему перспективного планирования энергоснаб- жения регионов как разумное дополнение единой энергосистемы;

. развитие проектно-методической базы;

• создание отечественных конкурентоспособных производств мини-ТЭЦ

с привлечением высоких технологий российских и зарубежных фирм;

. создание развитой сети надежного технического обслуживания.

4. Проектирование центральных тепловых пунктов

Присоединение систем внутреннего теплоснабжения высотного здания вы- полняется через тепловые пункты. Учитывая, что высотные комплексы, как правило, являются многофункциональными по назначению с развитой стило- батной 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, пе- редающие 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 об- щей гребенки поступают к каждой системе теплопотребления. Так осуществле- но теплоснабжение систем теплопотребления высотных комплексов «Алые Па- руса» и «Воробьевы горы», о чем будет рассказано ниже. Другое решение — 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, подает- ся в локальные ИТП, расположенные в других частях комплекса, в том числе и на верхних этажах, по принципу приближенности в тепловой нагрузке. При та- ком решении нет необходимости присоединения системы внутреннего тепло- снабжения калориферов приточных систем по независимой схеме через тепло- обменник. Калорифер сам является теплообменником и подключается к трубопроводам перегретой воды напрямую с насосным подмешиванием для по- вышения качества регулирования нагрузки и повышения надежности защиты калориферов от замерзания.

При высоте зданий до 200—220 м возможно размещение тепловых пунктов внизу здания, не ниже минус 1-го этажа. При большей высоте зданий во избе- жание повышенных давлений в трубопроводах рекомендуется применять кас- кадную схему подключения зональных теплообменников отопления и горячего водоснабжения. Одна группа теплообменников будет обеспечивать системы отопления, вентиляции и горячего водоснабжения первой зоны, нагревая воду, Циркулирующую в этих системах, до нужных параметров. А другая — нагревать воду, подаваемую в следующую по высоте зону с параметрами на 5—10 °С ниже, чем были в первом контуре циркуляции, и которая также будет распределять- ся на две группы теплообменников, если выше есть следующие зоны этажей (рис. 2.8).

65

70 °с

Рис. 2.8. Принципиальная схема подключения 100-этажного дома (4 зоны по 25 этажей) к цент- рализованному теплоснабжению (автоматика и подпитка не показаны)

В этом случае давление в контурах циркуляции греющей воды будет опреде- ляться только высотой своей зоны. Подпитка, как обычно, производится из об- ратного трубопровода греющей воды насосом в обратный трубопровод нагревае- мой. Обратный клапан предотвращает наращивание статического давления. Для полного разделения контуров циркуляции подпитка может осуществляться через бак, соединенный с атмосферой. Появление двух дополнительных последова- тельно установленных теплообменников во 2-й и 3-й зонах, по сравнению со схе- мой с одним теплообменником или группой параллельно установленных на зем- ле, от которых греющий теплоноситель распределяется на 2-ю, 3-ю и 4-ю зоны под давлением 30—35 атм, оправдывается применением обычных трубопроводов в предлагаемом решении и меньшей аварийной опасностью. Такая схема нашла свое отражение в МГСН 4.19—2005 и в проектах самых высоких зданий, сооружа- емых в районе Москва-Сити. Помимо особенностей, изложенных выше, проек- тирование тепловых пунктов следует выполнять в соответствии с СП 41—101—95.

Проектирование ЦТП начинается с анализа доступной площади помеще- ния, которое под него выделяется. Рекомендуются следующие значения высо- ты помещения: для ЦТП мощностью 1—1,5 Гкал/ч — не менее 3 м, мощностью

5. 10 Гкал/ч — не менее 3,2—3,5 м, мощностью более 10 Гкал/ч — не менее 4,5 м. На крупных объектах, в которых мощность ЦТП составляет более 20 Гкал/ч, минимальная высота помещения должна составлять 5—6 м. В этом случае обо- рудование и трубопроводы располагают по вертикали, с тем чтобы в процессе эксплуатации они были легко доступны. При недостаточной высоте помещения трубы фактически не являются обслуживаемыми и тем более ремонтопригод- ными.

66

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

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

При аварии на теплообменнике система вентиляции наиболее уязвима, т. к. кон- тактирует с наружным воздухом, в то время как, например, система отопления «за- щищена» от наружного воздуха ограждающими конструкциями жилого комплекса. Переход на резервный теплообменник предотвратит поломки всех вентиляционных установок, обслуживающих данную зону. Перерыв в подаче теплоносителя в тече- ние 3—4 минут приводит к размораживанию калорифера вентиляционной установ- ки, даже при четком срабатывании автоматики данной установки.

Необходимо также делать 100 % резервирование систем отопления. На отмет- ках выше 100 м в зимнее время могут наблюдаться очень сильные ветры, которые способствуют быстрому охлаждению верхних этажей, и в связи с этим обстоя- тельством перерывов в теплоснабжении верхних зон высотного жилого здания быть не должно.

Система отопления разделяется на зоны, и вследствие их достаточно боль- шой протяженности возникает определенная проблема. При высоте зоны 80— 90 м в системе отопления возникает эффект дегазации воды (при высоте зоны до 60 м этот эффект не столь выражен). В самых верхних точках системы давле- ние невелико, оно составляет примерно 1,5 бара, и начинается дегазация рас- творенного кислорода из теплоносителя, что приводит к завоздушиванию сис- темы. Существует два варианта решения данной проблемы. Первый — установить в нижней части здания (в ЦТП) деаэраторы. Этот вариант отличается достаточ- но большими капитальными затратами, кроме того, необходимо выделение до- полнительных площадей для размещения оборудования, а сами аэраторы долж- ны подвергаться ревизии каждый сезон, что создает дополнительные проблемы для службы эксплуатации. Второй вариант решения — обязательная установка автоматических воздухоотводчиков в верхней части зоны.

По вопросу требуемой кратности воздухообмена в помещениях ЦТП нет еди- ного мнения. Предлагаются два варианта: кратность воздухообмена в помеще- ниях ЦТП должна составлять либо 8 1/ч, либо достаточно 3 1/ч. Но в любом слу- чае воздух, удаляемый из помещения ЦТП, при правильной организации системы вентиляции, отсутствии каких-либо утечек может быть использован как приточный в технические помещения.

4. Особенности проектирования центрального теплового пункта высотного жилого здания

1. Общая характеристика центрального теплового пункта

В комплексе «Воробьевы горы» принят единый ЦТП на все жилые корпуса и общественную зону (рис. 2.9). Общая площадь — более 1 200 м². Высота помеще-

67

ния — 6 м. Мощность теплового пунк- та составляет 29 Гкал/ч (для сравне- ния, мощность теплового пункта в городе Московской области с насе- лением 35 000 человек имеет мощ- ность 14,5 Гкал/ч).

ЦТП состоит из трех функциональ- ных частей: системы отопления, вен- тиляции и горячего водоснабжения высотных и малых корпусов, а также стилобатной части комплекса. Под «малыми корпусами» здесь подразу- меваются достаточно высокие здания. Их высота достигает 22 этажей, высот- ные корпуса имеют 40—45 этажей. Такое функциональное деление ЦТП позволило в процессе строительства и монтажа теплового пункта запускать систему отопления комплекса по мере готовности здания. Изначально были построены высотные корпуса, и в них сразу смонтирована и подключена система отопления, поскольку к этому

моменту уже был смонтирован узел ввода в ЦТП, а от него сделано три ответв- ления, соответствующие указанным выше функциональным частям. Затем были введены в эксплуатацию системы малых корпусов и стилобатной части.

По центральной оси ЦТП установлены станция поддержания давления в сис- темах и шкафы автоматизации и диспетчеризации ЦТП. Справа и слева от цент- ральной оси ЦТП установлены блоки отопления, вентиляции, горячего водо- снабжения. Каждый блок состоит из двух теплообменников со своими насосами. Вдоль всех блоков проходит центральный проезд шириной не менее 1 700 мм. Выбор такой ширины проезда обусловлен тем, что в ЦТП установлено достаточ- но тяжелое и габаритное оборудование: расширительные баки, станции поддер- жания давления, накопительные электробойлеры аварийной системы горячего водоснабжения и т. д., а ширина малых механизированных машин, позволяющих вывезти данное тяжелое оборудование, составляет 1 640 мм по колее. Для этих же целей — возможностей вывоза в случае необходимости тяжелого оборудования — въезд в ЦТП устроен из помещения подземного гаража-автостоянки.

Большие размеры ЦТП привели к тому, что в нем существуют четыре вхо- да / выхода, при этом у каждого из них установлены отдельные пульты управления аварийным и рабочим освещением. Это сделано для того, чтобы сотрудник, зашед- ший в помещение, а затем покинувший его, например, по техническому коллек- тору, мог пройти через освещенный ЦТП, а затем выключить его на выходе.

Все тепловые нагрузки комплекса подключены по независимой схеме. Систе- ма отопления высотных корпусов поделена на три зоны. Система горячего водо- снабжения также трехзонная. Система отопления малых корпусов однозонная, горячего водоснабжения — двухзонная.

Все системы имеют 100 % резервирование по теплообменникам и насосам. В дополнение к этому в системах автоматизации изменен алгоритм перевода

68

подачи теплоносителя в систему вентиляции с одного насоса на другой. Второй насос запускается не после остановки первого, а разгоняется частотным преоб- разователем вместе с рабочим насосом. Только после выхода на требуемый ре- jkhm происходит отключение насоса, который по графику в данный момент дол- жен быть выведен из работы.

В ЦТП больших мощностей в связи с большими теплопоступлениями от уста- новленного оборудования существует проблема поддержания рабочей температу- ры воздуха в помещениях данного ЦТП. На рассматриваемом объекте применя- лась теплоизоляция из минеральной ваты толщиной 35 мм в два слоя, сжатых до 50 мм и закрытых сверху кожухами из листового алюминия толщиной 0,6 мм. Данные кожухи увеличивают капитальные затраты, но в отличие от кожухов из оцинкованной стали и текстильной обмотки теплоизоляции подобное исполне- ние наиболее долговечно. В ЦТП в любом случае достаточно влажно, и в данных условиях алюминий, в отличие от прочих материалов, практически не коррозиру- ет, а кроме того, хорошо защищает слой теплоизоляции от механических повреж- дений. За 7—8 лет эксплуатации ЦТП сохранился хороший внешний вид и качест- во теплоизоляции, в то же время покрытие, выполненное из алюминиевой фольги, пришло в негодность и потребовало замены уже через 3 года эксплуатации.

Вытяжка из ЦТП распределяется по помещениям гаража, т. е. вытяжные уста- новки системы вентиляции ЦТП используются в качестве системы приточной вен- тиляции и воздушного отопления гаражей-автостоянок. В этом случае уменьшают- ся эксплуатационные затраты на климатизацию помещений гаражей, а также капитальные затраты за счет отказа от приточных установок (об особенностях кли- матизации подземных гаражей-автостоянок см. главу 9). В комплексе «Воробьевы горы» вытяжной воздух из ЦТП подается также в снеготаялку.

Далее рассмотрим конструктивные особенности основных узлов более под- робно.

2. Узел ввода

Для обеспечения стабильной работы ЦТП необходимо минимизировать пере- пады давления, характерные для городских тепловых сетей. Для этого на подаю- щих магистралях устанавливаются регуляторы перепада давления (рис. 2.10). В зимний период между прямой и обратной магистралями поддерживается пере- пад давления 2 бара, а в летний период, когда работают только системы горячего водоснабжения и вентиляции (последняя необходима для помещений аквапарка, где требуется поддерживать температуру 29—30 °С, или для детского бассейна, где температура воздуха может быть еще выше), перепад давления между прямой и

обратной магистралями поддерживает- ся на уровне 1—1,2 бара. Данного пере- пада вполне достаточно для нагрева воды до рабочей температуры, но в то же время такой малый перепад позво- ляет снизить температуру обратной воды, т. е. более качественно осуществ- лять отбор тепла с подающих сетей.

Расходы теплоносителя в зимний и летний периоды времени сильно отли- чаются. Часто бывают дни, когда рас- ход горячей воды составляет около

Рис. 2.10. Регуляторы перепада давления на узле ввода

69

От водопровода В1=5(15) °С

х

Кт/о системы ГВС

1С%»

Рис. 2.11. Тепловой ввод

5. 2 т/сут, в результате этого регулятор перепада давления постоянно должен находиться в закрытом состоянии. Он имеет так называемый пилотный клапан \ достаточно точно контролирует перепад давления на вводе между прямой и об ратной водой (рис. 2.11). Это позволяет предотвратить эффект «гидравлической помпажа», когда в системе начинает интенсивно изменяться давление.

При установке на ДТП регуляторов другой конструкции каждое лето, когд; начинается «раскачка» гидравлической системы на вводе, возникают одни и т< же проблемы. В качестве предупреждающей меры можно поджимать краны н< импульсных трубках, но это оказывается недостаточно эффективно, поскольку необходима очень точная регулировка. Избавиться от данных проблем позволи ла установка капилляров на импульсных трубках, в результате чего сгладилоа управляющее усилие на мембранных регуляторах перепада давления.

На прямой и обратной магистралях установлены ультразвуковые расходомеры а на подпиточной магистрали теплоснабжающая организация ставит обычный ме- ханический водомер. Это является существенным конструктивным недостатком В случае аварии, например, по вине владельца квартиры и строителей, когда вод< начинает уходить, по алгоритму поддержания давления включаются насосы за- полнения на данную систему. После нескольких подобных аварий происходи¹: разрушение крыльчатки водомера. Чтобы этого избежать, необходимо устанавли- вать ультразвуковые расходомеры и на подпиточной магистрали. Данный ультра- звуковой расходомер должен быть рассчитан на достаточно широкий диапазор измерений, который позволяет с высокой степенью точности учитывать как ма- лые, так и пиковые расходы, когда в работу включается насос заполнения.

70

Все вводные шаровые краны на диаметры от 150 мм и выше устанавливаются с редукторами на шпинделе управления. Это, во-первых, позволяет уменьшить рабочий объем вокруг данной запорной арматуры, а во-вторых, позволяет об- служивающему персоналу закрывать такие задвижки без особых физический усилий. Опыт эксплуатации показывает, что если кран не был закрыт в течение одного сезона, то даже кран на диаметре 150 мм молено закрыть только при по- мощи отстукивания корпуса кувалдой, поскольку уплотнительное кольцо «врас- тает» в шар.

3. Станция заполнения

В ЦТП смонтировано 12 систем, и все они обвязаны на одну станцию запол- нения. Насосы станции заполнения подобраны таким образом, чтобы обеспе- чить заполнение системы самой высокой зоны. Чтобы исключить при этом по- вышение давления при заполнении более низких зон, на каждой врезке отданной магистрали установлены электромагнитные клапаны, рассчитанные на давление 25 бар, которые открываются только в том случае, если в данной системе давле- ние упало более чем на 0,5 бара от минимально заданного. Для поддержания дав- ления в системах используются станции поддержания давления (см. с. 73).

Рядом с узлом ввода смонтированы насосы заполнения систем комплекса. Гидростатическое давление составляет от 3,5 до 21 бара. Все насосы расположе- ны внизу. Поэтому, чтобы можно было использовать эти насосы в качестве ава- рийной системы поддержания давления, в точках присоединения магистрали заполнения к системам отопления и вентиляции были установлены соленоид- ные парные электромагнитные клапаны. Система автоматизации всегда отсле- живает работоспособность станции поддержания давления и в случае выхода ее из строя и появления сигнала аварии переходит на резервную программу поддер- жания давления через соленоидные клапаны. После соленоидного стоит обрат- ный клапан, который позволяет защитить данный соленоидный клапан от гид- равлических ударов в момент остановки насосов заполнения системы.

4. Система аварийного поддержания давления

К системе аварийного поддержания давления подведена магистраль от стан- ции заполнения. Затем установлены электромагнитные клапаны. Два таких кла- пана установлены параллельно для увеличения объема теплоносителя, который пропускают означенные клапаны. Применение именно электромагнитных кла- панов обусловлено их высокой скоростью срабатывания как на открытие, так и на закрытие. После электромагнитных клапанов обязательно устанавливается обратный клапан, который при отключении устраняет гидроудар, идущий об- ратно из системы.

5. Теплообменники системы отопления и их обвязка

В состав данного узла входят два насоса (рис. 2.12). Один из насосов всегда ра- ботает на 100 % мощности, второй за счет частотного регулирования поддерживает необходимый перепад давления с учетом всех гидропотерь в системе. На входе ус- тановлен фильтр, который может отсекаться посредством дискового затвора.

В обвязке блока теплообменников применены как шаровые краны, так и дисковые затворы. Известны случаи, когда шаровые краны, установленные на системах горячего водоснабжения, выходили из строя через два года эксплуата- ции из-за сквозной коррозии корпуса крана. В связи с этим обстоятельством

Рис. 2.12. Блок системы отопления, теплообменники, циркуляционные насосы, установка под- держания давления

шаровые краны устанавливаются только на подготовленной воде от ТЭЦ. На местной воде применяются только дисковые затворы. Температура этой воды не может превышать 95 °С, а это рабочая температура для данного типа арматуры. Установка дисковых затворов приводит к существенному уменьше- нию геометрических размеров обвязки блока. Кроме того, такое деление по ти- пам арматуры позволяет службе эксплуатации четко различать магистрали.

Согласно требованиям изготовителей, дисковые затворы обвязывают толь- ко воротниковыми фланцами, которые имеют такой же внутренний диаметр, как Ду данного клапана. Это связано с тем, что уплотняющий манжет должен прижиматься к фланцу по всей своей площади, обращенной к данному фланцу, во избежание выдавливания резинового уплотнения из корпуса затвора. Для ис- ключения ошибки при монтаже использовались воротниковые фланцы по все- му цтп.

В ЦТП использованы 40-барные запорные краны с 9 нитками резьбы. Этот вид арматуры был выбран из-за высокой надежности и во избежание аварийных ситуаций, вызванных разрывом корпусов по резьбовому соединению запорных кранов. Такая проблема может возникнуть в связи с тем, что европейский стан- дарт предусматривает 5 ниток резьбы, отечественный — 7 ниток. В результате при монтаже слесарь, пытаясь затянуть оставшиеся две нитки, упирается во внутренний фланец крана, вследствие чего в корпусе возникают очень большие напряжения, которые затем инициируют образование микротрещин.

72

6. Насосное оборудование

В составе системы используются насосы с U-образным элементом. Данный элемент позволяет уплотнить монтажную зону, поскольку посредством него мож- но отсечь один или оба насоса без использования дополнительной запорной ар- матуры. В U-образном элементе с одной стороны устанавливается запорный кран, с другой стороны — запорный кран и обратный клапан. В результате на об- вязке ставятся либо два U-образных элемента, либо четыре дисковых затвора и два обратных клапана. В первом случае капитальные затраты существенно мень- ше, кроме того, существенно уменьшаются габаритные размеры обвязки. Тем не менее при всех достоинствах подобные насосы не рекомендуется ставить на сис- темы горячего водоснабжения, поскольку растворенный в воде кислород приво- дит к выходу из строя обратных клапанов, выполненных из нержавеющей стали.

Все датчики системы автоматизации и диспетчеризации установлены на отде- льной стойке и обвязаны медными трубками на места присоединений. Такой вы- нос датчиков на отдельную стойку позволяет, во-первых, защитить их от поврежде- ний при каких-либо слесарных работах на насосном оборудовании или на обратных клапанах, во-вторых, легко их обслуживать. Медная трубка, посредством которой датчики присоединяются к местам съема показаний, из-за своей длины и малого объема позволяет защитить достаточно дорогостоящие датчики от загрязнений, так или иначе присутствующих в системе — данные загрязнения осаждаются в трубке. В межсезонье трубка отсоединяется отдатчиков и промывается.

7. Станция поддержания давления

Для поддержания давления в системах применяются специальные станции или насосы с мембранными баками. Недостаток последних — высокая стоимость эксплуатации. Дело в том, что все сосуды под давлением выше 5 бар должны экс- плуатироваться в соответствии со специальными правилами. В частности, один раз в два года необходимо делать рентгеноскопию баков, стоимость которой

очень высока.

На рассматриваемом ЦТП приме- няются станции поддержания давления (рис. 2.13). В их состав входят подпи- точная линия и безнапорные расшири- тельные баки. Подпиточная линия включает кран, регулятор давления с фильтром, счетчик, электромагнитный клапан и насосы. Клапан с электро- приводом позволяет сбрасывать избы- точное давление. Станции с электрон- ным управлением сброса давления обладают некоторыми недостатками, один из которых — зависимость от внешнего источника электроснабже- ния. Если система, которую обслужи- вает данная станция поддержания дав- ления, находится в разгоне по теплу, то в случае аварии в системе электроснаб- жения этой станции избыточное дав- ление, за счет расширения воды при

73

Циркуляционные насосы

Рис. 2.14. Блок системы ГВС, теплообменники ГВС, электроводонагреватели

нагревании, приведет к сбросу воды через предохранительные клапаны и, так образом, ее потере и необходимости дальнейшего заполнения системы с со< ветствующими финансовыми затратами. Вода из системы отопления при расш рении сбрасывается в безнапорные баки. Чтобы предупредить доступ воздух; эти баки, устанавливается предохранительный клапан на 0,5 бара. Внутри бг установлена резиновая каучуковая мембрана, препятствующая контакту воды сталью.

На объекте применяются станции с регуляторами давления прямого действ (регуляторами давления «до себя»). Эти регуляторы могут нормально функщ нировать и в случае перебоев в электроснабжении. Данный вариант отличаеп большей надежностью, т. к. регуляторы всегда могут сбросить излишнее д.ав) ние в свой бак. Даже если бак полностью заполнится, вода через предохраг тельный клапан будет выливаться на пол ДТП, который оборудован хорош дренажной системой.

74

Станции, рассчитанные на большое давление, производители оборудуют до- полнительными промежуточными баками для гашения стартовых гидравлических ударов от насосов, хотя в данных баках нет особой необходимости, поскольку насо- сы имеют частотное управление и порог старта аппаратно задается с контроллера.

8. Система аварийного горячего водоснабжения

Системы аварийного горячего водоснабжения на основе электрических на- копительных водонагревателей (емкостных электробойлеров) во время отклю- чений теплоснабжающей организацией своих магистралей на плановые профи- лактические работы позволяют обеспечивать жителей горячей водой. Все водонагреватели присоединены к повысительным насосным станциям горячего водоснабжения (рис. 2.14, 2.15, 2.16).

В систему ГВС В систему ГВС i тона 2 тона

Рис. 2.15. Схема присоединения водонагревателей системы ГВС с установкой станций повыше- ния давления на подающем трубопроводе

75

В систему ГВС В систему ГВС

Рис. 2.16. Схема присоединения водонагревателей системы ГВС с установкой станций повыше- ния давления на трубопроводе водопровода

Объем водонагревателей рассматриваемой системы (рис. 2.17) подбирается из расчета полуторачасового пикового расхода горячей воды. Этот объем не- обходим для поддержания температуры горячей воды в пределах 50—55 °С. Мощность нагревательного элемента подбирается таким образом, чтобы вре- мя нагрева данного объема воды составляло 8 ч, т. к. промежуток между пико- выми расходами, характерными для утреннего (время ухода на работу) и ве- чернего (время возвращения с работы) времени суток, составляет минимум 8 ч. Небольшой минус данной системы состоит в том, что, как правило, бойле- ры этих систем рассчитаны на давление 7 бар. Это одна из причин перехода

76

на трехзонную систему горячего во- доснабжения с одним теплообменни- ком.

При проектировании и, главное, при монтаже системы аварийного го- рячего водоснабжения необходимо учитывать, что включение накопи- тельных водонагревателей осуществ- ляется по схеме с попутным движени- ем воды. Если по расходу горячей воды водонагреватель стоит первым, то по циркуляции и по холодной воде он должен стоять последним. Только в таком случае обеспечивается динами- ческое саморегулирование электро-

бойлеров (на некоторых объектах их количество достигает 13 штук), и только в этом случае эти электробойлеры работают стабильно.

9. Система горячего водоснабжения с одним теплообменником

В рассматриваемом ЦТП система горячего водоснабжения не разделена на зоны. Вместо этого установлен единый теплообменник, рассчитанный на сум- марную мощность горячего водоснабжения всех зон здания, и затем повыситель- ными насосными станциями каждой зоны горячая вода закачивается в соответ- ствующую зону (рис. 2.18). В процессе проектирования высказывались возражения,

Рис. 2.17. Баки резервного горячего водо- снабжения

Насосная станция ГВС (1 зона) Насосная станция ГВС (2 зона) Насосная станция ГВС (3 зона)

тз.1 Т3.2 ТЗ.З

Т В систему ГВС (1 зона) \ В систему ГВС (2 зона) f в систему ГВС (3 зона)

Рис. 2.18. Блок системы ГВС, насосные станции повышения давления

связанные с возможным удорожанием проекта, однако документального под- тверждения данные опасения не полу- чили. С другой стороны, преимущест- вом такой схемы организации системы горячего водоснабжения высотных зда- ний является повышенная надежность системы всего водоснабжения — и го- рячего, и холодного. В этом случае на каждую зону здания работают две по- высительные насосные станции — го- рячего и холодного водоснабжения. В нештатной ситуации, например в случае очень крупной аварии на подаю- щих магистралях или на станциях хо- лодного водоснабжения, всегда воз-

можно перевести систему горячего водоснабжения на подачу холодной воды. Таким образом, в любом случае жители дома будут получать воду, что является од- ним из критериев надежности системы. Для дополнительного повышения надеж- ности возможна установка предохранительных клапанов на подающих линиях.

Важное место занимает вопрос по расчету потребляемого количества цирку- ляционной воды в системе горячего водоснабжения. Опыт эксплуатации пока- зал, что объем циркуляционной воды должен составлять до 40 % от расчетного объема потребления горячей воды. Это связано с тем, что в жилых зданиях элит- ного класса достаточно часто устанавливаются очень большие полотенцесуши- тели, что вызывает значительное потребление тепловой энергии. Для обеспече- ния их нормальной работы на всех этажах зоны был увеличен объем циркуляции. Такое увеличение расхода циркуляционной воды удобно производить при реа- лизации указанной выше схемы системы горячего водоснабжения с одним теп- лообменником и регуляторами расхода на каждую зону. Данные регуляторы поз- воляют выставить требуемый расход горячей воды с точностью до 5—10 л/ч.

Подключение циркуляционных трубопроводов разных зон к общей гребенке показано на рис. 2.19. В состав данного узла входит запорная арматура, фильтр, регулятор давления «после себя», регулятор расхода, обратный клапан и вновь запорная арматура. Наличие запорной арматуры перед входом в гребенку обяза- тельно, поскольку, например, при проведении каких-либо профилактических работ на обратном клапане остальные циркуляционные трубопроводы можно оставлять в работе.

Такая схема была принята после множества проб и ошибок. Сначала устанав- ливались регулирующие клапаны с электрическим управлением. В процессе эксплуатации выяснилось, что их скорости срабатывания не хватает для нор- мальной работы. Требовалось найти оборудование, способное более оперативно реагировать на изменение давления в циркуляционном трубопроводе. В резуль- тате были выбраны регуляторы давления прямого действия. Первоначально их поставили без регуляторов расхода, но, поскольку циркуляционные насосы спо- собствуют завоздушиванию, данные регуляторы давления начали работать как дроссели с недопустимыми шумами. Для устранения этого эффекта систему пы- тались отрегулировать более тщательно, но затем поставили регуляторы расхода, после чего описанный эффект исчез.

Рис. 2.19. Подключение циркуляционных трубопроводов разных зон к общей гребенке

78

В системе установлены обратные клапаны для того, чтобы ликвидировать об- ратные гидравлические удары, которые могут произойти, например, в результате остановки циркуляционного насоса или переключения с одного насоса на дру- гой в процессе эксплуатации. Данная система работоспособна и очень надежна. Единственный нюанс — необходимо очень точно выставить давление после ре- гулятора давления, что достаточно просто сделать с помощью специального при- бора. При расчете данных систем необходимо учитывать еще и то, что в подаю- щем городском водопроводе постоянно меняется давление. Для минимизации этого первоначально был установлен регулятор давления «после себя» на холод- ную воду, которая подается в емкостные электробойлеры. Однако затем было принято решение упростить систему и поставить один регулятор давления сразу после водопроводного ввода. После этого стали стабильно работать абсолютно все станции. До установки такого регулятора разброс давления по холодному во- доснабжению составлял 0,6—0,9 бара, а после установки регулятора разброс дав- лений стабилизировался в диапазоне 0,2—0,4 бара.

На вводе горячего водоснабжения также установлены регуляторы давления «после себя», поскольку давление на данном вводе может меняться в пределах от 0,2 до 1,5 бар, что является серьезным препятствием для нормальной работы. Вода приходит на теплообменник через обратный клапан, и, если регуляторы давления не установлены, падение давления вызывает срабатывание данного клапана. В результате механический грохот обратного клапана начинает распро- страняться по системе. Регуляторы давления «после себя» позволяют решить данную проблему. Кроме того, такие регуляторы позволяют еще больше стаби- лизировать работу повысительных насосных станций трех зон, поскольку при скачках давления насосы начинают раскручиваться и зачастую в работу без осо- бой на то необходимости включается резервный насос.

При установке регуляторов давления «после себя» на больших расходах воды на вводе в таких комплексах следует иметь в виду, что управляющее давление, которое подводится к данному регулятору, должно быть передано не посредством медной трубки диаметром 5 мм, а трубкой диаметром 10—12 мм, с тем чтобы управляющее давление не сглаживалось длиной трубки и регулятор более опера- тивно реагировал на изменение давления за ним.

Затем посредством повысительных насосных станций вода поднимается в свою зону. Функционально в комплексе «Воробьевы горы» насосные станции расположены в двух местах: непосредственно в ДТП (так называемый ЦТП-1) и под высотными корпусами (так называемая центральная насосная станция, или ЦТП-2). Эти ДТП объединены техническим коллектором, в котором проложе- ны все коммуникации. В ЦТП-2 установлены отдельные станции поддержания давления на отдельную зону каждого высотного корпуса. Там же находятся и бойлеры аварийного горячего водоснабжения, что позволяет снизить теплопоте- ри на транзитных трубопроводах, которых имеется достаточно большое коли- чество.

При горизонтальной разводке системы горячего водоснабжения можно отка- заться от установки полотенцесушителей. Опыт эксплуатации показал, что даже в зданиях, оборудованных полотенцесушителями, до 70 % владельцев квартир не пользуются ими. Они либо оставляют санузел вообще без полотенцесушителей, либо пользуются электрическими полотенцесушителями. Использование элект- рических полотенцесушителей, с точки зрения владельца квартиры, более удоб- но, поскольку он включается только по мере необходимости.

79

10. Снеготаялка

«Воробьевы горы» — большой комплекс с площадью прилегающей территории 4,5 га. Еще на стадии проектирования было предусмотрено строительство снеготаялки (рис. 2.20). Для таяния снега используется отрабо- танная (после всех теплообменников) вода. Наличие собственной снеготаял- ки позволяет существенно снизить расходы на уборку снега, а также по- стоянно поддерживать территорию в чистоте, поскольку не надо ожидать

автомобилей для вывоза снега, которые, как правило, стоят в очереди на город- ских снегоплавильных станциях, задерживаются в пробках и т. д. По расчетам, срок окупаемости снеготаялки составляет 2,5 сезона.

В отличие от городских улиц, на территории комплексов никогда не приме- няются антигололедные реагенты, снег убирается со всей площади еще до выезда владельцев квартир на работу и к семи часам утра, как правило, уже весь убран. Поэтому в снеготаялку он попадает чистым, без каких-либо механических или химических загрязнений.

Объем снеготаялки выбран с таким расчетом, чтобы можно было сбросить требуемое количество снега, не плавя его. Даже если на всей территории комп- лекса выпадет слой снега толщиной 75 мм, этот снег может быть помещен в сне- готаялку и без включения собственно системы снеготаяния. Там он будет мед- ленно таять за счет тепла вытяжного воздуха из помещений ДТП. Реализовать данный объем снеготаялки позволило конструктивное исполнение стилобатной части комплекса.

В ванне снеготаялки проложен греющий регистр из нержавеющих труб, по которому пропускается вода, подогретая вторичным (после теплообменников отопления, вентиляции и горячего водоснабжения) теплом из ДТП до темпера- туры порядка 45 °С. Для защиты от механических повреждений труб регистра при сбросе снега над ними установлен делитель снежной массы (рассекатель). Помимо греющего регистра, для ускорения таяния снега (в случае выпадения его в большом объеме) предусмотрена система орошения. Вода, забираемая из той же ванны (она подогревается до относительно высокой температуры: прошед- шей зимой даже при обильных снегопадах было отмечено, что температура воды в этой ванне не опускалась ниже 28 °С), посредством насосов через форсунки разбрызгивается на снеговую массу. Все металлоконструкции снеготаялки вы- полнены из нержавеющей стали.

11. Дренажные системы

На ДТП установлена дренажная система закрытого типа. Дренажи от инже- нерных систем ДТП объединяются в три различные магистрали, которые выво- дятся в приямки. В отдельную магистраль собирается вода от ТЭЦ, в отдельную магистраль — холодная вода, которая так или иначе присутствует в ДТП, и в от- дельную магистраль собираются дренажи горячей воды. В эти же магистрали вы- ведены все предохранительные клапаны, которые установлены в системе. Пре- имуществом такой схемы является возможность быстрой идентификации участка

Рис. 2.20. Снеготаялка

80

возможной аварии — зная, в каком месте в приямок подведена каждая дренажная магистраль, можно четко локализовать место утечки.

В ЦТП устроены два приямка. В приямке установлены два насоса: основной и резервный. В процессе проектирования высказывались возражения предста- вителями теплоснабжающей организации, которые требовали обеспечить раз- рыв струи, отказавшись от закрытых дренажных систем с крановыми соедине- ниями. В ходе дискуссии, опираясь на нормативные документы, удалось доказать, что приямок является элементом разрыва струи, поэтому закрытая дренажная система со сбросом в приямок соответствует всем требованиям.

Следует обратить особое внимание на обвязку дренажного трубопровода. Дело в том, что вода достаточно грязная. Краны получают повреждения и начи- нают пропускать воду. Периодически их необходимо менять. Поэтому после каждого крана стоит торцевое соединение с прокладкой (а не конусное — в этом случае соединение невозможно будет разобрать). После каждого торцевого со- единения стоят два угольника, которые позволяют разворачивать соединение в различных плоскостях (если первый угольник поворачивается по горизонтали, то второй — обязательно по вертикали). Подобная схема позволяет на одном из угольников безнапорного трубопровода отодвинуть часть торцевого соединения от ответной части и соответственно поменять кран, что невозможно сделать при какой-то другой схеме. Та же самая схема применяется на всех дренажных кра- нах в системах отопления на технических этажах.

12. Системы автоматизации и диспетчеризации

На основе опыта использования различных вариантов систем автоматизации и диспетчеризации была принята система на основе оборудования, позволяю- щего не только реализовать практически все необходимые функции системы, но и имеющего в наличии свободно программируемые контроллеры, позволяющие реализовать и те функции, которые изначально не были предусмотрены проек- том. Так, например, в настоящее время в жилом комплексе «Воробьевы горы»

Рис. 2.21. Щиты ав- томатики

81

реализуется система аварийного поддержания давления в системах при выходе из строя установки поддержания давления. Важными преимуществами системы являются также простота и наглядность визуализации информации и легкость управления, позволяющие обслуживать систему персоналу не очень высокой квалификации. Минимальный уровень доступа, который дается диспетчеру, позволяет ему полностью контролировать работу ЦТП, но, разумеется, без права вмешательства в его работу. У каждого специалиста службы эксплуатации есть свой уровень доступа, определяющий уровень возможности вмешательства в ра- боту системы.

В системах автоматизации ЦТП используются совмещенные шкафы управ- ления, в которых установлены как контроллеры, так и силовое оборудование (рис. 2.21). Тем самым резко уменьшается количество шкафов, стены не загро- мождаются данным оборудованием.

Все насосы имеют частотное управление.

Подробнее о системах автоматизации см. главу 8.

1. Общие положения

Отопление — это искусственный обогрев помещений для поддержания в них температуры на уровне, определяемом допустимыми условиями теплового ком- форта для находящихся в этих помещениях людей и требованиями технологи- ческого процесса.

Решение поставленной задачи выполняет система отопления, представля- ющая собой техническую установку, состоящую из связанных между собой конструктивных элементов, предназначенных для отопления с получением, переносом и передачей определенного количества теплоты в обогреваемые помещения.

Основными элементами системы отопления являются: источник теплоты (котел, теплообменник при централизованном теплоснабжении), теплопроводы системы отопления, по которым перемещается теплоноситель, отопительные приборы и запорно-регулирующая арматура.

При оснащении многоэтажных зданий системами отопления к ним предъяв- ляются по ряду показателей более жесткие требования, чем для систем отопле- ния зданий высотой до 75 м и индивидуальных зданий.

1. Основные требования к системам отопления многоэтажных зданий высо- той свыше 75 м

Системы отопления должны удовлетворять следующим основным требова- ниям:

• поддерживать расчетную температуру воздуха в обслуживаемых помещениях на протяжении всего отопительного периода;

• быть безопасными для жизни и здоровья обитателей и обслуживающего пер- сонала;

• обеспечивать сохранность здания и имущества;

• обладать надежностью, долговечностью, ремонтопригодностью;

• обеспечивать возможность регулирования воздушно-теплового режима по- мещений;

• соответствовать требованиям энергоэффективности.

При проектировании, монтаже и эксплуатации следует руководствоваться действующими нормативными требованиями. Система отопления здания под- разделяется на подсистемы для конструктивных и функциональных зон. Деле- ние подсистем по конструктивным зонам осуществляется с учетом: ^•

• ограничения гидравлического давления в подсистемах по высоте из условия соответствия рабочему давлению элементов подсистем;

• протяженности и размеров теплопроводов, схемных решений систем отопле- ния, условий тепловой и гидравлической устойчивости;

• пофасадной ориентации.

83

Деление подсистем по функциональным зонам осуществляется с учетом:

• различия расчетной температуры в обслуживаемых зонах;

• режимов эксплуатации зон;

• требований к теплоносителю;

• балансовой принадлежности зон.

Каждая из подсистем должна быть оборудована отдельным узлом управления с запорной и регулирующей арматурой, фильтрами и узлом учета тепловой энер- гии (при необходимости). Поквартирные подсистемы отопления должны быть оборудованы узлом ввода с запорной, регулирующей и спускной арматурой, фильтрами и прибором учета тепловой энергии (коммерческим или распредели- тельным). Узел ввода должен располагаться вне квартиры.

Проектирование систем отопления осуществляется на основе технического задания, утвержденного заказчиком. В состав технического задания должны включаться:

• нормативные требования;

• расчетные внутренние температурные условия для всех зон;

• требования к основному оборудованию и материалам;

• технические условия по смежным разделам проекта (объемно-планировоч- ные и конструктивные решения, вентиляция и кондиционирование воздуха, водопровод и канализация, теплоснабжение, электроснабжение и автомати- зация).

Теплопроизводительность системы отопления следует рассчитывать на обес- печение расчетной температуры воздуха (помещения) с учетом:

• теплопотерь через наружные ограждения;

• теплопотерь через внутренние ограждения;

• расхода теплоты на нагрев инфильтрационного воздуха;

• расхода теплоты на нагрев (догрев) вентиляционного воздуха;

• бытовых тепловыделений (от электрооборудования, оргтехники, освещения, людей и др.);

• инсоляции.

Во избежание разбалансировки действующей системы отопления примене- ние отопительных приборов, оснащенных автоматическими терморегулирую- щими клапанами, в этих системах допускается при наличии запаса тепловой мощности не менее 15 %.

Срок службы систем отопления должен быть не менее 40 лет. При отказе сис- темы отопления или отдельных ее элементов должны быть предусмотрены ре- зервные способы отопления из условия обеспечения температуры воздуха не ме- нее 10 °С на период восстановления или ремонта основной системы отопления. Ремонтопригодность системы отопления должна обеспечивать ее восстановле- ние в срок не более 3 суток.

84

85

2. Оборудование и материалы

Отопительные приборы, трубопроводы, тепловая изоляция, запорная и регу- лирующая арматура должны иметь сертификаты соответствия.

Рабочее избыточное давление в системах отопления должно быть не менее чем на 10 м выше геометрической высоты системы. Системы отопления должны быть оборудованы предохранительными клапанами со сбросом теплоносителя в канализацию. Настройка предохранительных клапанов должна соответствовать минимальному рабочему избыточному давлению элементов системы отопления с учетом гидростатического давления в месте их установки. Испытательное из- быточное давление должно быть в 1,5 раза выше рабочего.

На теплопроводах системы отопления должна быть предусмотрена компенса- ция тепловых удлинений. Использование сальниковых компенсаторов не допус- кается. В системах отопления должны быть предусмотрены устройства для опо- рожнения систем, в том числе с использованием воздушных компрессоров. Для разводящих теплопроводов, прокладываемых в шахтах, нишах, штрабах, за- моноличиваемых в конструкции пола, должна предусматриваться тепловая изо- ляция с защитной оболочкой.

3. Энергосбережение

Системы отопления должны обеспечивать переменные режимы отпуска теплоты адекватные режимам теплопотребления. Отопительные системы должны быть оборудованы системами автоматизации и учета тепловой энер- гии. Отопительные приборы или их группы должны быть оборудованы ин- дивидуальными регуляторами прямого действия, как правило, автоматиче- скими.

В зависимости от режимов эксплуатации отдельных зон и помещений следует разрабатывать алгоритм и программное обеспечение централизованного конт- роля и управления системами отопления из диспетчерского пункта.

Учет потребления тепловой энергии должен обеспечивать доступность и на- глядность информации для потребителей и адекватное снижение платы за теп- ловую энергию при ее экономии.

Транзитные теплопроводы и магистрали должны иметь эффективную тепло- вую изоляцию.

4. Монтаж, наладка и эксплуатация

Монтаж, наладка и эксплуатация осуществляется в соответствии с регламен- том, разработанным для здания и включающим: ^•

• требования к сдаче-приемке фронта работ под монтаж;

• спецификацию оборудования и материалов с техническими паспортами и сертификатами, с указанием поставщиков, изготовителей и выходных дан- ных партий изделий;

• график производства работ по монтажу и наладке;

• акты скрытых работ;

• акты испытаний систем и их элементов;

• исполнительную документацию;

• журналы ведения работ и авторского надзора;

• акты выборочных проверок материалов и оборудования, экспертиз;

• регламент технического обслуживания и эксплуатации систем.

86

Монтаж систем отопления и их элементов должен осуществляться при темпе- ратуре воздуха в помещениях, соответствующей техническим паспортам на эти

элементы.

Пуск и опробование систем отопления следует проводить при обеспечении температуры воздуха в помещениях не ниже 10 °С и температуре строительных конструкций в местах пересечения теплопроводов не ниже 5 °С. При отрица- тельной температуре помещений допускается испытание систем на герметич- ность сжатым воздухом.

Наладка систем отопления проводится на тепловой эффект (обеспечение расчетной температуры помещения) и на соответствие расходов теплоносителя расчетным по проекту.

Не допускается опорожнение систем водяного отопления на срок более 10 су- ток единовременно и более чем на 15 суток в год.

Эксплуатация водяных систем отопления разрешается с теплоносителем, соответствующим требованиям «Правил технической эксплуатации электри- ческих станций и сетей Российской Федерации».

Для защиты от электрохимической коррозии и блуждающих токов устройства крепления металлических элементов системы отопления и узлы прохождения че- рез строительные конструкции должны быть электроизолированы. Металлические элементы системы отопления, в том числе магистральные теплопроводы и стояки, должны иметь заземление. Для снижения опасности коррозии от блуждающих то- ков рекомендуется комбинировать металлические теплопроводы с полимерными.

В системах отопления не допускается сочетание материалов, образующих электрохимическую пару. После сдачи системы отопления в эксплуатацию на нее оформляется гарантийный сертификат, включающий гарантии на оборудо- вание, материалы и качество монтажных работ, на срок не менее 3 лет.

2. Особенности проектирования и эксплуатации систем отопления

высотных жилых зданий

Системы отопления, применяемые в высотных зданиях, разделяют на верти- кальные (стояковые) и горизонтальные (поквартирная, поэтажная разводка). И те и другие имеют как преимущества, так и недостатки.

Вертикальную (стояковую) разводку, как правило, применяют в зданиях с еди- ным учетом теплопотребления (только домовой учет). Этот тип разводки в свою очередь можно условно разделить на два подтипа, которые наиболее часто встре- чаются в современных зданиях. Это системы с нижним или верхним расположе- нием подающей магистрали (рис. 3.1, 3.2). В последнее время первые получили более широкое распространение. Например, в многофункциональных высотных жилых комплексах «Алые Паруса», «Воробьевы горы», «Триумф-Палас» и других предусмотрены многозонные двухтрубные системы водяного отопления с верти- кальными стояками с нижней разводкой магистралей по техническому этажу и тупиковым движением теплоносителя. Такие системы хорошо налаживаются (для наладки систем проектом предусматриваются балансировочные клапаны на стоя- ках и на распределительных гребенках технических этажей), устойчиво работают и отличаются простотой обслуживания. Балансировочные клапаны, отключающую и сливную арматуру возможно разместить как в подвале, так и при зональном раз- делении системы отопления высотного здания на техническом этаже. Однако при такой разводке системы терморегуляторы различных этажей, как правило, имеют

87

Рис. 3.1. Схема двухтрубной системы во- Рис. 3.2. Схема двухтрубной системы во-

дяного отопления с вертикальными стояками дяного отопления с вертикальными стояками с нижней разводкой магистралей по техни- с верхней разводкой ческому этажу

разные настройки, что является причиной возможных ошибок при наладке систе- мы. Кроме этого, необходимым условием устойчивой работы таких систем являет- ся наличие в здании квалифицированной службы эксплуатации.

Система имеет низкую «заменоустойчивость». Под данным термином пони- маются те последствия, которые возникают при несанкционированной замене отопительных приборов и радиаторных терморегуляторов жильцами во время ремонтов.

Опыт проектирования и эксплуатации ряда муниципальных жилых зданий показал, что в таких зданиях через некоторое время двухтрубные системы водя- ного отопления с вертикальными стояками перестают работать устойчиво. Дело в том, что в жилых зданиях элитного класса служба эксплуатации тщательно сле- дит за состоянием инженерных систем, в том числе и за системой отопления, и любое несанкционированное вмешательство жильцов в работу этих систем, на- пример замена отопительных приборов, запрещено (такая замена возможна, но только при согласовании со службой эксплуатации). В муниципальных жилых зданиях отслеживать подобные переделки достаточно сложно. Жильцы, произ- водя ремонт, меняют отопительные приборы, выбрасывают термостаты, не ин- формируя об этом службы эксплуатации. В итоге системы разбалансируются. Зачастую после жалоб жильцов работники эксплуатирующих организаций, не имеющие информации о переделках, пытаются отрегулировать систему, раскру- чивают балансировочные пары, которые стоят на технических этажах, что при- водит к еще большей разбалансировке системы отопления. Ситуация становится неконтролируемой. В результате разбалансировки на части этажей наблюдается недогрев, а на другой части этажей — перегрев помещений.

Приведем конкретный пример для 16-этажной зоны. При замене терморегу- лятора на шаровой кран на среднем по ходу теплоносителя отопительном прибо- ре расход увеличится на 159 % (в 2,5 раза), а на остальных снизится примерно на

88

30-40 %. В качестве эксперимента консультанты должны были определить при- чину неработоспособности смонтированной системы отопления в уже сданном доме. Проверка показала, что в ЦТП обеспечивается требуемый напор, но тепло- носитель поступает только на первые два или три этажа. Оказалось, что с целью экономии заказчик отказался от установки запорной и термостатической арма- туры на подводках к приборам, предусмотренной проектом, и, несмотря на на- личие балансировочных пар на стояках, теплоноситель циркулировал только в отопительных приборах нижних этажей. Для выхода из этой ситуации, учиты- вая, что здание уже сдавалось в эксплуатацию, было предложено перейти на вер- хнюю разводку с минимумом переделок по магистралям, после чего система на- конец была запущена в эксплуатацию. Применение систем отопления с верхней разводкой и попутным движением теплоносителя является одним из вариантов снижения влияния замен отопительных приборов и арматуры. По этим сообра- жениям в муниципальных высотных жилых зданиях часто предусматривают сис- темы отопления с верхней разводкой.

Одинаковая протяженность циркуляционных колец существенно облегчает как проектирование, так и гидравлическую балансировку. Верхняя разводка га- рантирует удаление воздуха из системы. Настройки терморегуляторов, как пра- вило, имеют одинаковое значение. Снижается эффект от изменения сопротив- ления отдельных циркуляционных колец (отопительный прибор). Так, для рассмотренного выше примера только при верхней разводке увеличение расхода через средний отопительный прибор составит всего 120 %, а в остальных — сни- зится на 20—30 %. Балансировочные клапаны в данном случае также размещают в нижней части стояков. При таком расположении клапанов необходимо про- длить подающий стояк для возможности подключения импульсной трубки к ба- лансировочному клапану (максимальная длина трубки — 5м). Также на данном участке после запорного клапана размещают сливной кран для дренажа и удале- ния грязи из системы. Но и у такой конструкции двухтрубной системы отопле- ния есть определенные недостатки. Необходимо предусмотреть дополнительные помещения для размещения как подающей, так и обратной магистрали — раз- личные диаметры стояков, проходящие через квартиры, не украшают интерьер.

Одним из общих недостатков стояковых систем отопления является тот факт, что располагаемое давление для отопительных приборов каждого этажа различ- но из-за влияния гравитационного давления. Избежать данного влияния, даже при помощи автоматических регуляторов перепада давления на стояках, практи- чески невозможно.

Кроме того, применение таких систем существенно ограничивает возмож- ности организации учета теплопотребления каждым потребителем, который регламентируется постановлением Правительства Москвы № 77 «Об организа- ции учета потребления воды и тепловой энергии в жилых зданиях города и осу- ществление расчетов по показаниям приборов учета». При стояковых разводках единственным вариантом является применение счетчиков-распределителей тепла на каждом отопительном приборе. В принципе, такие схемы учета широко применяются в странах Западной и Восточной Европы, однако при этом невоз- можно воздействовать на неплательщика, а при заселении новых домов непо- нятно, на кого относить затраты на отопление незаселенных квартир. Избежать перечисленных недостатков позволяет только система отопления с поквартир- ной или поэтажной разводкой (рис. 3.3). Такие системы обладают целым рядом преимуществ по сравнению с системами с вертикальными стояками.

89

Узел подключения квартирных щитков Узел подключения квартирных ответвлений к транзитным стоякам отопления к стоякам В1 и ТЗ

Рис. 3.3. Схема этажного узла подключения поквартирных систем отопления и водоснабжения к вертикальным стоякам

Поквартирная система отопления запроектирована в венчающей части (9 этажей) многофункционального высотного жилого комплекса «Триумф- Палас», в высотном здании на Мосфильмовской улице (описание системы см. в главе 9).

3. Преимущества поквартирных систем отопления

Горизонтальные двухтрубные поквартирные системы отопления с разводкой в полу имеют ряд преимуществ перед системами отопления с вертикальными стояками. Применение поквартирной системы позволяет: ^•

• отключать только одну квартиру, например, в случае аварии или при необхо- димости ремонта или замены отопительных приборов;

• отрегулировать систему отопления одной квартиры независимо от других квартир;

• избежать проблем, возникающих из-за несанкционированного переустрой- ства систем отопления внутри квартир (замене 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.

90

Рис. 3.4. Пример узла внутриквартир- ного подключения отопления, горячего и холодного водоснабжения с фильтрами и водосчетчиками: 1 — водосчетчики с им- пульсным выходом; 2 — узел подключе- ния полотенцесушителя с краном на пе- ремычке; 3 — фильтр грубой очистки с обратной промывкой; 4 — фильтр тонкой очистки; 5 — гребенки системы отопле- ния; 6 — горячее водоснабжение; 7 — хо- лодное водоснабжение

Установка теплосчетчиков не относится к энергосберегающим мероприя- тиям, однако оплата фактически потребленной тепловой энергии является мощ- ным стимулом, заставляющим жителей проводить в квартире такие мероприятия и устанавливать наиболее экономичные параметры микроклимата. Например, при длительном отсутствии можно понизить температуру воздуха в помещениях до некоторого минимального значения посредством термостатов на отопитель- ных приборах. При существующем в настоящее время положении, когда стои- мость тепловой энергии входит в состав квартирной платы, владелец квартиры не заинтересован в экономии энергии; если в квартире очень жарко — будет от- крыта форточка, но никогда не будет закрыт термостат.

Применение поквартирных систем отопления по сравнению с вертикальными приводит к уменьшению протяженности магистральных труб, которые всегда имеют наибольший диаметр (наиболее дорогие), снижению потерь теплоты в не- обогреваемых помещениях (где проложены трубопроводы), упрощению поэтаж- ного и посекционного ввода здания в эксплуатацию. Стоимость устройства по- квартирной системы отопления сопоставима со стоимостью стандартных схем с вертикальными стояками, однако срок службы такой системы примерно в 2 раза выше за счет применения труб из термостойких полимерных материалов. Таким образом, использование данной схемы экономически целесообразнее (рис. 3.4).

4. Особенности применения труб из термостойких полимерных материалов

Нормативные документы декларируют применение в жилых зданиях поквар- тирных систем отопления. Трубопроводы систем отопления следует проектиро- вать из стальных, медных, латунных труб, термостойких труб из полимерных ма- териалов (в том числе металлополимерных), разрешенных к применению в строительстве. К системам отопления с трубами из полимерных материалов дейс- твующими нормами предъявляются следующие требования: ^•

• Системы поквартирного отопления в зданиях следует проектировать двух- трубными, предусматривая при этом установку приборов регулирования, контроля и учета расхода теплоты для каждой квартиры.

• В комплекте с пластмассовыми трубами следует применять соединительные детали и изделия, соответствующие применяемому типу труб.

91

• 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.

• Трубы из полимерных материалов, применяемые в системах отопления со- вместно с металлическими трубами или с приборами и оборудованием, в том числе в наружных системах теплоснабжения, имеющих ограничения по со- держанию растворенного кислорода в теплоносителе, должны иметь анти- диффузный слой.

В поквартирной системе отопления многофункционального высотного ком- плекса на Мосфильмовской улице использованы трубы из сшитого полиэтилена (РЕХ). Технология производства труб из сшитого полиэтилена начала распро- страняться около 30 лет назад. К настоящему времени только в Европе уже уста- новлено свыше 5 млрд м труб из РЕХ (все способы сшивки), на них приходится свыше 50 % общего объема рынка полимерных труб для сантехники и горячего водоснабжения. Основные преимущества применения труб из сшитого поли- этилена следующие:

• Однородность стенки и прочностные характеристики материала, позволяю- щие монтировать системы водоснабжения и отопления, включая централь- ное, в домах повышенной этажности с расчетным сроком службы не менее 50 лет, что допускает применение скрытой разводки и в свою очередь соот- ветствует современным эстетическим требованиям.

• Способность к воссозданию формы, «молекулярная память», позволяющие восстановить трубопровод после «надлома» (чрезмерного изгиба), а также эксплуатировать систему после размораживания.

• Надежность соединения трубы и фитинга.

• Разнообразие типов и большая номенклатура фитингов в сочетании с гибко- стью и большой длиной намотки бухт, позволяющие минимизировать коли- чество соединений и отходов труб.

• Ремонтопригодность системы: скрытая прокладка трубопровода в гофре (ка- нале), в соответствии с требованиями СНиП, позволит при необходимости произвести замену поврежденного участка трубы без вскрытия конструкции стены или пола.

• Гладкая внутренняя поверхность, не позволяющая твердым частицам «при- ставать» к стенкам, — трубы «не зарастают», сохраняя внутреннее сечение; коэффициент гидравлического сопротивления уменьшается по сравнению со стальными трубами на 25—30 %.

Можно отметить также, 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 высо- кой квалификации, как сварщики.

Существует три наиболее распространенных способа изготовления модифи- цированного полиэтилена: пероксидный (РЕХ-а), силановый (РЕХ-b), радиаци- онный (РЕХ-с).

Трубы из сшитого полиэтилена, использованные в системах отопления высот- ных зданий в Москве, представлены в табл. 3.2.

92

93

Рис. 3.5. Пример решений поквартирной системы отопления со смешанной разводкой

должно превышать 1,0 МПа. Теоретически такое предельное давление позволяет увеличить высоту зоны. Однако трубы из сшитого полиэтилена не рассчитаны на такое давление (например, трубы из РЕХ-а при температуре 90 °С рассчитаны на максимальное давление 8,6 атм). По этим соображениям и поквартирные систе- мы отопления зонируются по вертикали, высота зоны при этом, как правило, ограничивается 50—60 м. На объектах используются трубы из РЕХ-а и РЕХ-Ь. Причиной выбора РЕХ-а является гарантированная надежность и долговеч- ность: первые здания с такими трубами были построены еще в 1972 году, и таким образом можно говорить о том, что минимум 30-летний срок службы подтверж- ден опытом реальной эксплуатации. Ограничение применения РЕХ-труб заклю- чается в ограниченных сочетаниях рабочего давления и температуры. Допусти- мое давление в трубе зависит, в том числе от рабочей температуры и от диаметра трубы: например, производителем могут быть предложены трубы 18х2и 18x2,5 мм, и при одной и той же температуре первая труба рассчитана на давление 6 а гм, а вторая — на 10 атм.

После разработки проекта системы отопления инвестор может принять ре- шение об увеличении высоты здания на несколько этажей, в результате чего предельное гидростатическое давление может превысить допустимое. Напри- мер, трубы из РЕХ-а при 90 °С рассчитаны на 8,4 атм, что означает максималь- ную высоту системы 80 м (теоретически высоту системы можно было бы делать больше, поскольку арматура рассчитана на 10 атм, а отопительные приборы на 16—25 атм). Поэтому для надежности, во избежание превышения предельного гидростатического давления, лучше предусмотреть «лишнюю» зону в здании (рис. 3.5).

94

Не следует завышать и рабочую температуру. Если система отопления рас- считана на теплоноситель с температурой 95 °С, трубы из РЕХ применять нельзя, поскольку они рассчитаны максимум на 90 °С (эта же температура указана и в СНиП). Некоторые проектировщики тем не менее мотивируют возможность применения в этом случае РЕХ-трубы тем, что график теплоснаб- жения практически никогда не выдерживается, и данная температура (95 °С) никогда достигнута не будет. Однако это мнение является ошибочным, и завы- шения рабочей температуры ни в коем случае допускать нельзя. При примене- нии систем с трубами из сшитого полиэтилена можно рекомендовать придер- живаться температурного графика 90—70 °С, 90—65 °С, поскольку дальнейшее понижение температуры приведет к значительному росту поверхности нагре- вательных приборов, что не приветствуется инвесторами из-за роста стоимости систем.

Зарубежный опыт эксплуатации систем с трубами из сшитого полиэтилена может использоваться в нашей стране очень ограниченно. Это связано с разли- чием в температуре теплоносителя, подаваемого в здание от городских тепловых сетей. Например, в Голландии, Дании, Германии теплоноситель подается в зда- ния с температурой 70—75 °С. Состояние труб из сшитого полиэтилена внима- тельно контролируется, и накопленный опыт позволяет говорить о том, что и при монтаже и эксплуатации систем из РЕХ-труб в зданиях, подключенных к сетям через ДТП, проблем возникает значительно меньше, чем у систем с труба- ми из других материалов.

Еще одно преимущество труб из РЕХ — возможность замоноличивания в бе- тон (рис. 3.6). СНиП допускает замоноличивать в бетон неразрывные соедине- ния. Система натяжных фитингов РЕХ-труб относится как раз к неразрывным соединениям, в отличие от других систем: например, металлопластиковые трубы соединяются посредством накидных гаек, поэтому замоноличивание таких труб является нарушением СНиП.

Опыт применения металлопластиковых труб в системах отопления высот- ных зданий, например «Триумф-Палас», был признан неудачным. В процессе эксплуатации было установлено, что в результате старения разрушается клее- вой слой и внутренний слой такой трубы «схлопывается», вследствие чего ме- няется проходное сечение, и система отопления перестает нормально работать. Такое место очень сложно обнаружить, обычно в этом случае неисправность ищется в термостатах, насосах и т. п. Для обнаружения неисправности был

разработан специальный способ, при котором в линию ставился водомер, по показаниям которого и удавалось локализовать место «схлопывания».

Помимо «схлопывания», в системах отопления из металлопластиковых труб отмечались случаи потери герме- тичности накидных резьбовых соеди- нений из-за старения резиновых уп- лотнений.

Одно из значительных преиму- ществ труб из сшитого полиэтилена по сравнению со стальными — от- сутствие резьбовых соединений, что

Рис. 3.6. Подключение отопительных при- боров при периметральной разводке в полу

95

'Бриз*

380x83x1800

'Бриз'

380x83x1800

Рис. 3.7. Примеры решений поквартирной системы отопления с лучевой разводкой жилых зда- ний: А — здание по ул. Маршала Соколовского; Б — здание по просп. Вернадского, 90

96

значительно повышает надежность системы. Из-за отсутствия резьбовых со- единений значительно уменьшается число очагов механического напряже- ния, которые появляются в резьбовых соединениях при нагревании и остыва- нии системы. Известны случаи, когда при остановке на лето горячего водоснабжения трубы начинали рваться по резьбовым соединениям. В систе- мах с трубами из сшитого полиэтилена очаги механического напряжения рав- номерно распределяются по всей длине труб. Здесь играет роль и тот фактор, что данные трубы поставляются в виде бухт, и таким образом длина магистра- ли без соединений может достигать значительной величины (например, 200 м).

Система отопления или водоснабжения может быть построена только в том случае, если труба обеспечена необходимым ассортиментом фитингов. Не все производители предлагают полный ассортимент фитингов, что вынуждает заку- пать их на стороне. Это достаточно дорого, и, кроме того, фитинги одного про- изводителя могут не соответствовать трубам другого производителя, несмотря на то, что типоразмеры труб у всех производителей стандартизованы. Использова- ние фитингов и труб, не соответствующих друг другу, приводит к негерметично- сти соединений, в результате чего в процессе эксплуатации в системе отопления могут появиться протечки.

Срок службы РЕХ-труб зависит от температуры теплоносителя — чем ниже эта температура, тем больше срок службы трубы. Как уже отмечалось выше, пер- вые такие трубы начали использоваться более 30 лет назад и успешно эксплуати- руются в настоящее время. Производители указывают срок службы труб в зави- симости от температуры от 25 до 50 лет.

Внутренняя поверхность труб из сшитого полиэтилена всегда чистая, в отли- чие от стальных, там не накапливается ржавчина, окалина и т. д. Старение мате- риала 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, в стяжке пола, в пространстве под- шивного 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 (рис. 3.7).

5. Особенности применения труб из меди

Нормативные документы рекомендуют применение в системах отопления жилых зданий труб из различных материалов, в том числе из меди. Новые нормативные документы в области высотного строительства, например МГСН 4.19—2005, также рекомендуют для систем отопления металлические трубы (стальные с надежным антикоррозионным покрытием внутренней и наружной поверхностей, из нержавеющей стали, медные) при значениях тем- пературы теплоносителя до 95 °С. При значениях температуры теплоносителя менее 90 °С допускается, при согласовании с органами пожарной охраны, применение труб из полимерных материалов с кислородопроницаемостью не более 0,1 г/(м³ • сут), в случае если они применяются совместно с металличе- скими трубами (в том числе в наружных системах теплоснабжения) или с приборами и оборудованием, имеющими ограничения по содержанию в теп- лоносителе растворенного кислорода.

97

На практике при устройстве систем отопления предпочтение отдается ме- таллическим трубам. Это связано с тем, что для их применения не требуется согласования с органами пожарной ох- раны, а кислородонепроницаемость обеспечивается свойствами металла.

Применение медных трубопрово- дов в системах теплоснабжения и по- квартирного отопления во всем мире практикуется не один десяток лет, а в нашей стране началось с 1979 года из-за того, что медь была востребова- на прежде всего в военно-промыш- ленном комплексе и большой энер- гетике. Применение медных труб в системах отопления имеет следую- щие преимущества:

• значения давления теплоносителя на разрыв для медных труб многократно превышают значения рабочего давления;

• медные трубы и их соединения индифферентны к любым значениям темпе- ратуры теплоносителя или пара;

• медные трубы соединяются без использования гильз, а характер стыков со- единений таков, что значениями потерь давления на местное гидравлическое сопротивление в соединениях можно пренебречь;

• при соблюдении требований к содержанию кислорода в системах отопления на уровне 0,1 мг/дм³, срок службы медных трубопроводных систем в отопле- нии значительно превышает требования СНиП и составляет (по опыту экс- плуатации) от 80 до 100 лет;

• соединения, выполненные способом капиллярной пайки или прессованшк относятся к числу необслуживаемых, допускают замоноличивание и выдер- живают значения давления жидкости на разрыв, превышающие соответству- ющие значения для медных труб;

• из-за тонкостенности медных труб и малых значений шероховатости внут- ренней поверхности системы обладают малыми монтажными размерами: ти- пичное значение наружного диаметра трубопроводов при подводке к прибо- рам отопления 12 и 15 мм (рис. 3.8);

• все медные трубопроводы и соединительные части для них, производимые е зоне действия европейского стандарта EN 1057 и гармонизированного с ним: российского ГОСТ Р 52318—2005, т. е. в Европе, России, СНГ и большей час- ти Азии, включая КНР, соответствующих типоразмеров взаимосовместимы и: взаимозаменяемы;

• ассортимент типоразмеров медных труб от 6 до 267 мм;

• медные трубы обеспечивают устойчивость систем отопления до 1—3 циклое аварийного замораживания. В случае нарушения герметичности при аварий- ном замораживании частота и характер разрывов таковы, что специалист не- высокой квалификации с минимальным набором инструментов может опе- ративно восстановить герметичность системы.

Рис. 3.8. Окрашенные медные трубы при под- водке к отопительным приборам. Типичный на- ружный диаметр 12—15 мм

98

В качестве примера зданий, в системах отопления которых использовались медные трубопроводы можно назвать мэрию Москвы, бизнес-центр «Миллени- ум Хаус», комплекс жилых зданий в государственной резиденции «Русь» в Зави- дове, Тверской области, объекты коммерческой недвижимости, жилые здания в г. Норильске Красноярского края. Одна из самых больших систем напольного отопления с применением медных труб устроена в новом здании железнодорож- ного вокзала г. Минск.

Системы поквартирного отопления с использованием медных труб проекти- руют как по одно-, так и подвухтрубной схемам с любыми, допускаемыми нор- мативами, схемами подключения. Проектирование и монтаж осуществляются по общим правилам согласно действующим СНиП 41—01—2003 и СП 40—108— 2004. При этом следует помнить о некоторых, свойственных именно медным трубопроводам особенностям. Так, скорость теплоносителя в трубах систем по- квартирного отопления из меди рекомендуется принимать на уровне 0,3—0,5 м/с, хотя допускаются и иные значения.

Как указывалось выше, для медных труб не существует практических ограниче- ний по значениям температуры и давления в диапазоне наиболее востребованных типоразмеров — от 6 до 108 мм. Для тонкостенных труб большого диаметра (133, 159, 219 и 267 мм) при возможных значения давления теплоносителя свыше 10 атм следует свериться с рекомендациями производителя в части выбора значения тол- щины стенки. При проектировании с использованием основного ассортимента ти- поразмеров (от 6 до 108 мм) следует выбирать трубы с наименьшей толщиной стенки (например — 10x0,7; 42x1,2 мм). При выборе фитингов для прессового обжатия, а также при выборе крепежной арматуры, если она изготовлена из полимерных материалов, следует обратить внимание на то, что у разных производителей могут отличаться значения максимально допустимой температуры — от 95 до 120 °С.

Медные трубы подразделяются на мягкие, полутвердые и твердые. Мягкие лег- ко отличить по форме поставки — в бухтах. Их можно изгибать руками, а длина трубы в бухте может составлять до 50 м, что удобно при устройстве систем наполь- ного или панельного отопления, при подводке к приборам. Полутвердые и твердые трубы поставляются прямыми отрезками длиной, как правило, до 5 м. Их практич- нее изгибать при помощи трубогибов или посредством местного отжига (придания свойства мягкости) в зоне изгиба. Такие трубы сохраняют прямолинейность и наи- более пригодны при открытой прокладке и в качестве стояков. Обилие способов соединения медных трубопроводов позволяет в каждом конкретном случае выбрать наиболее соответствующий условиям монтажа и специфике работ (табл. 3.4).

Отопительные приборы подключаются к медным системам при помощи пере- ходных фитингов (латунных или бронзовых), которые с одной стороны имеют по- садочный раструб или конец для присоединения посредством капиллярной пайки, прессования или компрессионного обжатия, а с другой стороны имеют резьбу.

В качестве общего правила не рекомендуется включение в контур отопления приборов из алюминия первого поколения (со слабой защитой от коррозии) при наличии ненормативных уровней кислорода в теплоносителе. Большинство со- временных алюминиевых отопительных приборов с повышенной стойкостью к коррозии могут применяться в контурах систем отопления, выполненных из медных труб, без ограничений. Следует избегать пополнения теплоносителя кислородом, в том числе необоснованного опорожнения системы в летний пе- риод. При подпитке теплоносителя можно применять составы гидразина или сульфита натрия согласно инструкции по их применению.

99

100

Рис. 3.9. Теплоизолиро- Рис. 3.10. Окрашенные медные трубы при открытой про-

ванные (система отопления) кладке и неизолированные (система водоснабжения) медные тру- бы в жилом здании

ного воздействия латуни, стали, чугуну, припою, меди, алюминию. Для обеспечения эстетического эффекта медные трубы покрывают лаками, красят (рис. 3.10).

Весь крепеж должен быть выполнении из меди, латуни, бронзы, нержавею- щей стали или пластиков. При использовании других материалов крепежа (сталь, железо, чугун, оцинкованные детали) следует применять изолирующие проклад- ки из диэлектрика, например резины.

Категорически запрещается использовать медные трубопроводы в качестве основного заземляющего (зануляющего) электрода здания во избежание пора- жения электрическим током и возможного появления токовой утечки. Заземле- ние следует организовывать строго в соответствии с требованиями ПУЭ (Прави- ла устройства электроустановок).

5. Типы систем поквартирного отопления

Разводка труб в системе отопления квартиры может выполняться в полу или в пространстве подшивного потолка. В комплексе «Триумф-Палас» используется, как правило, разводка труб в полу. Поскольку электрическая проводка и различ- ные слаботочные линии могут также располагаться в конструкции пола, необхо- димо выполнять разводку труб таким образом, чтобы максимально обезопасить систему от возможных пересечек.

Горизонтальные поквартирные системы отопления бывают лучевые (рис. 3.11), периметральные (рис. 3.12) и смешанные.

В муниципальных жилых зданиях площадь одной квартиры относительно невелика. С другой стороны, ограждающие конструкции современных зданий отличаются хорошей теплозащитой. Теплопотери квартир невелики. В связи с этим система отопления рассчитана на небольшую тепловую нагрузку, что поз- воляет использовать трубы малых диаметров. Например, при тепловой нагрузке До 7 кВт достаточно применять трубу диаметром 20 мм. В этом случае квартирная

101

Поэтажный коллектор Квартира

Поэтажный коллектор Квартира

разводка подключается непосредственно к вертикальному стояку в лестнично- лифтовом холле, без промежуточных шкафов, а внутри квартиры используется периметральная или смешанная разводка.

В жилых зданиях элитного класса квартиры, как правило, очень большие. Часто используется витражное остекление, устраиваются зимние сады. Несмотря на хорошую теплозащиту, теплопотери квартир достаточно велики. Из-за значи- тельной тепловой нагрузки в подобных квартирах не всегда удается применять даже трубы диаметром 25 мм. В связи с этим в жилых зданиях элитного класса на вводе в квартиру труб системы отопления устанавливается промежуточный распредели- тельный шкаф, в котором располагается запорная арматура, воздухоотводчики.

Питание квартирных шкафчиков предусматривается от распределительных коллекторов, установленных в выделенных местах лестнично-лифтового узла. Обычно это место оборудовано дверями, ключ от которых находится только у службы эксплуатации. В этом же месте, как правило, организуется подключение квартир к системам водоснабжения, а также устанавливаются тепло- и водосчет- чики. Современные модели теплосчетчиков позволяют подать на вход импульс с водосчетчиков, удешевив таким образом систему диспетчеризации. Даже если тепло- и водосчетчики не устанавливаются, предусматривается место для их раз- мещения, а также для прокладки информационной шины.

Внутри квартиры разводка систем отопления выполняется в полу, как правило, по лучевой схеме (рис. 3.13), хотя может использоваться и периметральная. Схемы

102

в целом равнозначны. Обе хорошо работают, но все же использование лучевой схе- мы более предпочтительно, особенно для квартир большой площади. Одно из пре- имуществ лучевой разводки — использование труб меньшего диаметра. Для боль- шой квартиры при периметральной системе отопления необходима труба диаметром 25 или 32 мм. В этом случае, во-первых, увеличивается подготовка пола. Во-вторых, при этом увеличивается стоимость необходимых материалов (тройник большого диаметра соизмерим по цене с самой трубой). В подобных слу- чаях выгоднее применять лучевую разводку, т. е. увеличивать число труб при одно- временном уменьшении их диаметра. При этом вместо шумопоглощающей ке- рамзитовой засыпки используются современные звукопоглощающие материалы небольшой толщины. Стяжка пола получается тоньше, что позволяет выиграть в высоте потолков и объеме квартир (в современных квартирах элитного класса это обстоятельство является достаточно значимым, поскольку влияет на коммерчес- кую стоимость квартиры). Система с лучевой разводкой проще в монтаже и очень удобна в эксплуатации. Система с лучевой разводкой позволяет:

• заменять отопительный прибор отдельного луча, не отключая остальные при- боры;

• не останавливать отопление всей квартиры при ремонте отопительного при- бора или в случае аварии. Следовательно, в зимнее время квартира высту- жаться не будет;

• не проделывать отверстия в несущих стенах;

• при перепланировке квартиры переносить стены и трассы отопления.

Если в процессе перепланировки или ремонта материал пола крепится по пе- риметру помещения, возможны повреждения труб периметральной разводки (такие случаи были отмечены в процессе эксплуатации здания, в котором приме- нялась поквартирная система отопления, выполненная по периметральной схеме из полипропиленовых труб). С другой стороны, если в квартире укладывается пар- кет, то используется фанерная подготовка, которая крепится большим числом гвоздей, забиваемых в стяжку. В этом случае лучевая схема более уязвима, чем пе- риметральная. Кроме этого, были отмечены случаи, когда в процессе ремонта при

снятых отопительных приборах строи- тельные растворы попадали в трубы, что приводило к их засорению и отклю- чению отопления всей квартиры. Места засоров в таких случаях достаточно сложно локализовать. При использова- нии лучевой разводки в таких случаях отключается только та ветвь, в которой произошел засор, при том что место за- сора обнаружить очень просто.

Вертикальные стояки системы отопления могут быть расположены внутри квартир. Однако, несмотря на то что стояки оборудуются балансо- выми парами и система отрегулирова-

на, в случае аварии попасть В квартиру Рис. 13. Подключение отопительных при-

ДЛЯ минимизации ущерба зачастую боров при лучевой разводке в полу

103

затруднительно. Исходя из этого вертикальные стояки систем отопления и го- рячего водоснабжения с необходимой запорной арматурой лучше располагать в лестнично-лифтовом холле, где к ним возможен доступ сотрудников службы эксплуатации.

Отопительные приборы требуют индивидуальных ручных или автоматических воздуховыпускных клапанов, которые также монтируются на распределителе.

5. Система горячего водоснабжения с горизонтальной поквартирной

разводкой

Система водоснабжения, как и система отопления, может быть организована с горизонтальной поквартирной разводкой. Данная схема успешно реализована, например, в высотных жилых комплексах «Воробьевы горы» и «Триумф-Палас».

В этом случае стояки системы водоснабжения проложены в лестнично-лиф- товом холле, откуда обеспечивается ввод в квартиру трубопроводов горячей и хо- лодной 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 ресур- сы ведется по показаниям счетчиков. Такое решение позволяет при необходимо- сти отсечь одного из потребителей, проверить давление, отрегулировать потреби- телей. Локализация поврежденного участка позволяет минимизировать ущерб от аварии, при этом водоснабжение соседних квартир не прекращается.

Во избежание перетока воды (из холодной магистрали в горячую), возникаю- щего в результате неправильной эксплуатации некоторых типов сантехнического оборудования, на вводах в квартиры систем горячего и холодного водоснабжения устанавливаются обратные клапаны. Предусматривается установка ограничи- тельных регуляторов давления на 4 бара.

Разводка до квартир и в квартире выполняется, как и для системы отопле- ния, из РЕХ-труб, размещенных, как правило, за подшивным потолком (или в полу). Поскольку разводка от отключающей до водоразборной арматуры вы- полняется без разрывов «одной трубой», данная схема отличается высокой на- дежностью, устойчивостью к протечкам. В свою очередь гладкая внутренняя поверхность трубы из сшитого полиэтилена позволяет избежать зарастания тру- бы даже в случае использования очень жесткой воды. Система водоснабжения также делится на зоны по высоте, и в описываемых системах стояки систем про- кладываются 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 неподвижны- ми опорами. Расчетная циркуляция выставляется при помощи регулирующей и балансировочной арматуры. Применение современных регуляторов позволяет использовать в ИТП одну группу теплообменников горячего водоснабжения для двух-трех зон.

5. Автоматические балансировочные клапаны в системах отопления

Современные системы отопления зданий предъявляют повышенные требо- вания к надежности и регулируемости, особенно в высотных и протяженных зда- ниях. В таких условиях обеспечение гидравлической устойчивости является ос- новной задачей как проектировщиков, так и службы эксплуатации. Системы

104

должны эффективно работать и быть управляемыми во всех режимах. Традици- онно такая управляемость достигается повышением сопротивления узлов ото- пительных приборов (радиатор и терморегулятор) и гидравлической увязкой циркуляционных колец. С этой целью на объектах применяются радиаторные терморегуляторы RTD-N с повышенным гидравлическим сопротивлением на об- вязке отопительных приборов, а на стояках или приборных ветвях системы — автоматические балансировочные клапаны серии ASV-P (PV и PV Plus) и ASV-M (I). Возникает вопрос: насколько оправдано применение автоматичес- ких балансировочных клапанов в двухтрубной системе отопления, ведь ручные балансировочные клапаны дешевле. Это не совсем так. Фактически при таком подходе не учитываются те затраты, которые необходимы для наладки и запуска двухтрубной системы отопления с ручными балансировочными клапанами. Наладка систем с ручными балансировочными клапанами, как правило, осущест- вляется по одному из трех наиболее распространенных методов: пропорциональ- ному, компенсационному или компьютерному (при помощи специализированного прибора PFM 3 000). Подробно здесь эти методы не рассматриваются, необходимо коснуться только подготовительного этапа, единого для всех методик.

Перед наладкой системы проводят следующие мероприятия: испытывают систему на герметичность, промывают и прочищают фильтры, удаляют воздух из системы, выводят в рабочий режим насос (100 % нагрузка). Все термостатиче- ские клапаны устанавливают в положение, соответствующее проектной настрой- ке (только так можно определить перегревы и недогревы помещений). Для этого колпачок термостатического клапана не должен упираться в шток. Колпачками защищают шток от грязи и поломок. Замена колпачков на термостатические элементы осуществляется только по окончании наладки. Проведение всех этих мероприятий возможно фактически только при наладке системы отопления но- вого незаселенного дома. После заселения, когда те или иные переделки суще- ственно изменяют гидравлику системы, проведение даже подготовительных ме- роприятий может быть существенно затруднено.

В среднем на наладку одного балансировочного клапана требуется 20 минут. Таким образом, в разветвленных системах отопления высотных зданий наладка только одной зоны может занять до 12 часов. В то же время при использовании первых двух методик (пропорциональной и компенсационной) необходимы два прибора PFM 3 000. Системы отопления с радиаторными терморегуляторами — это системы с переменными гидравлическими характеристиками, в них посто- янно меняются сопротивления циркуляционных колец. Рассчитанные исходя из 100 % нагрузки системы ручные балансировочные клапаны не способны реаги- ровать на изменение гидравлических параметров при снижении расходов. Это приводит к шуму на радиаторных терморегуляторах, отсутствию теплового ком- форта в помещениях, увеличению теплопотребления. Работа терморегуляторов может из плавного регулирования трансформироваться в двухпозиционное. Причиной этих проблем являются возникающие избыточные перепады давле- ний в отдельных кольцах и стояках системы, которые могут в большой степени отличаться от расчетных. Радиаторные терморегуляторы зачастую не рассчита- ны на избыточные перепады давлений. Кроме того, большое количество ступе- ней увязки системы отопления существенно влияет на ее регулируемость.

Клапаны ASV-P или ASV-PV, установленные на обратном трубопроводе, связываются через импульсную трубку с клапанами ASV-M, установленными на подаче, и образуют регулятор перепада давлений (прямого действия), или

105

совместно с клапаном ASV-I — регулятором перепада давлений с возможностью ограничения расхода.

Автоматические балансировочные клапаны разделяют систему отопления на несколько независимых подсистем. Подсистемами могут быть поэтажные, квар- тирные ветки или стояки. В подсистеме образуется свойственный только ей гид- равлический 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 автоматиче- ский балансировочный клапан к отопительным приборам, тем проще гидравли- ческая увязка системы. Отсутствие большого количества ручных балансировоч- ных клапанов снижает гидравлическое сопротивление системы, и экономит стоимость энергии на перекачивание теплоносителя и улучшает тепловой ком- форт в помещении. При наличии автоматических регуляторов перепада давления на неразветвленных ветках увязывание циркуляционных колец сводится к одно- ступенчатой процедуре. Количество циркуляционных колец в такой подсистеме равно количеству отопительных приборов.

При поквартирной разводке оптимальным решением является применение автоматических балансировочных клапанов ASV-P (PV) на обратном трубопро- воде и запорно-измерительных клапанов ASV-I — на подающем. Использование этой пары клапанов дает возможность не только компенсировать влияние грави- тационной составляющей, но и ограничивать расход на каждую квартиру в соот- ветствии с расчетными параметрами. Клапаны, как правило, подбираются по диаметру трубопроводов и настраиваются на поддержание перепада давлений на уровне 10 кПа. Такое значение настройки клапанов выбирается исходя из значе- ния требуемых потерь давления на радиаторных терморегуляторах для обеспече- ния их оптимальной работы.

Ограничение расхода на квартиру задается настройкой на клапанах ASV-I. Причем учитывается, что в этом случае потери давления на данных клапанах необ- ходимо включить в перепад давлений, поддерживаемый регулятором ASV-PV. Основываясь на вышеизложенном материале, можно сделать следующие выводы.

Горизонтальная поквартирная разводка двухтрубной системы отопления яв- ляется:

• наиболее защищенной от несанкционированных переделок;

• удобной с точки зрения эксплуатации;

• оптимальной для организации коммерческого учета потребления тепловой энергии.

Автоматические балансировочные клапаны:

• разделяют систему отопления на независимые подсистемы со стабилизиро- ванным перепадом давлений;

• устраняют влияние естественного давления до регулируемого участка;

• стабилизируют работу системы в течение длительного времени;

• обеспечивают оптимальные условия работы терморегуляторов;

• упрощают гидравлические расчеты системы отопления;

• не требуют дорогостоящей наладки системы;

• предотвращают шумообразование;

• позволяют постепенно запускать систему отопления.

106

1. Общие положения

1. Вентиляция и кондиционирование воздуха

К системам вентиляции и кондиционирования воздуха высотных зданий предъявляются более жесткие требования по сравнению с обычными зданиями. Это относится к выбору расчетных параметров наружного и внутреннего возду- ха, к надежности принятых схемных решений и применяемого оборудования и, конечно, к системам противодымной вентиляции (ПД и ВД).

В кондиционируемых помещениях следует принимать оптимальные расчет- ные параметры внутреннего воздуха. Учитывая особые условия эксплуатации высотных зданий и повышенные требования к комфорту, по согласованию с за- казчиком рекомендуется принимать температуру внутреннего воздуха в холод- ный период на 1—2 °С выше, а в теплый период на 1—2 °С ниже оптимальных значений.

Регулирование относительной влажности внутреннего воздуха в кондицио- нируемых помещениях в теплый период не предусматривается. В холодный пе- риод относительную влажность воздуха в кондиционируемых помещениях при- нимают в пределах 30—40 %.

Каждое высотное здание является уникальным сооружением, и при проекти- ровании систем вентиляции и кондиционирования воздуха необходимо выпол- нять технические и экономические расчеты для нескольких альтернативных ва- риантов с обоснованием принятого решения, причем для нижней зоны здания, которая определяется функциональными, архитектурными, конструктивными и технологическими требованиями, можно использовать имеющиеся норматив- ные данные и опыт проектирования обычных многофункциональных зданий.

В зарубежной и отечественной практике при проектировании высотных зда- ний применяются три варианта компоновки систем вентиляции и кондициони- рования воздуха:

• децентрализованная поэтажная компоновка, при которой системы располо- жены на обслуживаемом этаже и не имеют вертикальных каналов;

• централизованная компоновка с техническими этажами, на которых разме- щается вентиляционное оборудование, обслуживающее несколько рабочих этажей вверх или вниз от технического с вертикальными вентиляционными каналами;

• комбинированная компоновка, когда часть вентиляционного оборудования установлена на технических этажах и связана с рабочими помещениями вер- тикальными каналами, а часть оборудования размещается на рабочих этажах.

Преимущество и недостатки каждого варианта следует оценивать непосред- ственно для конкретного объекта. При этом необходимо учитывать: ^•

• капитальные и эксплуатационные затраты;

• сложность, стоимость и продолжительность монтажа систем вентиляции и кондиционирования воздуха;

107

• площадь, занимаемую оборудованием, каналами и шахтами;

• энергетические затраты систем в процессе эксплуатации;

• архитектурно-планировочные решения;

• надежность систем и возможность их ремонта;

• схемы размещения электрооборудования и движения лифтов;

• функциональное назначение обслуживаемых помещений.

При прочих равных условиях предпочтительной является поэтажная децент- рализованная компоновка, которая имеет следующие преимущества:

• меньшая суммарная площадь, занимаемая оборудованием и шахтами;

• более высокая обеспеченность, т. е. меньшие последствия при отказе уста- новки;

• меньшие эксплуатационные затраты, т. к. режим работы вентиляционных систем точно увязан с режимом эксплуатации обслуживаемых помещений;

• минимальная протяженность и сечения воздуховодов;

• простота обслуживания и ремонта малогабаритного оборудования.

При поэтажной компоновке, если площадь помещений, обслуживаемых цент- ральным кондиционером, менее 2 000 м², разрешается предусматривать один кондиционер и одну вытяжную общеобменную установку с одним вентилято- ром.

При компоновке с техническими этажами рекомендуется проектировать от- дельные центральные кондиционеры для каждого фасада здания. При этом сле- дует предусматривать не менее двух кондиционеров и вытяжных систем, обеспе- чивающих по 50 % требуемого воздухообмена, причем при подборе оборудования, особенно электродвигателей вентиляторов, необходимо учитывать увеличение расхода воздуха в работающей системе при отключении параллельной.

Допускается применение одного центрального кондиционера и одной вы- тяжной системы при техническом обосновании возможности замены вышедше- го из строя оборудования в течение 24 ч. Данное исключение не распространяет- ся на жилые здания.

При рассмотрении альтернативных вариантов особое внимание следует уде- лять выбору принципиальной схемы кондиционирования воздуха.

Сегодня наиболее часто применяются схемы с центральными кондиционера- ми, подающими санитарную норму наружного воздуха, и местными охладителя- ми-доводчиками, а в американской практике — так называемые VAV-системы — системы с переменным объемом приточного воздуха.

В качестве местных доводчиков могут быть использованы:

• фэнкойлы;

• эжекционные доводчики;

• пассивные и активированные охлаждаемые потолки;

• системы VRV с воздушным охлаждением наружных блоков;

• системы VRV с водяным охлаждением внешних блоков.

Для помещений, в которых требуется значительный объем наружного воздуха или в которых имеются местные отсосы, например: для ресторанов, столовых, тренажерных залов, фитнес-центров, конференц-залов и т. п. — наиболее целе-

108

сообразной является схема, когда расход наружного воздуха принимают из усло- вия ассимиляции теплоизбытков в холодный период. Такое решение позволяет отказаться от сухих охладителей, пластинчатых теплообменников и контура эти- ленгликоля.

В зарубежной практике довольно часто применяют фэнкойлы не только для охлаждения, но и для отопления помещений, однако большинство отечествен- ных специалистов считают целесообразным применять фэнкойлы только в соче- тании с центральной системой отопления, рассчитанной на поддержание темпе- ратуры внутреннего воздуха не ниже 12 °С, причем подключение фэнкойлов, работающих в режиме нагрева и охлаждения, следует выполнять только по четы- рехтрубной схеме.

В то же время опыт проектирования показывает, что применение фэнкойлов для отопления и охлаждения иногда является не просто целесообразным, а единственно возможным решением, например, для вестибюлей, холлов, атри- умов и других помещений с развитой поверхностью остекления, но при этом температуру подаваемого воздуха не следует принимать выше 45 °С.

В некоторых высотных зданиях в Европе в отдельные периоды года применя- ется естественная вентиляция, но необходимо отметить, что такие системы слу- жат для проветривания помещений при благоприятных параметрах наружного воздуха в переходный и теплый периоды только при использовании поперечного течения воздуха с применением специальных открываемых конструкций, управ- ление которыми осуществляется автоматически по показаниям датчиков, изме- ряющих скорость и направление ветра, интенсивность солнечной радиации, температуру наружного воздуха и объем дождевых осадков. Причем естествен- ную вентиляцию в этих зданиях рассматривают только как дополнение к систе- мам кондиционирования воздуха.

Для создания повышенных комфортных условий в помещениях без естест- венного проветривания в высотной части здания рекомендуется принимать ми- нимальный расход наружного воздуха в час не менее двукратного объема поме- щения.

Для офисов при нормируемой площади 12—15 м² на одно рабочее место ми- нимальный объем наружного воздуха на одного человека принимают 100 м³/ч.

Рециркуляция внутреннего воздуха допускается только в пределах одного об- служиваемого помещения, без сокращения нормы подачи наружного воздуха. Это требование относится и к обычным многофункциональным зданиям, одна- ко, к сожалению, оно часто не соблюдается в проектах, выполняемых зарубеж- ными фирмами.

Расход приточного воздуха в системах вентиляции и кондиционирования воздуха следует определять в соответствии с рекомендациями СНиП 41—01—2003 и других справочных материалов в зависимости от выбранной схемы системы кондиционирования воздуха для обслуживаемого помещения: центральная или Центральная с местными доводчиками-охладителями.

Для последних систем расход приточного воздуха надо обязательно проверять на ассимиляцию расчетных теплоизбытков в помещении в переходный и холод- ный периоды года при работающей системе отопления, рассчитанной на темпе- ратуру внутреннего воздуха 12 °С.

Если теплоизбытки в помещении могут быть ассимилированы за счет увеличе- ния производительности центрального кондиционера в 1,5—2 раза, то выбор схе- мы с охладителями-доводчиками и внешними источниками холода (чиллерами

109

и сухими охладителями) требует технико-экономического обоснования, особенно при поэтажной компоновке систем.

В высотных зданиях серьезной проблемой является размещение приемных устройств для наружного воздуха и для выброса удаляемого воздуха. В МГСН 4.19- 2005 записано, что эти устройства можно «размещать в одном уровне техничес- кого или обслуживаемого этажа, на одном фасаде с неоткрываемыми при экс- плуатации окнами на расстоянии между ними:

• не менее 10 м по горизонтали;

• не менее 6 м по вертикали при горизонтальном расстоянии менее Юм».

Совершенно очевидно, что последнее требование противоречит самому смыслу данного пункта, т. к. разнести по высоте воздухозаборные и выбросные решетки на 6 м «в одном уровне технического или обслуживаемого этажа» прос- то невозможно. Поэтому расстояние между решетками надо ограничивать толь- ко по горизонтали и принимать, как в обычных зданиях, — не менее 6 м.

Выбросы воздуха надо предусматривать под углом 45 °С вниз со скоростью в живом сечении решетки не менее 6 м/с.

Особое внимание следует уделять размещению выбросов из подземных авто- стоянок, санузлов, курительных, кухонь и других помещений, чтобы исключить попадание вредностей и запахов в воздухозаборные устройства. Вентиляторы вытяжных вентиляционных систем из указанных помещений необходимо рас- полагать как можно ближе к месту выброса для того, чтобы воздуховоды были только под разрежением.

Часто неразрешимые проблемы вызывает требование МГСН 4.19—2005 о том, что «места забора и выброса воздуха в стилобатной части следует предусматри- вать на высоте не ниже 10 м от земли», особенно если высота стилобатной части меньше 10 м и если учесть, что стилобатную часть можно рассматривать как обычное общественное здание. Поэтому в настоящее время, до корректировки МГСН 4.19—2005, указанные выше требования надо обсуждать с заказчиком и экспертами с целью возможных отступлений.

В высотных зданиях можно размещать в одном помещении при поэтажной компоновке или на одном техническом этаже без перегородок приточные или вы- тяжные вентиляционные системы, центральные кондиционеры, холодильное обо- рудование, насосы, теплообменники систем теплоснабжения и отопления, венти- ляторные градирни и другое оборудование за исключением систем ПД и ВД.

В указанных помещениях необходимо предусматривать усиленную гидро- изоляцию с уклоном от наружных и внутренних ограждающих конструкций с устройством лотков и трапов, а также улучшенную звукоизоляцию стен, пере- крытия и пола и защиту от вибрации.

В совмещенных помещениях вентиляционных камер следует предусматри- вать приточно-вытяжную вентиляцию в объеме не менее однократного воздухо- обмена без дисбаланса.

Для подачи и удаления воздуха из вентиляционных камер можно использо- вать установленное в них оборудование или отдельные системы.

Все вышеизложенное можно отнести и к проектированию высотных жилых зданий и комплексов, однако следует иметь в виду, что указанные здания имеют свои особенности, связанные в основном с проблемами эксплуатации и повы- шенными требованиями к уровню шума в жилых квартирах.

110

Целесообразно оборудовать высотные жилые здания системами приточ- но-вытяжной вентиляции с механическим побуждением. Допускается при обосновании замена централизованной подачи приточного воздуха на де- централизованную (приточные клапана, устройства щелевого проветрива- ния и пр.).

Исходя из повышенных требований к уровню шума в жилых помещениях ре- комендуется расположение приточных вентиляционных камер, тепловых пунк- тов, повысительных насосных станций систем водоснабжения, станций холо- доснабжения на нижних уровнях этих зданий. При нижнем расположении приточных установок, обслуживающих разные пожарные отсеки по высоте зда- ния, допускается их расположение в одной вентиляционной камере с одним об- щим воздухозабором при условии установки огнезадерживающих клапанов и включения этого пункта в технические условия на противопожарную защиту, согласовываемые в установленном порядке.

Целесообразно также решать вопросы размещения вытяжных вентиляцион- ных камер встраиваемых помещений, подземных гаражей-стоянок вне рекомен- дуемого МГСН 4.19—2005 верхнего технического этажа жилого дома, поскольку эти вентиляционные камеры оторваны от обслуживаемых ими помещений, как правило относящихся к другому пожарному отсеку.

Вытяжные вентиляторы, обслуживающие разные пожарные отсеки по высоте здания, допускается располагать в общей вентиляционной камере, как правило, на верхнем техническом этаже здания при условии установки огнезадерживаю- щих клапанов. При расположении вентиляционных камер смежно с жилыми помещениями комплекс мероприятий по звукоизоляции не должен превышать нормативные уровни шума в ночное время.

Системы приточной и вытяжной вентиляции, обслуживающие жилые поме- щения высотных жилых зданий, работают в круглосуточном режиме, поэтому необходимо предусматривать резервирование указанных систем. По согласова- нию с заказчиком возможно иметь резервный электродвигатель в вентилятор- ном отсеке установок.

Воздухообмен в жилых квартирах следует определять расчетом исходя из нор- мы подачи наружного воздуха не менее 30 м³/ч на человека. При отсутствии дан- ных о количестве проживающих допускается определять воздухообмен по балан- су вытяжки из кухонь и санузлов, но не менее 0,3—0,5 1/ч в зависимости от размера квартир и уровня элитности здания.

2. Холодоснабжение

Для охлаждения приточного и внутреннего воздуха в теплый период года сле- дует использовать только искусственные источники холода, в качестве которых могут быть парокомпрессионные холодильные машины с воздушным и водяным охлаждением конденсаторов или наружные блоки VRV также с воздушным или водяным охлаждением.

Если для энергоснабжения высотного здания применяются собственные теп- логазогенераторы, то в качестве источника холода целесообразно использовать бромисто-литиевые абсорбционные машины.

В холодный период года для охлаждения внутреннего воздуха следует макси- мально использовать холод наружного воздуха. С этой целью рекомендуется применять сухие охладители с раствором этиленгликоля в качестве промежуточ- ного хладагента.

111

Часто из-за конструктивных особенностей высотных зданий установка сухих охладителей оказывается невозможной. В этом случае в качестве источников хо- лода для местных охладителей-доводчиков надо использовать чиллеры и наруж- ные блоки VRV, обеспечив условия для их бесперебойной работы при низких отрицательных температурах наружного воздуха.

При использовании сухих охладителей в интервале температур наружного воз- духа от +4 до —5 °С требуется дополнительное охлаждение хладоносителя, поэто- му надо применять схемы обвязки и регулирования, исключающие скачкообраз- ные переходы с режима искусственного охлаждения к естественному и наоборот.

Выбор принципиальных схем холодоснабжения и холодильного оборудова- ния, а также компоновочных решений по его размещению необходимо выпол- нять на основании вариантного проектирования с технико-экономическим сравнением централизованного и децентрализованных холодильных центров, холодильных машин и систем VRV с воздушным и водяным охлаждением, т. к. каждый из указанных вариантов имеет свои преимущества и недостатки, ко- торые могут стать определяющими для конкретного здания.

Хладоновые холодильные машины и наружные блоки VRV можно размещать в подземной части здания и на обслуживаемых и технических этажах высотной части здания.

При подборе и размещении холодильного и вспомогательного оборудования, насосов, арматуры и других элементов необходимо учитывать величину гидрав- лического давления в контуре холодоснабжения. Рабочее давление оборудова- ния и других элементов должно быть больше расчетного не менее чем на 1 бар.

Рекомендуется предусматривать отдельные холодильные машины для холо- доснабжения центральных кондиционеров и фэнкойлов, которые работают в холодный и теплый периоды.

В качестве холодоносителя для центральных кондиционеров может приме- няться вода, раствор этиленгликоля или пропиленгликоля, а при использовании воздухоохладителей прямого охлаждения — фреон.

В качестве холодоносителя для местных доводчиков могут применяться толь- ко вода и фреон. В последнем случае необходимо выполнять поверочный расчет концентрации фреона при его полной утечке из замкнутого контура в обслужи- ваемом помещении наименьшего объема.

Все применяемые в здании парокомпрессионные холодильные машины должны быть с плавным или многоступенчатым регулированием холодопроиз- водительности.

Конденсаторы холодильных машин и систем VRV могут быть с воздушным или водяным охлаждением, причем для холодильных машин можно использо- вать раствор этиленгликоля.

Для охлаждения оборотной воды или раствора этиленгликоля следует исполь- зовать вентиляторные градирни открытого и закрытого типа или сухие охладите- ли. При температуре наружного воздуха 8—10 °С для предупреждения парения градирни должны работать только в «сухом» режиме, т. е. без непосредственного контакта распыливаемой воды с наружным воздухом.

Конденсаторные блоки холодильных машин с воздушным охлаждением и вентиляторные градирни являются мощными источниками тепловых потоков, кроме того, в выбросах градирен могут содержаться опасные микроорганизмы, включая легионеллу, поэтому при размещении холодильных машин необходимо по возможности ограничить, а при размещении градирен полностью исключить

112

попадание удаляемого воздуха к воздухозаборным решеткам центральных кон- диционеров и приточных вентиляционных систем.

2. Особенности проектирования систем вентиляции

и кондиционирования воздуха высотных жилых зданий

В жилой и общественной частях высотных многофункциональных жилых комплексов обычно применяется механическая приточно-вытяжная вентиля- ция. Системы кондиционирования воздуха используются и в жилой, и в обще- ственной 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). Опыт использования центральных систем кондиционирования воздуха в высотных жилых зданиях отсутствует.

1. Системы вентиляции

В муниципальной части высотных жилых зданий вытяжная вентиляция квар- тир часто организована следующим образом: в зимнее время, когда при большой разности температур между наружным и внутренним воздухом в системе венти- ляции образуется сильная тяга, используется естественная вытяжка, а в летнее время, когда она не может гарантированно обеспечить требуемый воздухообмен, для побуждения движения воздуха используется вытяжной вентилятор с клапа- нами, который устанавливается на обводном канале и включается вручную спе- циалистами службы эксплуатации.

Для правильной работы системы вентиляции вытяжка, естественная или ме- ханическая, компенсируется притоком. Если используется приточная механи- ческая вентиляция, никаких проблем не возникает. В случае естественного при- тока использование герметичных окон нарушает работу системы вентиляции. Самым простым способом организации притока в этом случае является установ- ка приточных клапанов на окна или в наружную стену. Могут использоваться и другие решения. Например, в отдельных квартирах для обеспечения притока можно устанавливать небольшие канальные приточные установки с электрока- лориферами мощностью 3—6 кВт, однако такое решение возможно лишь в том случае, если данная электрическая мощность может быть предоставлена.

Помимо прямоточных установок, использовались также варианты с рекупе- ратором (с утилизацией теплоты удаляемого воздуха для подогрева приточного), а также со встроенным воздухоохладителем. Однако в этом случае возникает вопрос правильной эксплуатации оборудования, его периодического обслужи- вания, замены фильтров и т. д. Сама установка достаточно дорогая, и электри- ческая энергия, потребляемая ею, оплачивается владельцем квартиры по показа- ниям электросчетчика. Капитальные и эксплуатационные затраты достаточно велики, поэтому в муниципальной части здания для компенсации вытяжки вы- годнее использовать относительно недорогие приточные клапаны.

Использование приточно-вытяжной механической вентиляции незначитель- но влияет на себестоимость квартир — по расчетам, примерно 5 долл. США/м², но при этом может быть подан требуемый расход воздуха независимо от наруж- ных погодных условий. При экономическом обосновании применения на объек- те механической централизованной приточно-вытяжной вентиляции следует иметь в виду, что при использовании естественного притока через открываемые

113

Рис. 4.1. Вытяжные крышные вентиляторы и дефлекторы на кровле здания в Тепличном пер.

окна подогрев приточного воздуха осуществляется за счет системы отопления. Поэтому при проектировании системы отопления необходимо учесть это об- стоятельство и соответственно увеличить поверхность отопительных приборов, т. е. установить, например, дополнительные секции. При использовании цент- рализованной механической приточно-вытяжной вентиляции, когда подогрев наружного воздуха осуществляется в приточной установке, необходимость в этих дополнительных секциях отпадает.

Вытяжная вентиляция может быть решена различными способами. Например, в случае естественной вытяжки вытяжная шахта пропускается транзитом через чер- дак. В этом случае увеличивается высота шахты и, следовательно, повышается эф- фективность естественной вентиляции. В случае использования механической вы- тяжки может быть установлен шумоглушитель и тихоходный крышный вентилятор на каждую вытяжную шахту, либо воздух из всех вытяжных шахт секции собирается на теплом чердаке и удаляется одним вентилятором. Крышные вентиляторы (рис. 4.1) отличаются относительно небольшим энергопотреблением. В данном случае устройство теплого чердака удобно тем, что в нем можно расположить шу- моглушители, поскольку на кровле, над жилым этажом, это сделать достаточно сложно. В этом случае шумоглушители убирают в вытяжные шахты.

Случай, показывающий высокую герметичность современных квартир и свя- занную с этим необходимость организации какого-либо притока, произошел в жилом здании по ул. Бирюзова, 32. После сдачи здания в эксплуатацию и частич- ного заселения был произведен пуск системы механической вытяжной вентиля- ции. Однако двумя месяцами ранее владелец одной из квартир по каким-то со- ображениям, несмотря на возражения службы эксплуатации, отключил приточную вентиляцию в квартире (просто заглушил приток). При включении вытяжной вентиляции даже небольшое разрежение привело к тому, что усилии человека не хватало для открытия входной двери. Владелец квартиры ошибочно

114

решил, что дверь заклинило, были вызваны спасатели, и только вмешательство службы эксплуатации позволило установить истинную причину. Дверь удалось открыть после отключения механической вытяжки.

Как пример интересен еще один случай, который произошел в здании, где была запроектирована естественная вытяжная вентиляция. Приток не обеспе- чивался из-за высокой герметичности окон. В каждой квартире располагалось три вентиляционных стояка — на кухне, в туалете и большой в ванной комнате. Кухонный и туалетный вентиляционные стояки проходят в одной шахте парал- лельными каналами, стояк ванной комнаты — в другом месте квартиры. Макси- мальную температуру имеет вытяжной воздух, удаляемый через кухонный стояк (из-за больших бытовых тепловыделений), минимальная температуры — вытяж- ной воздух, удаляемый через стояк ванной комнаты. В зимнее время при темпе- ратурах наружного воздуха ниже —12 °С вытяжка через вентиляционный стояк кухни при герметичных ограждающих конструкциях приводила к «опрокидыва- нию» вентиляции в вентиляционном стояке ванной комнаты, и в ванную комна- ту через этот вентиляционный стояк начиналось поступление наружного воздуха с низкой температурой, например —15...—20 °С.

В связи с вышеизложенным рекомендуется включить в соответствующие норма- тивные документы требования об обязательном обеспечении возможности притока. Посредством использования механической приточной вентиляции, использования приточных клапанов в окнах или каким-либо другим способом, но подобные реше- ния должны обязательно иметь место. В противном случае никакой воздухообмен не может быть обеспечен, а систему вентиляции невозможно наладить.

В высотных комплексах из-за недостатка места, как правило, применяют схе- му вытяжных воздуховодов со спутниками, подключаемыми к сборному коробу под потолком вышерасположенного этажа.

Вытяжные воздуховоды выполняются из тонколистовой оцинкованной ста- ли, прокладываются скрыто в выгороженных шахтах квартир. В процессе монта- жа инженерных коммуникаций вентиляционные спутники вытяжной вентиля- ции выводятся за пределы вентиляционной шахты на 50 мм, поскольку все квартиры имеют индивидуальную планировку, и владелец квартиры в зависи- мости от собственных потребностей может разместить вытяжные решетки в нужном месте. Квартирные механические вытяжные устройства запрещены во избежание разбалансировки налаженных систем вентиляции.

В высотных комплексах из-за высокой стоимости квадратного метра каждая вентиляционная шахта в лестнично-лифтовом узле при механическом притоке используется дважды. Если кончается приток в зону, выше в этой же шахте рас- полагается вытяжка из этой же зоны (с переставкой на техническом этаже). При механической приточной вентиляции приточный вертикальный воздуховод прокладывается в выгороженной шахте лестнично-лифтового узла. Горизонталь- ные поэтажные воздуховоды подключаются к вертикальному воздуховоду через огнезадерживающий клапан и разводятся в каждую квартиру под потолком лиф- тового холла каждого этажа (рис. 4.2). Ввод в квартиру организован над входной Дверью. Каждый индивидуальный воздуховод оборудуется шумоглушителем, а для обеспечения противопожарной защиты — огнезадерживающим клапаном, связанным с системой противопожарной автоматики.

Внутри квартиры разводка воздуховодов выполняется самим владельцем квартиры по индивидуальному проекту, согласованному со службой эксплуата- ции. Например, приточный воздух, подаваемый в помещения, может быть

115

предварительно охлажден посред- ством канальных кондиционеров. Преимуществом такой схемы является ее удобство с точки зрения службы эксплуатации. Кроме этого, такая схе- ма выгодна экономически, поскольку вертикальные приточные каналы не занимают площадь квартир.

Для жилых помещений приняты следующие нормы расхода вытяжного воздуха: ванная комната — 50 м³/ч, гостевой санузел — 25 м³/ч, кухня — 90 м³/ч, что превышает требования нормативных документов. Дополни- тельно учитывается расход воздуха из кладовых, гладильных и прочих под- собных помещений. Таким образом,

расчетная вытяжка для квартиры с двумя ванными комнатами и одним гостевым санузлом составляет порядка 210—240 м³/ч. Приток принимается равным вы- тяжке, поскольку при использовании герметичных окон и входных дверей необ- ходимости в превышении притока над вытяжкой не возникает.

В рассматриваемых комплексах обеспечена отдельная вентиляция мусоро- сборной камеры. В высотных зданиях эта камера полностью герметична, а ствол мусоропровода оборудован мойкой, поэтому вытяжка через данный ствол прак- тически отсутствует, особенно летом в жаркие дни, когда велик риск возникно- вения неприятных запахов и распространения их по зданию. Поэтому на всех объектах мусоросборная камера оборудуется отдельной вытяжной вентиляцией.

Специальное решение по вентиляции применено для машинных отделений лифтов. Лифты рассматриваемых комплексов управляются специальными конт- роллерами, установленными в машинном отделении. Данные контроллеры очень чувствительны к повышению температуры: лифты автоматически отклю- чаются, если температура воздуха в помещении превышает 45 °С. Для обеспече- ния требуемой температуры можно поставить сплит-системы или приточно- вытяжную вентиляцию машинных отделений, однако было найдено более простое решение. В машинные отделения лифтов по сигналам от датчиков температуры направляется часть вытяжного воздуха из жилых помещений. Этот воздух имеет постоянную круглогодичную температуру 22—25 °С, и поэтому эффективно его использование для вентиляции машинных отделений.

На воздухозаборных устройствах систем подпора воздуха необходима обяза- тельная установка утепленных клапанов. Подпор воздуха в лифтовую шахту в случае пожара осуществляется сверху вниз, и, если нет клапана, в зимнее время происходит стекание холодного воздуха в эту шахту. В этом случае, помимо не- удобств для жильцов (в кабине лифта температура понижается примерно Д° 7 °С), возможна остановка лифтов, поскольку по сигналам датчиков температу- ры срабатывает защитная автоматика.

2. Сравнение местных и центральных систем кондиционирования воздуха

Как отмечалось выше, для климатизации квартир могут быть использова- ны либо местные, либо центральные системы кондиционирования воздуха-

Рис. 4.2. Разводка приточных воздуховодов в квартиры под потолком лестнично-лифтовых холлов

116

В первом случае в специально отведенных местах на фасаде здания устанавлива- ются наружные блоки, от которых к одному или нескольким внутренним блокам подводятся фреоновые магистрали (рис. 4.3). В случае использования централь- ное систем холодильные машины устанавливаются в большинстве случаев в нижней части здания или на кровле, а в квартиры подается охлажденная вода.

В процессе проектирования часто возникает вопрос: что выгоднее использо- вать для охлаждения квартир — местные мультизональные системы или цент- ральные системы с чиллерами и фэнкойлами? Однозначного ответа не суще- ствует. Решение о целесообразности того или иного варианта принимается после изучения каждого конкретного проекта.

При выборе вариантов системы охлаждения жилой зоны (местной или цент- ральной) учитываются не только технические аспекты, но и экономические со- ображения. В частности при установке местной системы кондиционирования воздуха все затраты на проектирование, монтаж и эксплуатацию оборудования относятся 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 воз- вращает вложенные средства, увеличивая стоимость квартир. Потенциальные покупатели в данном случае согласны оплачивать дополнительные услуги, по- вышающие потребительские качества здания и увеличивающие коммерческую привлекательность жилья. Но для оборудования здания центральной системой кондиционирования необходимы значительные капитальные вложения. Инвес- тор же зачастую стремится к удешевлению проекта, что приводит к отказу от центральной системы кондиционирования в пользу местных систем.

При интенсивной эксплуатации сплит-систем владелец квартиры через не- сколько лет может столкнуться с необходимостью замены оборудования, в част- ности ресурс компрессоров может оказаться выработанным за 4—5 лет интен-

сивной эксплуатации. При этом может оказаться, что данная модель уже сня- та с производства (в настоящее время модельный ряд обновляется каждые 2—3 года), что приведет к необходи- мости вписывать новое оборудование в интерьер, заново подводить фреоно- вые магистрали и т. д. При использова- нии в здании центральной системы кондиционирования воздуха в каждой квартире устанавливается внутренний блок, например фэнкойл, к которому подводится охлажденная вода от ис- точника холодоснабжения и от кото- рого в канализацию отводится через гидрозатвор конденсат. Обвязка —

Двухходовой (при установке счетчиков Улета потребленной воды) либо трех-

ходовой клапан. Срок службы такого _{Рцс 4J С]фытое размещение наружнь]х}

орудования достаточно велик, И его блоков в специально отведенных местах на на- экегшуатация не вызывает у жильцов ружных балконах

117

никаких трудностей. При монтаже сплит-систем требуется прокладка фреоно- вых магистралей, которая более трудоемка, чем монтаж магистралей для охлаж- денной воды, поскольку используются паяные соединения. Несмотря на то что эксплуатация сплит-систем осуществляется владельцем квартиры, зачастую службе эксплуатации здания все равно приходится обслуживать и эти систе- мы, — как правило, ликвидировать нештатные ситуации.

Обслуживание центральных систем кондиционирования осуществляется службой эксплуатации, но в большинстве случаев оно сводится к своевременно- му проведению текущих регламентных работ. Нештатные ситуации возникают относительно редко. Кроме того, существует четкое разделение обязанностей, и, например, эксплуатация магистралей (трубопроводов) центральной системы кондиционирования воздуха осуществляется не инженерами по отоплению, вентиляции и кондиционированию воздуха, а инженерами-сантехниками.

Проблемы взаиморасчетов возникают при монтаже мультизональных сплит- систем, обслуживающих несколько квартир, например, в пределах одного этажа. В этом случае возникает вопрос: кто должен оплачивать потребленную энергию (энергию, потребляемую смонтированной в пределах одной квартиры системой, оплачивает владелец данной квартиры). Равномерное распределение расходов между всеми владельцами квартир, обслуживаемых одной мультизональной сис- темой, вызывает нарекания жильцов, поскольку в период эксплуатации обору- дования кто-то мог отсутствовать и не пользоваться системой, в то время как другие пользовались этой услугой в полном объеме.

При наличии центральной системы расходы на ее эксплуатацию (как и расхо- ды на механическую вентиляцию), как отмечалось выше, жильцами специально не оплачиваются, они входят в стоимость технического обслуживания, причем равномерно распределяются в течение всего года. Такая форма взаиморасчетов никогда не вызывает вопросов и нареканий у жильцов.

Высотные жилые здания сдаются с законченной отделкой межквартирных холлов. Эта отделка может быть очень дорогой: здесь применяются и венециан- ская штукатурка, и лепнина, и натяжные потолки и т. д. Трассы сплит-систем раз- водят через пространство межквартирного холла. Если холл имеет не более одно- го поворота, в запотолочном пространстве устанавливаются закладные трубы из полиэтилена, в которых возможна прокладка трасс. Если для прокладки трассы необходимо сделать хотя бы два-три поворота, вариант с закладными трубами не- возможно реализовать, и в этом случае для прокладки трасс необходимо сначала разобрать, а затем снова смонтировать отделку межквартирного холла. В этом случае стоимость монтажа системы многократно возрастает. В то же время сда- вать здания без отделки невозможно: в зданиях такого класса процесс отделки квартиры зачастую растягивается на несколько лет, и в то время, как часть квар- тир давно заселена, в других может идти монтаж климатического оборудования.

Места для размещения наружных блоков систем выбирают совместно проек-

IA

тировщик и архитектор. Хаотичное размещение этих устройств портит внешний облик здания, особенно в случае установки разными фирмами наружных блоков разных моделей. Кроме этого, наружные стены здания зачастую выполняются из пустотного щелевого кирпича. Известны случаи, когда крепление наружных бло- ков не выдерживало знакопеременной ветровой нагрузки, поскольку анкерные болты сложно надежно зафиксировать в пустотном кирпиче. В таких случаях не- обходимо использовать специальный узел крепления со сквозными анкерами с утапливанием во внутреннюю стену с теплоизоляцией, что, разумеется, приводит

118

к удорожанию проекта. Сложности возникают и в случае необходимости разме- щения наружных блоков на вентилируемом фасаде. Решением этих проблем яв- ляется размещение наружных блоков в специально выделенных нишах на балко- нах квартир или незадымляемых лестничных клетках. Согласно требованиям нормативных документов, запрещается устанавливать квартирное оборудование в местах общего пользования. То есть наружные блоки сплит-систем не могут раз- мещаться на лестничных маршах, а тем более — на фасаде здания.

Некоторую проблему представляет отведение конденсата от наружных блоков сплит-систем. Конденсат из внутренних блоков отводится обязательно в систему канализации через гидрозатвор, категорически запрещен его выброс на фасад. Однако если сплит-система работает в режиме теплового насоса (не на охлажде- ние, а на подогрев воздуха в помещении при температуре наружного воздуха — 8...+5 °С), то конденсат образуется не на внутренних, а на наружных блоках. Этот конденсат стекает вниз на стилобатную часть здания, что может привести к обле- денению фасадов. В связи с этим наружные блоки сплит-систем размещены в ни- шах пожарных балконов, на которых предусмотрено водоотведение — ливневые стояки. На зимний период необходимо оборудовать такие ливнестоки греющим кабелем. Отдельный безнапорный выпуск в водосток выводится на теплый тех- нический этаж, что позволит для предотвращения обледенения обогревать толь- ко наружный вертикальный ливнесток. Затраты энергии при этом невелики, достаточно одного греющего кабеля. Этот кабель не обязательно располагать в трубе спиралью, достаточно проложить его вдоль трубы. Даже если ливнесток полностью зарастет льдом, будет обеспечен сток воды вдоль греющего кабеля.

При установке сплит-систем или мультизональных сплит-систем возникают споры между жильцами. Например, для обеспечения микроклимата в квартире необходима установка мультизональной системы с одним наружным блоком, и такой блок можно подобрать из числа представленных на рынке и выделить для его установки место на пожарном балконе. Однако зачастую владелец квартиры по каким-то собственным соображениям желает установить вместо одной муль- тизональной системы несколько сплит-систем (для обоснования этого часто приводится аргумент, что в случае выхода из строя единственного наружного блока вся квартира останется без охлаждения). Количество наружных блоков увеличивается, и для их установки используется место, отведенное владельцам соседних квартир. Урегулировать такие споры нелегко.

Центральная система кондиционирования исключает возникновение подоб- ных ситуаций. При использовании центральных кондиционеров к квартирным теплообменникам подводится охлажденная вода, и в этом случае длина магист- ралей не столь критична. Кроме этого, такая система обладает большей гибко- стью: в случае необходимости достаточно легко можно изменить конфигурацию магистралей, при достаточной пропускной способности возможно подключение новых потребителей. В случае использования фреоновых трасс подобные изме- нения выполнить сложнее.

В высотных жилых зданиях для климатизации квартир используются местные системы кондиционирования воздуха. Тем не менее непреодолимых технических сложностей в организации центральной системы кондиционирования высотных зданий нет. В данном случае потребителям подается охлажденная вода, и все про- блемы, возникающие из-за высотности объекта, решаются точно так же, как и при организации систем отопления и водоснабжения. Для ограничения гидростатиче- ского давления эти системы зонируются, на промежуточных технических этажах

119

устанавливаются промежуточные теплообменники и т. д. Кроме этого, в отличие от оборудования теплоснабжения, холодильные машины могут устанавливаться как в нижней, так и в верхней части здания. Например, в IV корпусе комплекса «Алые Паруса» оборудование размещено и в нижней части здания (чиллеры с воздушным охлаждением системы климатизации теннисных кортов), и на верхнем техниче- ском этаже (неавтономные кондиционеры бассейна коттеджа-пентхауса), и на кров- ле здания под вертолетной площадкой (выносной конденсатор системы кондицио- нирования воздуха жилой зоны коттеджа-пентхауса).

3. Системы кондиционирования воздуха жилой части

Для климатизации квартир используются два варианта систем местного кон- диционирования. Это схемы с канальными или настенными кондиционерами (неавтономными доводчиками).

При использовании схемы с канальными кондиционерами приток наружного воздуха производится от приточной системы вентиляции. Приточный воздух по- дается в канал рециркуляции внутренних блоков кондиционера и распределяется по помещениям посредством сети воздуховодов с теплоизоляцией. Подача воздуха

120

в помещения осуществляется настенными воздухораспределителями. При отклю- чении вентилятора местной системы приточный воздух поступает в обслужива- емые помещения через рециркуляционные решетки местной системы. Управление производительностью кондиционеров осуществляется автоматически по задан- ной температуре воздуха в помещении. Расположение наружных блоков согласо- вывается со службой эксплуатации здания. Магистрали прокладываются в тепло- изоляции толщиной 20 мм. Для отведения конденсата предусмотрены дренажные трассы с отводом конденсата в канализацию через гидрозатвор.

При использовании схемы с настенными кондиционерами приточный воздух распределяется по помещениям посредством сети воздуховодов. Регулирование температуры воздуха в помещениях осуществляется настенными кондиционера- ми. Управление производительностью кондиционеров, как и в первом случае, осуществляется автоматически по заданной температуре воздуха в помещении.

Примеры реализации систем кондиционирования воздуха квартир с каналь- ными и настенными кондиционерами приведены на рис. 4.4, 4.5.

Рис. 4.5. Схема системы кондиционирования воздуха квартиры с настенными кондиционерами

121

4. Системы кондиционирования воздуха общественной части зданий

Для климатизации всех общественных помещений (магазины, рестораны, аквапарки, физкультурно-оздоровительные комплексы) используются только центральные кондиционеры. Исключение составляют несколько небольших офисов, обслуживаемых сплит-системами. При проектировании систем конди- ционирования необходимо учитывать, что в ряде случаев первоначальный про- ект может быть несколько изменен, в результате чего увеличивается величина теплоизбытков. Поэтому при проектировании либо четко определяется назначе- ние помещений, либо предусматривается возможность варьировать систему, с тем чтобы в случае изменения проектного назначения помещений избежать возможной замены оборудования (это же относится и к оборудованию тепло-, водо- и электроснабжения).

Для охлаждения теннисных кортов высотного комплекса «Алые Паруса» ис- пользовалась моноблочная холодильная машина с воздушным охлаждением. На фасадах здания в этом случае размещаются только воздухозаборные и воздухо- выпускные решетки. Такую машину проще разместить в здании. Защита от шума в этом случае осуществляется стандартными способами: установкой шумоглу- шителей, использованием малошумных центробежных вентиляторов, использо- ванием гибких вставок для присоединения воздуховодов, ограждением вентиля- ционной камеры шумоизолирующими перегородками.

4.3. Особенности системы вентиляции подземных автостоянок

Интенсивное строительство промышленных зданий и тоннелей, особенно протяженных, привело к развитию такой отрасли знаний, как струйная венти- ляция [45, 55]. Причем в тоннелях струйная вентиляция применяется как для общеобменной вентиляции, так и для дымоудаления. Для создания струй ис- пользуются, как правило, высокоскоростные осевые струйные вентиляторы с шумоглушителем и функцией реверса. Вентиляторы размещаются под потол- ком или на стенах, возможно, в специальных нишах. Струйные вентиляторы заменяют сеть воздуховодов. При общеобменной вентиляции струйные венти- ляторы создают продольную вентиляцию тоннеля, при дымоудалении они же в форсированном режиме перегоняют дым к местам его выхода наружу. Терро- ристические акты в метро, террористические взрывы показали эффективность струйной вентиляции при дымоудалении.

В последнее время струйная вентиляция стала широко использоваться для вентиляции закрытых, в первую очередь, подземных автостоянок. Схожесть объектов позволяет использовать большинство опробованных подходов и нара- боток. Струйная вентиляция крытых автостоянок к настоящему времени успеш- но применяется в большинстве стран Европы, США, Японии, Китае и Корее. Для внедрения данного метода в России были проанализированы материалы по струйной вентиляции автостоянок зарубежных фирм и выявлены некоторые об- щие подходы: ^•

• по возможности объединение шахт общеобменной вентиляции и дымоудале- ния;

• использование датчиков примесей, в первую очередь СО;

• наличие двухскоростных и реверсивных струйных вентиляторов;

• местный разгон воздуха в зоне превышения уровня примесей;

122

• самостоятельное выполнение проекта в части подбора и расстановки обору- дования;

• обоснование и защита проекта с помощью численных расчетов и натурных испытаний.

1. Нормативная база проектирования вентиляции закрытых автостоянок

Традиции российской школы проектирования автостоянок основываются на преемственности СНиП, региональных строительных норм, инструкций и под- готовленных на их основе пособий. Расчеты по ассимиляции выхлопных газов приводятся еще в пособии [61] в разделе проектирования гаражей, уточнения есть в инструкции [32].

Современная нормативная база находится в следующем положении. До не- давнего времени действовал СНиП 2.04.05—91*, к которому были выпущены СНиП 21—02—99 и МГСН 5.01—2001 «Стоянки легковых автомобилей». К этим документам были выпущены также пособия [41] и [42]. Пособие [42] касается всего комплекса вопросов проектирования автостоянок, в нем приводятся типо- вые расстановки автомобилей, классифицируются автостоянки, описываются применяемые рампы и кратко — подходы к общеобменной вентиляции, дымо- удалению и противодымной защите. Наиболее экономичной является расстанов- ка манежного типа с перпендикулярным расположением автомобилей к оси про- езда. Минимальная площадь, приходящаяся на один автомобиль, должна равняться 22,4 м². Приводятся типовые конфигурации помещений для хранения автомобилей, изолированных рамп. Для этих помещений даются схемы вытяж- ной противодымной вентиляции. Отметим, что одна из рекомендуемых схем вен- тиляции — совмещение вытяжных систем общеобменной вентиляции и дымо- удаления. Типовой проект гаража-стоянки приводится в [57].

Основным документом по проектированию автостоянок до недавнего време- ни считалось пособие [41]. К сожалению, к настоящему моменту оно устарело, т. к. новый СНиП 41—01—2003 внес много изменений, в первую очередь, в про- блемы дымоудаления и дымозащиты. При общеобменной вентиляции следует производить вытяжку из верхней и нижней зон в соотношении 50:50. Сейчас есть даже проекты с забором воздуха только снизу.

При проектировании дымоудаления и дымозащиты авторы [41], видимо, ру- ководствовались следующими соображениями. Дымовая зона, согласно дейс- твующему в тот момент времени СНиП 2.04.05—91*, равная 1 600 м², разделяется вертикальными свесами, отстоящими от пола на расстоянии 2,5 м, на дымовые резервуары площадью до 800 м². Дымоприемные отверстия монтируются по од- ному на площади 100 м², дымовой клапан — один на резервуар. В соответствии с ГОСТ 12.1.004-91*, скорость людей при их малой плотности (0,05 м²/м²) равна 1,7 м/с. Нормативное максимальное расстояние в 40 м до ближайшего эвакуаци- онного выхода человек проходит за 24 с. За это время дым не должен опуститься ниже 2,2 м. Вытяжка рассчитана на удаление максимального количества дыма, генерируемого при пожаре одного автомобиля (периметр пожара — 12 м), — 22 970 кг/ч. Следующая задача — дымоудаление необходимо для предотвраще- ния распространения дыма в другие отсеки и помещения здания, страховки эва- куации опоздавших, благоприятствует тушению пожара и эвакуации автомо- билей. Для этого отключается приточная вентиляция горящего пожарного отсека, а в соседних помещениях и на путях эвакуации, в том числе рампах, лестницах, лифтовых шахтах, создается избыточное давление в 20 Па. Также защищаются

123

с помощью подпора воздуха тамбуры-шлюзы. С подветренной стороны исклю- чается попадание воздуха внутрь, т. к. это может привести к подсосу дыма.

После выхода пособия [41] были выпущены СНиП 21—02—99, СНиП 41—01- 2003 и МГСН 5.01—2001. Эти документы внесли как новые положения, так и пред- ложили более широкие возможности проектирования объектов при соответ- ствующем обосновании. Основные изменения СНиП 41—01—2003, касающиеся дымоудаления, сводятся к увеличению дымовой зоны до 3 000 м² и площади, обслу- живаемой одним дымоприемным устройством, до 1 000 м². Это позволяет сущест- венно упростить систему дымоудаления и сократить до минимума количество дорогих воздуховодов дымоудаления. В СНиП 21—02—99 предписывается обяза- тельная установка датчиков СО, как минимум, для сигнализации его превышения.

Как уже говорилось, документация для проектирования строится по иерар- хии: СНиП (в нашем случае СНиП 21—02—99, СНиП 41—01—2003), пособия и руководства к ним; региональные строительные нормы (для нашего случая МГСН 5.01—2001), пособия и руководства к ним. В настоящее время послед- ний по времени документ — основной СНиП 41—01—2003, к нему должна вы- страиваться цепочка документов, которые сейчас относятся к предыдущему СНиП 2.04.05—91*. Новых документов нет и не будет, т. к. вместо СНиП гото- вят к выходу Регламенты. Таким образом, сейчас проектировщики работают по устаревшим пособиям и руководствам, приспосабливая их к новому СНиП.

2. Традиционный подход к общеобменной вентиляции и возможность приме- нения струйной вентиляции

Задача общеобменной вентиляции — обеспечение воздухом нормируемого качества рабочей или обслуживаемой зон помещения в соответствии с ГОСТ 12.1.005—88. Рабочая зона — пространство, ограниченное сверху уров- нем в 2 м по ГОСТ 12.01.005—88. Решается эта задача путем разбавления возду- ха с примесями приточным воздухом. Раздача и удаление воздуха осуществля- ются через системы воздуховодов с приточными и выпускными решетками. Присутствие примесей и их количество определяются технологической частью проекта. Для стоянок личного транспорта указано, что воздухообмен должен быть не меньше 150 м³/ч на одно машино-место [38, 41]. На практике воздухо- обмен закладывается из этого расчета плюс 20 % запаса. Технологическое зада- ние подчас подгоняется под полученную цифру, кратность получается в преде- лах 2—3. Такой подход оправдан при строительстве «спокойных» автостоянок и неприемлем для автостоянок с наплывом автомобилей и большой их сменно- стью. Знакомство с тематической литературой и обсуждения со специалистами показали, что наибольшее внимание при проектировании общеобменной вен- тиляции автостоянок уделяется таким вопросам, как равномерность раздачи воздуха, забор воздуха из нижней зоны, минимизация количества подаваемого воздуха. При струйной вентиляции возможно практически полностью удалить воздуховоды. При простейшем поршневом режиме течения воздуха от мест притока к вытяжке существенная неравномерность распределения концент- раций примесей наблюдается как по потоку, так и в образующихся застойных зонах.

Методика струйной вентиляции с размещением вентиляторов под потол- ком и вдоль стен позволяет равномерно распределять приточный воздух по всему объему, включая застойные зоны. Воздушные струи обтекают вертикаль- ные препятствия под потолком. Это позволяет проектировать более низкие,

124

чем при использовании традиционной системы, потолки. Экономия состав- ляет около 0,3 м.

По поводу забора воздуха снизу в СНиП 41—01—2003 сказано (п. 7.5.9) следу- ющее: «Удаление воздуха из помещений системами вентиляции следует преду- сматривать из зон, в которых воздух наиболее загрязнен или имеет наиболее высокую температуру или энтальпию. При выделении пыли и аэрозолей уда- ление воздуха системами общеобменной вентиляции следует предусматривать из нижней зоны».

Таким образом, видно, что данная рекомендация не является обязательной для автостоянок по действующему СНиП. Численные расчеты показывают, что струйные вентиляторы захватывают достаточно воздуха из нижней зоны для поддержания уровней предельно-допустимой концентрации примесей ниже до- пустимых по всей высоте рабочей зоны. Последнее время количество автомоби- лей резко возросло. Следовательно, возникает необходимость строить много- этажные надземные и подземные автостоянки. Та же логика заставит более интенсивно использовать эти стоянки. В результате будут востребованы те, которые рассчитаны на высокую наполняемость и сменность автомобилей. Это приведет к увеличению расчетной кратности воздухообмена при общеоб- менной вентиляции и к необходимости регулирования воздухообмена. Таким образом, мы неизбежно придем к системе регулировки общеобменной вентиля- ции по уровню СО и других вредных веществ. Каков может быть подход к этому вопросу? Наиболее разумно максимально долго раздувать вредности, т. е. более интенсивно перемешивать их. Здесь основную роль играет возможность включе- ния вентиляторов на повышенную мощность и реверс. Увеличение кратности общеобменной вентиляции должно происходить только тогда, когда раздуть уже не удается. Отметим, что возможность локально реагировать на превышение уровня вредности выгодно отличает струйную вентиляцию от воздуховодной. При струйной вентиляции регулировка дает двойную экономию — снижение об- щего воздухообмена и оттягивание до последнего включения общих систем при- тока и вытяжки на большую мощность.

3. Традиционный современный подход к дымоудалению и возможность применения струйной вентиляции

Традиционный современный подход основан на вышеперечисленных прин- ципах МГСН 5.01—2001 с учетом новых требований СНиП 21—02—99, СНиП 41— 01—2003. В соответствии с этими требованиями, с любой автостоянки площадью до 3 000 м² необходимо удалять одно и то же количество дыма, генерируемое од- ним горящим автомобилем. Разница может возникать за счет учета теплоотдачи в строительные конструкции и ограждения, причем теплоотдача предполагает- ся, видимо, равномерной в верхней дымовой зоне. Рассматривается модель по- жара типа «коктейля “Кровавая Мэри”», когда дым поднимается к потолку по узкой конвективной колонке и мгновенно равномерно растекается вдоль потол- ка. Граница дыма имеет вид резкого невозмущенного скачка плотности, переме- шивание отсутствует. Дым аккуратно удаляется через дымоприемные отверстия, ниже границы раздела условия соответствуют ГОСТ 12.1.005—88 для рабочей зоны. И хотя в [41] упоминается, что огонь распространяется по всему периметру за 2 мин, динамика во времени не рассматривается.

Количество удаляемого дыма можно уменьшить за счет учета теплоотдачи, динамики пожара во времени, более точного определения периметра пожара и

125

состава горящих веществ. Частично это, вероятно, делается, т. к. есть проекты, где дымоудаление по расчету составляет не обычные 46 тыс. м³/ч, а величину 30 тыс. м³/ч. Отметим, что реально при дымоудалении требуется воздухообмен кратностью около 6—10.

Для автостоянок по СНиП 21—02—99 (п. 6. 21) предписывается: «При опреде- лении основных параметров приточно-вытяжной противодымной вентиляции необходимо учитывать следующие исходные данные: возникновение пожара (возгорание автомобиля или загорание в одном из вспомогательных помещений по 5.3) в надземной автостоянке на нижнем типовом этаже, а в подземной — на верхнем и нижнем типовых этажах; геометрические характеристики типового этажа (яруса) — эксплуатируемая площадь, проемность, площадь ограждающих конструкций; удельная пожарная нагрузка; положение проемов эвакуационных выходов (открыты с этажа пожара до наружных выходов); параметры наружного воздуха». То есть пожар рассматривается в самых неподходящих для эвакуации местах. Однако что делать, если есть и надземная часть, и подземная? Считать возможным возникновение одновременно пожара в разных местах, строить не- сколько дымовых шахт?

4. Применение струйной вентиляции при дымоудалении

При возникновении пожара струйные вентиляторы подгоняют горячий за- дымленный воздух к дымоприемному устройству. При этом работают вентилято- ры, находящиеся между очагом пожара и дымоприемным устройством. Воздух от очага втягивается в вентилятор. Вентиляторы работают, как правило, в форси- рованном режиме, при необходимости используется реверс. Расположение и ре- жимы работы вентиляторов подбираются таким образом, чтобы максимально исключить попадание перемещаемого воздуха в рабочую зону.

При горении происходит интенсивное тепловое расширение воздуха, кото- рое должно компенсироваться вытяжкой. При традиционном способе дымо- удаления в начальный момент дымоприемное устройство захватывает холодный воздух, компенсируя расширение. В дальнейшем дымоприемное устройство за- хватывает воздух от очага пожара лишь частично. По предлагаемой методике через дымоприемное устройство удаляется в основном горячий задымленный воздух. В результате должна также повышаться общая видимость в отсеке. Сис- тема струйных вентиляторов заменяет сеть воздуховодов, что ведет к сущест- венному уменьшению сопротивления сети и упрощает подбор основных венти- ляторов. Снижение сопротивления сети особенно актуально при дымоудалении, когда требуется удалять большое количество воздуха через воздуховоды как можно меньшего сечения. Уменьшение сечения вытяжных шахт от подземных автостоянок под высокими зданиями может дать существенную экономию полезной площади. При дымоудалении достаточно использовать одно дымо- приемное устройство на зону. Формально это противоречит положению [57] о количестве дымоприемных устройств. Здесь следует понимать, что ближайшие к очагу пожара струйные вентиляторы являются по сути дымоприемными устройствами.

В настоящее время бытует концепция неприкасаемости рабочей зоны для дыма при пожаре. Чтобы понять, насколько это реально, рассмотрим гипотети- ческие сценарии генерации и распространения дыма.

Случай 1. Генерируемый дым имеет существенно более низкую плотность. Даже при остывании за счет теплоотдачи в ограждающие конструкции плотность

126

остается малой, дым стратифицируется внутри ярко выраженного припотолоч- ного слоя. Скорость растекания фронта припотолочного слоя много больше ско- рости нарастания нижней границы слоя. Тогда можно принять схему «Кровавой Мэри», когда весь дым сосредоточен в практически невозмущенном верхнем слое, равномерно распределенном вдоль потолка. Как и при употреблении соот- ветствующего коктейля, дым лучше всего удалять путем отсасывания через тру- бочку, расположенную в верхнем слое. В этом случае существующая система ды- моудалении является наилучшей.

Случай 2. Плотность дыма близка к плотности основного воздуха, так назы- ваемый «холодный дым». При охлаждении под потолком и на границе соприкос- новения с основным воздухом плотность может оказаться ниже окружающей за счет наличия тяжелых аэрозолей. Тогда дым начнет опускаться вниз, клубиться. От очага пожара будет распространяться клубящееся облако дыма, занимающее всю высоту помещения, за исключением узкой полосы снизу, через которую к очагу подсасывается свежий воздух.

Случай 3. Скорость фронта распространения дыма в горизонтальном направ- лении существенно ниже ее же в вертикальном (скорость опускания границы раздела) за счет большой скорости генерации дыма и захвата нижнего воздуха в дымовой слой посредством нагрева. В этом случае дымовое облако растекается в стороны и вниз. Через некоторое время оно может занять верхнюю часть рабочей зоны на большой площади.

В реальности мы имеем симбиоз этих трех случаев. Какой бы процесс ни пре- валировал, рассчитывать на реализацию случая 1 не стоит. Таким образом, в ре- альности рабочая зона при пожаре все равно затрагивается дымом, причем на площади существенно большей, чем сечение конвективной колонки от горяще- го автомобиля. Это позволяет нам применять методики удаления дыма, которые могут частично затронуть рабочую зону.

При построении предлагаемой методики струйной вентиляции, в том числе дымоудаления закрытых автостоянок были максимально учтены требования российских нормативных документов. Обоснование и защита проектов струй- ной вентиляции автостоянок осуществляются с помощью численных расчетов и натурных испытаний.

5. Ориентировочная оценка экономической целесообразности струйной вентиляции крытых автостоянок

Для оценки экономической целесообразности применения струйной венти- ляции крытых автостоянок рассмотрим пример дымового отсека с максимальной площадью в 3 000 м². В случае типового четырехрядного размещения [41] отсек имеет размеры 34x88 м. При наиболее экономичной расстановке манежного типа с перпендикулярным расположением автомобилей к оси проезда на одно маши- но-место надо 22,4 м² площади. Таким образом, стоянка максимально вмещает 133 автомобиля. Воздухообмен составляет 133* 150 = 19 950 м³/ч, с 20 % запа- сом — 24 000 м³/ч. При высоте потолков 3 м кратность воздухообмена равна 2,66.

Найдем минимальную развернутую площадь воздуховода S, скорость движения воздуха v в котором постоянна, а общий расход Q отдается равномерно по длине. Ось х направлена от входа в воздуховод к его концу. Тогда площадь сечения равна

(4.1)

127

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 (табл. 4.1).

Расчетные параметры внутреннего воздуха с учетом высокого класса здания 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 боль- шинстве помещений предусмотрено поддержание относительной влажности воздуха в пределах 30—40 %.

2. Выбор системы кондиционирования воздуха

При проектировании общественного высотного многофункционального комплекса «Федерация» (рис. 4.6) рассматривалось два варианта системы конди- ционирования воздуха: децентрализованная поэтажная система и схема с техни- ческими 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 расстоянии не менее 7 м. В таком центре размещается центральный кондиционер производительностью 11 000 м³/ч, обслуживающий только свой этаж, вытяжная установка, внешние VRV-блоки и чиллер с водяным охлаждением конденсатора, вентиляторная градирня, теплообменники, насосы, электрические щиты и дру- гое вспомогательное оборудование.

В варианте с техническими этажами устанавливается такой же набор более мощного оборудования, в частности на одном техническом этаже шесть конди- ционеров 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 преимуще- ства заключаются в следующем: ^•

• меньшая суммарная площадь, занимаемая обо- рудованием 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 кон- диционера оставляет без приточного воздуха только один этаж здания;

• меньшие эксплуатационные затраты, посколь- ку работа всего мини-инженерного центра точ- но соответствует режиму работы офисов обслу- живаемого этажа;

• минимальные сечения воздуховодов и их протя- женность, отсутствие огнезадерживающих кла- панов и некоторых других элементов сети;

• исключительная простота обслуживания оборудо- вания, имеющего небольшие габариты и массу, и,

Рис. 4.6. Общий вид высот- ного общественного много- функционального комплекса «Федерация»

129

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 оборудо- вания, что пугает службу эксплуатации.

Что касается первых двух недостатков, то они полностью перекрываются ука- занными выше преимуществами. При оценке третьего фактора необходимо учи- тывать, что сам процесс эксплуатации, а в случае необходимости и ремонта ма- логабаритного оборудования намного проще и дешевле, поскольку можно быстро осуществить замену оборудования и последующий его ремонт уже в ста- ционарных 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.

После согласования с заказчиком был выбран вариант системы кондициони- рования воздуха с техническими этажами. Выбранная схема компоновки в зна- чительной степени определила и дальнейшие принципиальные решения.

Конструктивно комплекс представляет собой стилобатную часть от -4-го до 4-го этажа, который является первым техническим этажом, и две треугольные в плане башни высотой 55 и 85 этажей. В стилобатной части здания на этажах от -4-го до 3-го размещаются подземные автопарковки, дизель-генераторная, ЦТП, насосные, тепловые пункты, технические помещения, супермаркет и про- мтоварные магазины, столовые, кафе, бары, офисы, административные поме- щения, вестибюли, холлы, конференц-залы и другие помещения.

Функционально эта часть здания ничем не отличается от невысотных много- функциональных зданий, поэтому при проектировании систем вентиляции и кондиционирования воздуха стилобатной части можно использовать эффектив- ные, оправдавшие себя решения, реализованные на других объектах. Однако при этом приходится учитывать и некоторые принципиальные особенности. Напри- мер, выбросы воздуха, удаляемого из автостоянок, кухонь, санузлов и других по- добных помещений, а также от систем дымоудаления, которые обычно выводят- ся выше кровли здания, приходится выполнять на кровле стилобатной части или на первом техническом этаже непосредственно на фасаде.

В высотных башнях комплекса размещаются офисы, апарт-отель, технические этажи и наверху рестораны со смотровыми площадками.

2. Системы вентиляции, кондиционирования воздуха и холодоснабжения

Для высотных многофункциональных зданий в основном применяют централь- ные кондиционеры с минимальным расходом наружного воздуха и фэнкойлы в ка- честве 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.

130

Однако для помещений, в которых требуется значительный объем наружного воздуха или имеются местные отсосы, например, для ресторанов, столовых, тре- нажерных залов, конференц-залов и других помещений более целесообразной является схема, когда расход наружного воздуха принимают из условия ассими- ляции теплоизбытков в холодный период года. Такое решение позволяет отка- заться от сухих охладителей, пластинчатых теплообменников и этиленгликоля.

Обе указанные выше схемы применены для систем кондиционирования в сти- лобатной части здания, но уже на первом этапе проектировщики отказались от использования холодильных машин (чиллеров) с воздушным охлаждением, т. к. они не помещались на свободной кровле четвертого этажа. Поэтому в хладо- центре на 2 этаже установлены чиллеры с водяным охлаждением, получающие обо- ротную воду от вентиляторных градирен, расположенных на 4-м техническом этаже.

Для высотных башен рассматривались практически все известные схемы с центральными системами кондиционирования воздуха и местными доводчика- ми, в качестве которых используются:

• фэнкойлы;

• эжекционные доводчики;

• охлаждаемые потолки;

• моноблоки с водяным охлаждением;

• VRV-системы с воздушным охлаждением наружных блоков;

• VRV-системы с водяным охлаждением наружных блоков.

При выборе из указанных вариантов учитывалось, что всего в здании необхо- димо установить более 5 000 штук доводчиков, общий расход холода на одном техническом этаже башни составляет около 6 000 кВт и первые три схемы тре- буют внешних источников холода.

Применение фэнкойлов с подводом тепла и холода к каждому аппарату по четырехтрубной схеме требует установки более 10 000 регулирующих и баланси- ровочных клапанов, запорной и другой арматуры и прокладки многих километ- ров трубопроводов холодной и горячей воды и дренажных систем.

Расчет эжекционных доводчиков, выпускаемых в Европе, с подачей обрабо- танного воздуха непосредственно у пола показал, что они для конкретного здания не обеспечивают требуемого охлаждения помещений летом, т. к. температура приточного воздуха не должна быть ниже 19 °С и они не могут отопить помеще- ния зимой при температуре наружного воздуха ниже —20 °С. Вариант с охлаждае- мыми потолками имеет меньше конструктивных проблем, но требует самых боль- ших капитальных затрат. Однако основной причиной отказа от первых трех схем стали проблемы, связанные с размещением на технических этажах чиллеров, сухих охладителей, градирен, теплообменников, насосов и другого оборудова- ния, необходимого для получения холода в теплый и холодный периоды года.

Интересное техническое решение дает применение моноблоков. Эти неболь- шие автономные кондиционеры, устанавливаемые непосредственно в обслужи- ваемом помещении, представляют собой, условно говоря, напольный фэнкойл со встроенным компрессором, испарителем, конденсатором с водяным охлаж- дением и полным набором элементов управления и автоматики. Первые систе- мы кондиционирования с моноблоками были установлены еще в 1995 году в зда- нии областного Сберегательного банка в Волгограде. Восемь лет эксплуатации подтвердили высокую эффективность и надежность таких систем, но и эта схема

131

н. в.

-зо °с 32 °с

Кондиционер 1 44 000 м³/ч

⁸⁵ °С _{к 1А}60 °С У ^! У

1.11.21.3 60°Су к ¹

1.51.6 45 °£

?-⁸ 54 000 м³/ч

Г радирня ■*

и r 3.6 3.6

^{М В}- 3.4 з 3.5 »₍Н. В.

3.7 3.7

3.1 3.2 j , 3,3 >

12 этажей

3,8 54 000 м³/ч

Градирня

40 000 м³/ч

Выброс

2

12 °С 7 °С

3.4

3.5

3.9 ^

40% этиленгликоль

3.1 3.2. у 3 9 w 3.3

¹ ’ ’^гВода 31 °С

Чиллер

к

4.3 Испаритель 4.1 у Конденсатор 4.2

’ 25 ^вС

Вода

Т 5.1

31 °С

8

A qi oq уА37 С

5.2 Внешние VRV-блоки Внутренние VRV-блоки

10

9 9 10

Фреон 12 этажей ф_реон

10 9 ~ 9 10

Внутренние VRV-блоки ~ Внешние VRV-блоки

Рис. 4.7. Принципиальная схема кондиционирования воздуха, тепло-, холодоснабжения и обо- ротного водоснабжения для офисных этажей ниже технического

имеет недостатки: моноблоки выпускаются только в напольном исполнении и занимают арендуемую производственную площадь, а также имеют повышенный уровень шума — 40 дБ(А), что недопустимо для офисов категории А.

Еще большую автономность имеют VRV-системы с воздушным охлаждени- ем наружных блоков, однако до сих пор такие системы в высотных зданиях не применялись, что не случайно. В здании с техническими этажами через 100 м VRV-системы будут работать на предельных режимах, и все здание должно быть опутано сплошной паутиной фреоновых трубопроводов. Применительно к рас- сматриваемому объекту ситуация усугубляется тем, что наружные блоки могут быть установлены только на технических этажах и для их охлаждения только на одном этаже требуется около 1,4 млн м³/ч наружного воздуха, который можно забрать и выбросить только на фасад технического этажа, обеспечив при этом нормальную работу блоков как в теплый, так и в холодный периоды года.

В итоге была принята VRV-система с водяным охлаждением внешних блоков. Эта система не требует внешних источников холода, многокилометровых тепло- изолированных трубопроводов с регулирующими и балансировочными клапа- нами и арматурой. Она обеспечивает минимальную протяженность фреоновых магистралей и трубопроводов оборотной воды, позволяет более чем в три раза уменьшить расход наружного воздуха на технических этажах для получения не- обходимого количества холода и сократить до минимума расход теплоты на пер- вый подогрев центральных кондиционеров.

Разработанные проектировщиками принципиальные схемы кондициониро- вания воздуха, тепло-, холодоснабжения и оборотного водоснабжения для офис- ных этажей в башнях «А» и «Б» приведены на рис. 4.7, 4.8.

132