PECULIARITIES OF DESIGN AND OPERATION OF WATER SUPPLY SYSTEMS OF HIGH-RISE BUILDINGS

Full Text

Неконтролируемое «расползание» городов является одной из основных проблем, с которыми сталкивается в настоящее время мировое сообщество. В результате того, что наши города растут по горизонтали в большей степени, чем по вертикали, поглощая все большие земельные площади, при поездках на работу и домой людям приходится преодолевать все большие расстояния. Существует прямая взаимосвязь между плотностью городского населения и затратами на энергообеспечение - в более плотных городах затраты на энергообеспечение ниже, так как протяженность тепловых и электрических сетей меньше. Проектирование систем водоснабжения высотных зданий принципиально отличается от проектирования этих же систем для многоэтажных зданий, так как для высотных зданий влияние наружных климатических воздействий и величины градиентов перемещения потоков массы и энергии внутри здания является по своей значимости экстремальным [1-4]. Каждое высотное здание является уникальным произведением архитектурно-инженерного искусства, и применяемые в нем решения не могут быть тиражированы в других проектах без серьезного переосмысления и глубоких дополнительных исследований, включающих методы физического и математического моделирования. Философия высотного строительства, в отличие от обычных объектов, подчинена в первую очередь вопросам безопасности, надежности и, как производное, долговечности. Существующие методы проектирования основаны на нормах прошлого века, без учета современных разработок в области санитарно-технического оборудования. Единого определения понятия «высотное здание» в настоящее время нет [1, 2]. В разные времена понятие «высотный дом» имело разные значения. Вероятно, оно будет изменяться и в дальнейшем по мере роста этажности строящихся зданий. В 1971 г. на I Международном симпозиуме было предложено считать высотными здания в 30 этажей или высотой 100 м. В России к высотным относятся здания в 25 этажей или высотой 75 м и выше. В других странах под термином «высотное здание» обычно понимают здание высотой от 35 до 100 м, здания выше 100 м (в США и Европе - выше 150 м) считаются небоскрёбами. ВОДОСНАБЖЕНИЕ, КАНАЛИЗАЦИЯ, СТРОИТЕЛЬНЫЕ СИСТЕМЫ ОХРАНЫ ВОДНЫХ РЕСУРСОВ DOI: 10.17673/Vestnik.2017.02.7 39 Градостроительство и архитектура | 2017 | Т. 7, № 2 С. Ш. Сайриддинов Однако специалисты Совета по высотным зданиям и городской среде полагают, что невозможно дать чёткого определения понятия «высотное здание», хотя в общих случаях таковым можно считать здание от 14 этажей или высотой около 50 м. В настоящее время в России, а особенно в Москве [5], высотное строительство заметно активизировалось. Практически во всех обсуждаемых в последнее время проектах появляются высотные доминанты, правда, это не всегда небоскребы, чаще просто здания повышенной этажности. Здания высотой 70 м в Москве и Тольятти - разные величины, но, безусловно, без этого сегмента рынка недвижимости невозможно представить ни один крупный город. Высотные здания становятся знаковыми объектами, символами. В условиях дороговизны земельных участков, отведенных под застройку, строительные компании стараются возвести здания с максимальной для себя выгодой, используя в качестве инструмента для извлечения прибыли высоту: в высотном доме больше квартир, офисов или просто полезных помещений. Но на этом пути строителям приходится считаться с законами физики и соображениями безопасности. Высотное домостроение является привлекательным для инвесторов, а также позволяет более эффективно использовать городские территории и уменьшить протяженность коммунальных сетей. С архитектурной точки зрения такие здания обладают высокой выразительностью и могут выступать доминантами при формировании архитектурного облика застройки территорий [6, 7]. Конечно, на возведение двухэтажного домика требуется гораздо меньше материалов, ниже требования к квалификации работников, чем при строительстве многоэтажки, а уж тем более - высотной «башни». Однако специалисты знают: эта дешевизна - кажущаяся. Себестоимость 1 м² в индивидуальном доме гораздо выше, чем такой же полезной площади в многоэтажном. Плюс - повышенные удельные расходы на инженерные коммуникации, но самое главное - найти земельные участки для малоэтажного домостроения реально только на окраинах городов. И это самый главный «минус» такой застройки, за которым тянутся и другие проблемы - транспортная, инфраструктурная, социальная - все, что связано с отсутствием в пригородных поселках детсадов, школ, больниц и поликлиник. Высотные здания (особенно здания смешанного использования) рациональны по сути своей потому, что в них может разместиться большое количество людей на маленьком участке земли. Это позволяет спасти от застройки сельскохозяйственные угодья и сокращает потребление энергии и выбросы углерода в окружающую среду, связанные с маятниковой миграцией (например, с поездками людей из пригородов на работу и обратно). Они также предлагают эффективные системы вертикального и горизонтального перемещения, заставляя больше использовать общественный транспорт и способствуя созданию городов, по которым можно будет передвигаться пешком. Высотные здания могут иметь разное назначение: быть гостиницами, офисами, жилыми домами, учебными зданиями. Сегодня в высотном строительстве принята многофункциональность: на нижних этажах зданий, как правило, размещается торговый центр, над ним гостиница, дальше - квартиры и на самых верхних этажах - апартаменты, пентхаусы. Но бывают и чисто жилищные проекты - в том же Дубае, например, где, как и в России, острая нехватка инженерной инфраструктуры и дома строятся на ограниченной площади. Высотные здания считаются сложными конструкциями, для строительства которых требуются серьезные инженерные решения [8]. Достаточно сказать, что в современных высотках насчитывается до 30 систем инженерного оборудования: системы отопления, вентиляции, водопровода, канализации, мусороудаления, пожарной безопасности, автоматизации, пассажирского подъемного оборудования и др. Причем все эти системы отличаются от тех, которые используются в строительстве обычных домов. И, зачастую, требуется взаимоувязка работы таких систем, поскольку они могут оказывать друг на друга существенное влияние. Кроме того, в высотных зданиях необходимо проводить постоянный мониторинг как самой конструкции, так и всех ее инженерных систем. Поэтому в домах устанавливаются тысячи датчиков, с которых постоянно снимаются показатели. Существенным фактором, негативно влияющим на развитие высотного строительства в России, является отсутствие современной нормативной базы, препятствующее успешному развитию этого вида строительства [9]. На сегодня основная проблема заключается в том, что был достаточно длительный перерыв в высотном строительстве, а это значит, что у нас отсутствуют необходимые специалисты как в области проектирования, так и в строительстве такой категории зданий. Отстала нормативная база, необходимо практически заново создавать технический регламент по безопасности инженерных изысканий, проектированию, строительству. Технический регламент крайне необходим. Ситуация такова, что существующие нормативы, расчетные конструктивные схемы зданий, пожарные требования, система инженерного оборудования, эксплуатация - все это для архитекторов, строителей и служб городов является новым. Зарубежные специалисты, которые берутся за высотное домостроение на территории России, также испытывают сложности в связи с отсутствием строительных норм и правил на этот тип зданий. Ситуация требует углубленного изучения отечественной и зарубежной нормативной базы, касающейся высотных зданий, отечественного и зарубежного опыта возведения и эксплуатации подобных объектов. Градостроительство и архитектура | 2017 | Т. 7, № 2 40 ВОДОСНАБЖЕНИЕ, КАНАЛИЗАЦИЯ, СТРОИТЕЛЬНЫЕ СИСТЕМЫ ОХРАНЫ ВОДНЫХ РЕСУРСОВ Следует отме тить, что некоторые шаги в решении этих проблем уже делаются. В настоящее время действуют [10-12]: • «Общие положения к техническим требованиям по проектированию жилых зданий высотой более 75 м» для строительства в Москве; • Московские городские строительные нормы МГСН 4.19-05 «Многофункциональные высотные здания и комплексы», которые распространяются на отдельно стоящие и расположенные внутри многофункциональных комплексов здания высотой от 75 до 400 м и носят в настоящий период временный характер; • территориальные строительные нормы ТСН 31-332-2006 «Жилые и общественные высотные здания»; распространяются на проектирование жилых и общественных зданий высотой до 150 м (жилые здания высотой более 75 м, общественные здания - более 50 м), а также комплексов таких зданий, возводимых на территории Санкт-Петербурга. Разработка МГСН и ТСН по высотному домостроению ни в коем случае не снимает те сложности, неопределенности и риски, которые ожидают всех участников высотного строительства зданий - заказчиков, инвесторов, проектировщиков, строителей, эксплуатационников. Ниже приведена диаграмма (рис. 1) действующих для здания норм Российской Федерации в зависимости от его высоты (этажности). Высотные здания являются объектами повышенного риска, значительно отличающимися от других типов зданий по требованиям к надежности, безопасности, ресурсосбережению систем водоснабжения и водоотведения. Для создания безопасной и комфортной среды в высотных зданиях в течение длительного срока эксплуатации системы водоснабжения и водоотведения должны обладать высокой надежностью подачи воды потребителям как на хозяйственно-питьевые цели, так и для пожаротушения [13-19]. Системы водоснабжения и водоотведения, обеспечивающие жизненно необходимую потребность в питьевой воде, санитарно-гигиенические и комфортные условия среды обитания, с целью повышения комфортности и функциональности в высотных зданиях должны оборудоваться дополнительными водоразборными и санитарными приборами для проведения профилактических, оздоровительных, косметических процедур (гидромассажные Рис. 1. Диаграмма действующих норм Российской Федерации для зданий в зависимости от его высоты 41 Градостроительство и архитектура | 2017 | Т. 7, № 2 ванны, паровые души, ингаляторы и т.д.), а также для обеспечения проживающих кондиционированной водой, качество которой не уступает бутилированной воде. Архитектурные решения должны предусматривать в составе жилой квартиры не малогабаритные ванны и туалеты, а просторные, оснащенные самым современным оборудованием. В системах водоснабжения высотных зданий можно выделить следующие особенности. Зонирование здания по высоте обеспечивает повышение гидравлической надежности систем хозяйственного и питьевого водоснабжения. Зонные системы водоснабжения применяют в высотных зданиях высотой более 50 м (17 и более этажей), когда напор в сети превышает максимально допуcтимый (60 м для хозяйственно-питьевого водопровода и 90 м для противопожарного). Высота зоны определяется максимально допустимым гидростатическим напором в самой нижней точке сети (резьбового соединения или арматуры). Зонные системы внутреннего водопровода применяют в двух случаях. Во-первых, при превышении допустимых пределов гидростатического давления в системе и, во-вторых, для обособления условий работы системы по гидравлическому режиму, что чаще происходит при отделении части системы по питанию или по величинам напоров. Согласно [13] наибольшая величина гидростатического давления в системе хозяйственно-питьевого или хозяйственно-противопожарного водопровода на отметке наиболее низко расположенного санитарно-технического прибора не должна превышать 60 м. В системе раздельного противопожарного водопровода величина гидростатического напора допускается до 90 м. В противном случае необходимо разделить водопровод на вертикальные зоны. Как правило, в современном строительстве к двухзонной системе приходится переходить в зданиях высотой более 17 этажей. Обычно первую (нижнюю) зону устраивают таким образом, чтобы использовать гарантийный напор городского водопровода. Размеры последующих зон, число которых может быть различным, назначают в зависимости от величин допустимого давления в сети внутреннего водопровода. Схемы зонных водопроводов могут быть последовательными и параллельными (рис. 2). Последовательная схема (рис. 2, а) имеет меньшую протяженность трубопроводов, но она менее надежна в работе, требует установки насосных агре- С. Ш. Сайриддинов Рис .2. Последовательная (а) и параллельная (б) схемы зонных водопроводов зданий: 1- центробежный насос 2-й зоны; 2 - напорно-запасный бак 2-й зоны; 3 - насос 3-й зоны; 4 - напорно-запасный бак 3-й зоны а б 3 3 3 2 2 4 1 1 Градостроительство и архитектура | 2017 | Т. 7, № 2 42 ВОДОСНАБЖЕНИЕ, КАНАЛИЗАЦИЯ, СТРОИТЕЛЬНЫЕ СИСТЕМЫ ОХРАНЫ ВОДНЫХ РЕСУРСОВ гатов на промежуточных этажах, что крайне нежелательно из-за вибрации и шума. Кроме того, к числу крупных недостатков подобной системы следует отнести неоднократное размещение регулирующих объемов, т.е. нерациональное распределение и использование строительного объема здания под инженерное оборудование. Параллельная схема (рис. 2, б) отличается некоторым перерасходом труб, но централизованное размещение насосных агрегатов упрощает автоматизацию их работы и эксплуатацию. Увеличение длины труб, прокладываемых по этой системе, не сопровождается значительным перерасходом металла (в весовых единицах), так как диаметры зонных стояков (так же как и расходы подаваемой воды) по отдельным зонам неравнозначны. В нижних зонах, как правило, потребляется больше воды и имеются стояки большего диаметра (qн > qв; dн > dв). Вторая причина зонирования заключается в более полном использовании гарантийного напора городского водопровода, что позволяет эффективно использовать энергию городских насосов и рационально подбирать насосы-повысители только на расход и напор верхней зоны. Верхняя зона работает под напором дополнительных насосов. Двухзонные системы внутренних водопроводов, выполненные по обычной схеме (с отдельными хозяйственно-противопожарными разводящими трубопроводами для каждой зоны), значительно дороже однозонных систем по сметной стоимости. Автором этой схемы является канд. техн. наук М.Е. Соркин (МНИИТЭП) (рис. 3). Согласно этой схеме имеется только два разводящих трубопровода, причем каждый из них служит для подачи воды в соответствующую зону. В трубопровод первой зоны вода подается непосредственно из городского водопровода. Противопожарные насосы подключены к магистральному трубопроводу первой зоны. К магистрали второй зоны подключены насосы, обеспечивающие в ней необходимое давление. Оба магистральных трубопровода соединены между собой перемычками с установленными на них обратными клапанами таким образом, что они могут пропускать воду только из первой зоны во вторую. Сдвоенные пожарные стояки выполнены однозонными и присоединены к обеим магистралям. На подводке к этим стоякам от магистрали первой зоны также установлен обратный клапан. Водоразборные стояки первой и второй зон подключены к соответствующим магистралям, но с той лишь разницей, что у первой зоны она с нижней разводкой, а у второй - с верхней. На присоединениях этих разводящих магистралей размещены регуляторы давления. Система работает следующим образом. При водоразборе давление в разводящей магистрали первой зоны меньше, чем в магистрали второй зоны, поэтому обратные клапаны на перемычках, соединяющих эти магистрали, закрыты. По этой же причине закрыты клапаны на подводках к пожарным стоякам от магистрали первой зоны. Таким образом, магистрали и водоразборные стояки первой и второй зон полностью Рис. 3. Двухзонная схема водоснабжения зданий (М. Е. Соркин, МНИИТЭП): 1 - вводы водопровода; 2 - хозяйственный насос второй зоны; 3 - противопожарный насос; 4 - перемычка между подводящими магистральными трубопроводами; 5 - пожарные стояки; 6 - хозяйственные водоразборные стояки; 7 - регулятор давления; 8 - обратный клапан

About the authors

Sayriddin Sh. SAYRIDDINOV

Togliatti State University

Email: vestniksgasu@yandex.ru

References

Supplementary files