Предыдущая статья Следующая статья
ВОДОСНАБЖЕНИЕ И ВОДООТВЕДЕНИЕ ВЫСОТНЫХ ЗДАНИЙ
Человек в высотных зданиях ощущает оторванность от земли, испытывает чувство неуверенности.
Это необходимо компенсировать повышенной комфортностью среды обитания /15/.
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 ванны, паровые души, ингаляторы и т.д.), а также для обеспечения проживающих кондиционированной водой, качество которой не уступает бутылированной воде.
Архитектурные решения должны предусматривать в составе жилой квартиры не второстепенные маленькие ванны и туалеты, а просторные «ячейки здоровья», оснащенные самым современным оборудованием для восстановления духовного и физического здоровья основной ценности и производительной силы общества – человека.
Для реализации основных особенностей систем водоснабжения высотных зданий при разработке проектной документации, по сравнению с современной практикой проектирования систем, необходимо выполнять многовариантное проектирование, анализируя надежность, функциональность, ресурсосбережение на всех стадиях проектирования.
На начальных стадиях проектирования необходимо формировать не только водный, но и водохозяйственный и энергетический баланс здания, которое по количеству и разнообразию потребителей сопоставимо с крупным микрорайоном обычной застройки.
В балансе следует подробно рассмотреть потребности в воде с выделением питьевой, хозяйственной, технологической, противопожарной потребностей.
Анализ нескольких вариантов балансов с использованием оборотных, последовательных схем водоснабжения и водоотведения, утилизации теплоты, возобновляемых источников энергии позволит оптимизировать состав систем, нагрузки на них, снизить общее водо-, тепло-, электропотребление.
Для повышения надежности целесообразно разделять системы различного назначения, так как надежность специализированных систем обычно выше, чем универсальных.
При выборе противопожарных систем следует учитывать концепцию обеспечения безопасности людей в высотных зданиях, которая основывается на следующих положениях, отражающих специфику как самих зданий, так и применяемых средств обеспечения безопасности:
• На высоте 150–200 м в случае чрезвычайных ситуаций помощь людям извне крайне ограничена. Безопасная эвакуация большого числа людей без должного управления и защиты эвакуационных путей практически невозможна. В этих условиях качественно возрастает роль надежности систем защиты, что должно быть учтено при их проектировании.
• Обеспечение самостоятельной эвакуации всех людей из высотного здания не может быть обязательным условием их безопасности. Следует предусматривать возможность эвакуации первоначально только части людей, а также возможность нахождения людей в здании до прихода помощи.
• Обязательным пунктом обеспечения безопасности людей в современных условиях следует считать комплексное взаимодействие всех систем безопасности здания: противопожарной защиты, контроля доступа, охраны, видео наблюдения.
• Комплексное обеспечение безопасности предполагает качественно новый технический уровень разработки алгоритма взаимодействия инженерных систем обеспечения безопасности людей. Этот алгоритм должен быть составной частью проектов высотных зданий.
• Концепция обеспечения безопасности людей для каждого высотного здания и инженерные решения по ее реализации должны разрабатываться и утверждаться на всех стадиях проектирования.
На последующих стадиях проектирования и разработки схемных решений отдельных систем для повышения надежности следует использовать временное, элементное и функциональное резервирование.
Повышение гидравлической надежности систем хозяйственного и питьевого водоснабжения обеспечивается зонированием их по высоте здания.
Высота зоны принимается из условия обеспечения максимального допустимого давленияперед водоразборной арматурой /4/. Желательно, чтобы высота зоны совпадала с высотой пожарного отсека резервированием водопитателей, присоединением системы к водопитателю несколькими вводами. В зданиях высотой до 250 м предусматривают не менее двух вводов от независимых водопитателей (отдельных линий наружной кольцевой водопроводной сети), при большей высоте каждый ввод прокладывают в две линии, каждая из которых должна пропускать не менее 50 % расчетного расхода.
Проектирование установок для повышения давления должно выполняться в соответствии с /4,5/. Насосы должны иметь резерв, величину которого следует рассчитывать исходя из требуемой надежности водообеспечения или принимать по /5/ .
Все насосные агрегаты и другое оборудование должны иметь системы автоматизации, диспетчеризации и управления с возможностью ручного и дистанционного управления. Желательно эти системы интегрировать в автоматизированную систему управления зданием.
Размеры помещения для размещения насосных установок, трубопроводов, арматуры, электрических щитов силового оборудования и автоматики необходимо определять в соответствии с /5/ и другими нормативными документами, а также с учетом удобств эксплуатации инженерного оборудования, расположенного в помещении насосной станции.
В помещении насосных станций могут располагаться мембранные баки и другое необходимое оборудование. Для перемещения оборудования и арматуры или неразъемных частей блоков оборудования следует предусматривать инвентарные подъемно-транспортные устройства в соответствии с /27/.
Двери в помещениях насосных станций или другого инженерного оборудования должны выходить в лифтовые холлы, лестничные клетки или в помещения, откуда возможно транспортировать инженерное оборудование.
Шум и вибрация в помещениях здания от насосных агрегатов (кроме пожарных) не должны превышать допустимых значений, установленных в санитарных нормах /28, 29, 30/.
Водопроводные сети принимают кольцевыми. Большое влияние на надежность оказывает материал трубопроводов, зарастание или коррозия которых приводит к ухудшению гидравлических характеристик, к авариям и сбоям в подаче воды потребителям. Правильный выбор материала трубопровода, применение медных и пластмассовых и труб, мало подверженных коррозии и зарастанию, значительно увеличивает надежность и долговечность систем.
Водонапорные баки, обеспечивая временное резервирование, создают регулирующий и аварийный запас воды в здании и стабилизируют давление воды в системе.
Для обеспечения бесперебойной подачи воды необходимого качества потребителям в течение длительной эксплуатации внутридомовых систем (более 50 лет) при изменяющихся параметрах внутренних и наружных водопроводных сетей необходимо повышать надежность систем по герметичности. В связи с большим количеством мест водоразбора на надежность системы по герметичности значительное влияние оказывает качество и долговечность уплотнительных элементов.
Замена резинометаллических уплотнений на керамические позволяет на порядок уменьшить число утечек через водоразборную арматуру. Специальные регулирующие элементы из керамики имеют широкую зону уплотнения и выдерживают давление до 5,0 МПа, надежно работают при резких перепадах температуры и давления. На гидравлическую надежность системы водоснабжения большое влияние оказывают потери воды, которые перегружают водопроводные сети и сооружения, в результате чего часть высокорасположенных потребителей не получает воду.
Поэтому борьба с потерями воды и рациональное ее использование (см. Ресурсосбережение) повышают общую гидравлическую надежность системы.
Для снижения гидравлической неустойчивости работы внутренних сетей, когда температура воды резко изменяется при включении смесителей у соседей или в рядом расположенном помещении, целесообразно использовать коллекторную квартирную разводку, когда каждый смеситель соединен отдельным трубопроводом с общим коллектором, присоединенным к стояку. Стояки, регулирующую арматуру, контрольно-измерительные приборы (счетчики воды) желательно выносить за пределы квартир, чтобы служба эксплуатации в аварийных ситуациях могла оперативно отключать аварийные участки, размещенные в квартирах и помещениях собственников.
Повышение санитарно-гигиенической надежности во внутридомовых системах осуществляется путем применения водоразборной арматуры с устройствами, исключающими попадание загрязненной воды из санитарных приборов или канализации в водопроводную сеть, применением приборов, минимально загрязняющихсяв процессе эксплуатации, использованием местных или индивидуальных установок для доочистки и кондиционированием воды.
Надежность противопожарного водоснабжения обеспечивается устройством нескольких уровней водной противопожарной защиты и соединением их в единую информационную систему, объединяющую также системы пожарной сигнализации, наблюдения и оповещения.
В высотных зданиях проектируют автоматические системы пожаротушения и системы с пожарными кранами.
Все системы выполняют раздельными с зонированием по высоте здания. На системах предусматривают резервуары объемом не менее 6 м3.
Все помещения многофункциональных высотных зданий, а также нежилые помещения, расположенные в жилых домах, холлы и пути эвакуации следует оборудовать установками автоматического водяного пожаротушения и автоматической пожарной сигнализацией, за исключением жилых квартир, лестниц, помещений с мокрыми процессами, а также помещений для инженерного оборудования, в которых отсутствуют горючие материалы.
Системы пожаротушения проектируют в соответствии с требованиями действующих нормативов /4, 9, 23, 24, 25/.
Автоматические системы – спринклерные, дренчерные и спринклерные с применением тонкораспыленной воды – должны иметь в каждом противопожарном отсеке самостоятельные коммуникации, приборы и узлы управления установок водяного пожаротушения.
Установки водяного пожаротушения каждой зоны должны быть оснащены патрубками с обратными клапанами, задвижками и соединительными головками Д-80 мм. Соединительные головки должны быть выведены наружу здания, располагаться в местах, удобных для подъезда пожарных автомобилей и обозначенных световыми указателями и пиктограммами.
Насосные станции установок водяного пожаротушения следует размещать в верхних подземных этажах.
Допускается насосы-повысители размещать на промежуточных технических этажах. Количество резервных насосов определяют расчетом или по /5/. Насосные станции должны иметь отдельный выход наружу или на лестничную клетку.
Противопожарные системы с пожарными кранами должны подавать расчетное количество струй, определяемое расчетом, исходя из возможной пожарной нагрузки в помещениях.
Расход воды на внутреннее пожаротушение в каждом пожарном отсеке высотной надземной части здания должен составлять 8 струй по 5 л/с каждая /15/. Системы следует зонировать по высоте здания. Высота зоны должна соответствовать высоте вертикальных пожарных отсеков. Для подключения пожарных машин внутренние сети противопожарного водопровода каждой зоны здания должны иметь два выведенных наружу пожарных патрубка с соединительной головкой диаметром 80 мм для присоединения рукавов пожарных автомашин с установкой в здании обратного клапана и задвижки, расположенных в непосредственной близости от наружного входа.
К этим системам подключают спринклерные оросители, установленные над входными дверями квартир снаружи. Оросители присоединяют к стоякам внутреннего противопожарного водопровода через реле протока.
В дополнение к основным пожарным кранам в каждой квартире жилой части здания устанавливают внутриквартирные пожарные краны /26 /.
На балконах (лоджиях), прилегающих к незадымляемым лестничным клеткам, проектируют сухотрубы диаметром 80 мм с пожарными кранами на каждом этаже, оборудованными в уровне 1-го этажа патрубками для подключения насосов высокого давления пожарных автомобилей.
Комфортабельность и функциональность систем водоснабжения и водоотведения повышается путем оборудования квартир разнообразными приборами для восстановительных, лечебных, косметических процедур с использованием гидромассажа, парных, тренажеров, аромотерапии и т. д.
В дополнение к кухонным мойкам используются посудомоечные машины, значительно повышающие удобство и качество мойки посуды и столовых принадлежностей. Кухонные мойки оборудуют дробилками (комминуторами), что позволяет измельчать отходы и не тратить время на их хранение и удаление. Мойки для удобства обработки продуктов и посуды оборудуют двумя чашами, сливной доской, дозатором моющих веществ, устанавливают смеситель с душевой регулируемой сеткой на гибком шланге, чтобы было удобно смывать и ополаскивать посуду. Рациональны мойки, сблокированные с газовой или электрической плитой и холодильником. Такой блок особенно удобен для офисов и малогабаритных кухонь.
Стиральные машины практически освобождают от значительных затрат времени на удаление грязи с одежды, обеспечивают высокое качество стирки при минимальном расходе воды. Для повышения удобства их размещают в ванной, реже – на кухне, где проводят сушку белья.
Комфортность и эргономичность смесителей, устанавливаемых с санитарными приборами, совершенствуют в направлении повышения удобства и безопасности пользования. В дополнение к традиционным – двухвентильным смесителям – применяют термостатические смесители, смесители с одной рукояткой, автоматическую арматуру.
Термостатические смесители обеспечивают стабильность поддержания температуры, быстродействие, возможность отключения подачи воды во время процедуры, исключают возможность ожога при нестабильной работе водопроводной сети и прекращении подачи холодной воды. Они оборудованы кнопкой безопасности, которая ограничивает регулировку температуры до 38 °С, дальнейшее увеличение температуры возможно только после нажатия этой кнопки.
Смесители с одной рукояткой легки в управлении, позволяют быстро и точно установить желаемую температуру и расход воды, долговечны, имеют современный дизайн. Эти элементы имеют встроенный ограничитель расхода и могут быть оборудованы ограничителем температуры.
Автоматическая арматура обеспечивает удобный и гигиеничный пуск без прикосновения к деталям арматуры за счет использования инфракрасных, ультразвуковых или емкостных датчиков и системы управления.
Большое внимание следует уделить акустическим характеристикам оборудования и трубопроводов. Высококачественные смесители и санитарные приборы практически бесшумны.
Пластмассовые трубопроводы способствуют снижению шума в 2–4 раза по сравнению с металлическими.
В связи с тенденцией строительства интеллектуальных зданий, с широким применением информационных технологий и комплексной компьютерной обработки данных для повышения удобства пользования многие приборы и оборудование снабжаются микропроцессорами для управления.
Высотные здания следует оборудовать комплексной автоматизированной системой, которая, в частности, включает автоматическую систему наблюдения исправного состояния водоразборной арматуры, смывных бачков, мест утечек воды, собирает данные со счетчиков воды и тепла.
Высококачественные ванны, души, унитазы оборудуют электронным управлением, обеспечивающим регулирование продолжительности процедуры, температуры воды, помощь для получения полезных указаний синтезированным голосом, автоматическую дезинфекцию и т. д. Стиральные и посудомоечные машины имеют гибкую систему программирования технологических режимов.
Ресурсосбережение в системах водоснабжения и водоотведения высотных зданий требует новых подходов и проектных решений, так как традиционные нормы проектирования /4/ включают значительную долю потерь.
Потери в системах водоснабжения достигают 50–60 %, что значительно превышает потери готового продукта в других отраслях народного хозяйства (2–5 %). Среднее удельное водопотребление на одного человека (305 л/чел. сут.) более чем в два раза превышает потребление в европейских странах (120–150 л/чел. сут.).
Для того чтобы объективно оценить резервы экономии и эффективного использования ресурсов в системе без ущемления потребителя и ухудшения качества коммунальных услуг, необходимо из привычного понятия «водопотребление» выделить понятие «потребность в воде». Водопотребление, определяемое делением общего количества воды, поданного системой, на число потребителей, характеризует сложившийся уровень эксплуатации системы, а не степень удовлетворения потребителя.
Поэтому оно не может быть характеристикой качества работы системы.
Потребность в воде должна характеризовать оптимальное количество воды, которое обеспечивает питьевую, санитарно-гигиеническую, хозяйственную потребность человека в современной благоустроенной квартире, т. е. основную качественную характеристику, соответствующую назначению водопровода как системы жизнеобеспечения. Разница между величинами потребления и потребности является объективным резервом в системе, т. к. снижение уровня подачи ниже потребности является отказом в ее работе.
Потребность в воде должна определяться врачами-специалистами по гигиене, однако официальные, систематизированные отечественные исследования по этому вопросу отсутствуют. На основании отечественных и зарубежных исследований водопотребления непосредственно у потребителей эта величина оценивается на уровне 50–130 л/чел. сут., при этом нижний предел соответствует минимальному благоустройству жилища, а верхний – оптимальному (стандартному). Учитывая технически обусловленные (минимальные) потери воды, социальная потребность принята в размере 140 л/чел. сут.
Резервы экономии и эффективного использования ресурсов в системах холодного и горячего водоснабжения, вычисленные на основе социальной потребности в воде, приведены в табл. 1.
Таблица1 Ресурсы в хозяйственно-питьевом водопроводе жилых зданий |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
Эффективность ресурсосбережения в системах водоснабжения в 4–6 раз выше по сравнению с новым строительством.
Для реализации высокого потенциала ресурсосбережения и эффективного использования энергии в современных социально-экономических условиях необходимо совершенствование нормативно-правовой базы в направлении создания социально-экономических стимулов экономии энергии и воды с помощью тарифной, налоговой политики, использования дифференцированных нормативов потребления воды и энергии, учитывающих конкретные условия водопользования, четкого распределения ответственности запотребление ресурсов между поставщиками, посредниками, потребителями коммунальных услуг, исключающими возможность включения потерь в себестоимость услуг, разработку методик определения эффективности различных технических мероприятий по рациональному использованию ресурсов в конкретных условиях /22/.
Технические мероприятия по эффективному использованию тепловой, электрической энергии и воды в основном опробованы в отечественной практике и могут быть рекомендованы для высотных зданий.
Мероприятия по экономии воды:
1. Использование надежной водоразборной арматуры, уменьшающей утечки воды (арматура с керамическими уплотнениями, седлами из нержавеющей стали, клапанами из высококачественной резины и синтетических уплотнителей и т. д.).
2. Применение смесителей с одной рукояткой, термостатических смесителей, полуавтоматической и автоматической арматуры, снижающих непроизводительные расходы воды.
3. Установка смывных бачков рационального объема (4–6 л), двойного смыва (3,6 л).
4. Снижение избыточного давления в системах холодного и горячего водоснабжения путем использования водонапорных баков, регуляторов давления, расхода, зонирования, регулируемого привода насосов, диафрагмирования подводок, установки аэрирующих насадок, струевыпрямителей.
5. Стабилизация качества и температуры воды, что снизит бесполезные сливы воды низкого качества.
6. Применение оборотных и последовательных систем водоснабжения.
7. Использование дождевых вод для технических и бытовых целей.
8. Установка приборов учета количества потребленной воды.
Мероприятия по эффективному использованию тепловой энергии в системах водоснабжения:
1. Использование местных систем горячего водоснабжения с электрическими и газовыми водонагревателями, значительно снижающими теплопотери в системе.
2. Применение эффективной теплоизоляции.
3. Стабилизация температурного режима в централизованных системах горячего водоснабжения.
4. Применение пластинчатых водонагревателей и автоматизация тепловых пунктов.
5. Установка полотенцесушителей на циркуляционных стояках.
6. Возможность регулирования режима работы полотенцесушителей в теплое время года.
7. Применение пластмассовых труб с малой теплопроводностью.
8. Установка счетчиков тепловой энергии.
Мероприятия по эффективному использованию электрической энергии:
1. Уменьшение массы перекачиваемой воды за счет снижения водопотребления и рационального использования воды.
2. Снижение гидравлического сопротивления трубопроводов путем использования пластмассовых труб, предотвращения зарастания и коррозии внутренней поверхности труб.
3. Применение регулируемого привода для насосных установок.
Особенности проектирования бытовой канализации в высотных зданиях достаточно подробно освещены в /18/.
Вопросы надежности водоотведения стоков по одному канализационному стояку на всю высоту здания при сохранении устойчивости гидравлических затворов достаточно обоснованы. Однако большую опасность представляют не срывы гидрозатворов, а засоры стояков, возникающие при эксплуатации, что приводят к затоплению квартир, значительному материальному ущербу, особенно на первых этажах зданий. При ликвидации таких засоров в первую очередь отключают водопровод, чтобы прекратить приток стоков. В многозонных системах это может потребовать много времени для отключения водопроводов в различных зонах, что приведет к поступлению в квартиру значительного количества стоков (расчетный расход стоков может достигать 4–6 л/с).
Поэтому следует рассмотреть вопрос и о зонировании бытовой канализации, так же как и водопровода.
Вопрос определения расчетных расходов в системах канализации не по методике СНиП 2.04.01-85*/4/ , а по методике СП 40-107-2003 /19/ требует дополнительного обсуждения, т. к. получаемые результаты по этим методикам отличаются незначительно, а возможности методики /19/ значительно меньше, чем по СНиП /20, 21/.
Ливневая канализация высотных зданий (внутренние водостоки) должна выполняться с закрытым выпуском, чтобы погасить значительную кинетическую энергию падающей с большой высоты дождевой воды и исключить размыв грунта. Учитывая возможность засорения водосточного стояка и заполнение его до кровли здания, водосток должен выполняться из высоконапорных труб, т. к. давление у основания стояка может достигать 2,0 МПа (20 атм.).
Повышение давления в водосточном стояке возможно и при летних ливнях, когда в короткий период может выпасть месячная норма осадков, на которую не рассчитана пропускная способность стояка.
Ревизия, размещаемая у основания стояка для прочистки, будет представлять значительную опасность для обслуживающего персонала, которому необходимо открывать ее при большом давлении. Поэтому для снижения давления до безопасного (0,6 МПа) целесообразно резервировать водосточный стояк, выполнив перемычки между несколькими стояками на высоте 30–60 м.
Проблемы надежности, безопасности, функциональности, ресурсосбережения, возникающие при проектировании, строительстве и особенно эксплуатации систем водоснабжения и водоотведения высотных зданий в российских условиях, очень многообразны и не имеют необходимого научного, методического, экспериментального обоснования и в недостаточной степени отражены в действующих нормативах /4–10/, ориентированных в основном на мало и среднеэтажную застройку.
Проект новых нормативов /15/ в разделе «Водоснабжение и канализация» дает только рекомендации по конструктивным решениям и ссылки на расчеты по действующим нормативам /3, 4, 17/, что не обеспечивает оптимальное проектирование.
Выводы:
1. Высотные здания являются объектами повышенного риска, значительно отличающимися от серийных зданий требованиями к надежности, безопасности, функциональности, ресурсосбережению систем водоснабжения и водоотведения.
2. В действующих нормативах нет технических требований к качеству жизненно важных систем водоснабжения и водоотведения, которые должны быть основой технических регламентов на эти системы /1/.
3. Технические требования, отражающие особенности высотных зданий, необходимы для оптимального проектирования и особенно для длительной экономичной (ресурсосберегающей) эксплуатации.
4. Структура технических показателей качества может быть принята в соответствии с ГОСТ /2/.
5. Для систематизации и уточнения требований к системам водоснабжения и водоотведения в высотных (и обычных) зданиях необходимо проведение дополнительных исследований по уточнению номенклатуры показателей функциональности, безопасности, надежности и т. д. систем и их количественных значений.
6. В нормативные документы на проектирование необходимо ввести методики расчета, позволяющие оценивать надежность, энергоэффективность и экономичность принятых технических решений.
7. Выбор систем водоснабжения и водоотведения (канализации) должен производится на основе технико-экономического сравнения вариантов водохозяйственного баланса и выполнения требований к надежности и ресурсосбережению.
8. Конструктивные решения элементов систем (сетей, насосных установок, водоразборной и трубопроводной арматуры) должны обеспечивать долговременную эксплуатацию при минимальных затратах на ремонт и обслуживание.