Высотные дома: общие положения к техническим требованиям
Т. И. Садовская, главный специалист ФГУП «СантехНИИпроект»
Высотные многофункциональные и жилые комплексы определяют облик урбанизированной среды и появляются в столичных городах, где постоянно идет строительство крупных административно-управленческих, гостиничных и жилых зданий [1].
В послевоенные годы в Москве было возведено семь высотных зданий, в 1960–70-е годы в Москве построили такие высотные комплексы (до 25 этажей), как здания Нового Арбата, Дом Туриста, гостиница «Националь». В 1990-е годы появились административные комплексы Газпрома, Сбербанка на Тульской, многофункциональные жилые комплексы на Можайском шоссе, 3оологической улице, «Алые паруса» и др.
Существуют проекты строительства 60 высоток в срединном поясе столицы (между Садовым и Третьим транспортным кольцом), 20 высоток Международного делового центра «Москва-Сити».
Пресса и общественность активно обсуждают, нужны ли Москве небоскребы. Но пока продолжается дискуссия, в Москве продолжается строительство высотных зданий (зданий высотой более 75 м). Правда, вместо запланированных высоток для офисов, гостиниц, супермаркетов проектируются и строятся жилые высотные здания до 35–40 этажей (то есть высотой до 130 м). При этом действующие федеральные и московские нормативные документы на проектирование жилых зданий распространяются на жилые здания до 25 этажей включительно.
А как же проектировать здания более 25 этажей?
В соответствии со СНиП 10-01-94, СНиП 21-01-97 [2, 3] проектирование таких зданий, комплексов (кроме соблюдения действующих нормативных документов) необходимо выполнять по индивидуальным техническим условиям по всем разделам проекта, разработанным для объекта.
Технические условия на проектирование инженерных систем должны включать особенности противопожарной защиты здания с учетом конкретных объемно-планировочных решений, включать комплекс дополнительных инженерно-технических мероприятий. Технические условия должны согласовываться в установленном порядке с органами надзора и утверждаться заказчиком.
В качестве практического руководства при разработке технических условий на проектирование и строительство высотных зданий (высотой более 75 м и до 150 м) в Москве следует использовать «Общие положения к техническим требованиям по проектированию жилых зданий высотой более 75 м». «Общие положения» разработаны группой научно-исследовательских и проектных институтов Москвы по заказу Москомархитектуры, согласованы со всеми органами надзора, распространяются ГУП ЦПП.
Нежилые помещения, размещенные в жилых высотных зданиях, проектируются в соответствии с действующими нормативными документами.
При проектировании конструкций здания принимается первый класс ответственности с учетом коэффициента надежности: 1,1 – для зданий свыше 75 м до 100 м; 1,15 – свыше 100 м до 125 м; 1,2 – свыше 125 м до 150 м.
Жилые высотные здания следует проектировать в соответствии с требованиями, предъявляемыми к жилищу: I категории – по уровню комфорта [4]; категории А (высококомфортные здания) – по допустимому шуму, вибрации и звукоизоляции ограждающих конструкций [5].
Уровень комфорта по метеорологическим условиям в жилых помещениях определяется заданием на проектирование.
При строительстве и проектировании инженерных систем высотных жилых зданий возникают проблемы [6], требующие специального изучения и принятия нестандартных решений. Это проблемы противодымной защиты при пожаре, воздействия окружающей среды, теплоснабжения и отопления, вентиляции, систем автоматизации и управления, наконец, проблемы безопасности и психологического дискомфорта.
Рассмотрим некоторые особенности отдельных систем комплекса инженерного обеспечения жилого высотного здания.
Противодымная защита при пожаре
Жилая часть здания разделяется на пожарные отсеки высотой не более 50 м и площадью этажа не более 2 400 м 2 . Каждый пожарный отсек жилой части здания отделяется от другого пожарного отсека техническим этажом (с перекрытиями RЕI 90) или противопожарным перекрытием (REI 180).
Для каждого пожарного отсека проектируются самостоятельные системы: отопление, противопожарный и общий водопровод, противодымная и общеобменная вентиляция, противопожарная автоматика. Шахты инженерных коммуникаций (в том числе мусоропроводов) жилой и нежилой частей здания выполняются раздельными.
Для противодымной защиты жилой части здания предусматриваются:
— системы дымоудаления из поэтажных коридоров с учетом разделения дома на пожарные отсеки;
— системы подпора воздуха в отсеках незадымляемых лестничных клеток типа Н2;
— системы подпора воздуха в тамбур-шлюзы в подвале перед лифтами и лестничными клетками;
— системы подпора воздуха в шахты лифтов.
Пределы огнестойкости шахт дымоудаления предусматриваются не менее REI 180, коммуникационных шахт не менее REI 180 (если они пересекают границы пожарного отсека), REI 90 (если они не пересекают границы пожарного отсека). При этом теплоизоляция оборудования, коммуникаций, а также трубопроводы инженерных систем должны быть изготовлены из негорючих материалов. Трубопроводы отопления и водоснабжения в пределах квартиры (кроме стояков) могут выполняться из горючих материалов группы Г1 и Г2. При пересечении противопожарных стен и перекрытий воздуховодами систем вентиляции предусматривается установка противопожарных клапанов с пределом огнестойкости RЕI 90 и с выводом информации о положении клапанов на пульт в диспетчерскую.
Защита от воздействия факторов окружающей среды
Высотные здания более 25 этажей особенно подвержены воздействию факторов окружающей среды (ветра, шума, загрязненности и температуры воздуха), у стен здания возникают мощные турбулентные потоки, затрудняющие даже подходы к ним.
Следует отметить, что воздействие факторов внешней среды на высотное здание меняется по высоте.
Например, скорость ветра по мере отрыва от земли увеличивается от расчетной величины 4 м/с до 7,5 м/с на уровне 35-го этажа.
Удаленные шумы могут увеличивать шумовое воздействие на высоких этажах, шумовой режим в высотных зданиях может ухудшиться от звуков взаимодействия ветра с ограждениями открытых лоджий, окон, от шума лифтов, мусоропровода.
Нестабильные по высоте и контрастные по ориентации фасадов здания условия воздушно-теплового режима изменяют условия воздухообмена, провоцируют «опрокидывание тяги». На нижних этажах наблюдается приток воздуха снаружи; на верхних этажах – эксфильтрация, таким образом создается переток загрязненного воздуха с нижних этажей на верхние.
Выше уровня 16–20 этажей использование обычных открытых лоджий сводится к минимуму, выше 20–22 этажей рекомендуется в целях безопасности предусматривать окна с неоткрываемыми наружными створками.
Внутри высотных зданий также возникают неуправляемые воздушные потоки, отрицательно воздействующие на работу систем вентиляции. Для ограничения вертикальных и горизонтальных путей перетекания воздуха используются промежуточные технические этажи, предусматривается шлюзование при выходе из них на лестничные клетки и в лифтовые холлы, шлюзование входов в здание, двойные двери при входе в квартиры, повышенная герметизация междуэтажных перекрытий, шахт.
Уровень теплозащиты жилых высотных зданий должен соответствовать требованиям второго этапа энергосбережения. Особого внимания требуют теплотехнические расчеты ограждающих конструкций, имеющих разные теплопроводные включения (железобетонные перемычки, сквозные швы из раствора, стыки панелей, откосы проемов и др.). Важно правильно оценить коэффициент теплотехнической однородности. Потери тепла в здании из-за неоднородности ограждающих конструкций могут увеличиться на 20–30 %.
Теплоснабжение и отопление
Теплоснабжение систем отопления, горячего водоснабжения, вентиляции и кондиционирования (далее – системы внутреннего теплоснабжения) осуществляется, как правило, от тепловых сетей систем централизованного теплоснабжения города.
Допускается принимать автономные источники теплоснабжения, в которых в качестве топлива используется природный газ.
Для систем внутреннего теплоснабжения обеспечивается бесперебойная подача тепла в количестве не менее требуемого расхода на отопление здания. 100%-е резервирование подачи тепла для всех систем может приниматься по заданию на проектирование. Присоединение внутренних систем здания к тепловым сетям осуществляется:
— для систем отопления и приточной вентиляции по независимой схеме через теплообменники с автоматическим регулированием температуры теплоносителя по графику;
— для системы горячего водоснабжения через теплообменники с использованием сетевой обратной воды от систем внутреннего теплоснабжения и с автоматическим регулированием температуры горячей воды.
Для каждой группы систем отопления и вентиляции предусматривается не менее двух теплообменников. Причем для систем отопления теплообменники подбираются со 100%-м резервом по поверхности нагрева. Необходимость резервирования поверхности нагрева для теплоснабжения систем вентиляции и горячего водоснабжения определяется заданием на проектирование. Системы внутреннего теплоснабжения жилой и общественной частей здания (для каждой зоны, соответствующей пожарному отсеку) присоединяются по самостоятельным трубопроводам от распределительного и сборного коллекторов или от своего теплообменника. При необходимости для каждой группы потребителей могут устанавливаться теплосчетчики.
Системы отопления для жилой части проектируются раздельными по вертикальным пожарным отсекам и для групп помещений другого назначения (общественные и др.). Гидростатическое давление системы отопления каждой зоны не должно превышать расчетное рабочее давление используемых отопительных приборов и арматуры.
В жилых высотных зданиях предусматриваются регулируемые системы отопления с установкой автоматических регуляторов прямого действия у каждого отопительного прибора по следующим схемам:
— вертикальная однотрубная или двухтрубная с разводкой магистральных трубопроводов по техническим этажам и, как правило, установкой приборов учета тепла на каждую систему;
— двухтрубная поквартирная с установкой приборов учета тепла для каждой квартиры.
Для компенсации удлинения труб двухтрубных систем отопления в средней части стояков устанавливаются компенсаторы, для компенсации удлинения каждого стояка в пределах этажа однотрубной системы используются изгибы труб при смещенном замыкающем участке.
Вентиляция и кондиционирование
Системы вентиляции жилой части высотного здания следует проектировать отдельными для каждого пожарного отсека.
Воздухообмен в квартирах следует принимать в объеме не менее одной из величин:
— 30 м 3 /ч наружного воздуха на одного человека в части здания с открываемыми окнами;
— 60 м 3 /ч наружного воздуха в части здания с неоткрываемыми окнами.
Допускается применение приточно-вытяжных систем как с естественным, так и с механическим побуждением.
Возможно использование комбинированных систем с естественным побуждением в осенне-зимний период года при температуре наружного воздуха ниже 5 °C и с механическим побуждением в теплый период года. Какой же системе следует отдать предпочтение?
Особенности работы каждой системы подробно описаны В. И. Ливчаком [7]. В России для зданий повышенной этажности в основном применялись системы вытяжной вентиляции с естественным побуждением и за счет неорганизованного притока воздуха через форточки, а при закрытых окнах за счет инфильтрации через неплотности оконных коробок.
Скандинавские и некоторые другие европейские страны (Франция, Германия), по крайней мере с 1995 года, достаточно часто применяют вытяжную вентиляцию с принудительным побуждением и с неорганизованным притоком воздуха под естественным давлением через приточные устройства с клапанами в наружных стенах, либо через гидростатические приточные клапаны в конструкции оконной коробки, либо с механической приточной вентиляцией. В современных зданиях и, конечно, в том числе в высотных ограждающие конструкции (покрытия, стены, окна) обеспечивают высокий уровень теплозащиты от воздействия наружного климата – потери тепла сократились в 3 раза.
При этом воздухопроницаемость новых окон настолько уменьшилась, что при закрытых окнах практически отсутствует инфильтрация и, конечно, не обеспечивается нормируемый воздухообмен, возникает синдром герметичных зданий: духота и повышенная влажность в квартирах, плесень на стенах. Кроме того, во многих квартирах устанавливаются вытяжки – воздухоочистители на кухнях с индивидуальным вентилятором, что приводит к «опрокидыванию» движения воздуха в общем вертикальном канале и к проникновению загрязненного воздуха в чужие квартиры.
Усложняет работу встроенных в наружные ограждения приточных устройств активное ветровое воздействие на высотное здание, возникающие мощные турбулентные потоки у стен. Очевидно, при этих условиях более надежно и стабильно будут работать системы вентиляции с искусственным побуждением. Системы вытяжной вентиляции проектируются с общим вентилятором для групп помещений одного назначения (кухонь, туалетов, ванных комнат), размещаемых друг над другом по вертикали, с переменным расходом удаляемого воздуха (путем изменения числа оборотов вентилятора по датчику давления в воздуховоде) в зависимости от количества открываемых клапанов в обслуживаемых системой квартирах. Нормальную работу систем обеспечит повышенная герметичность поэтажных и сборных каналов (для исключения подсосов), междуэтажных перекрытий и входных дверей в квартиры, тщательный аэродинамический расчет системы с повышенным сопротивлением поэтажных ответвлений и предельно допустимым сопротивлением общих участков, рассчитанным с учетом естественного давления.
Подача приточного воздуха обеспечивается от центральной установки, в которой воздух очищается и подогревается. Возможно устройство приточной системы с переменным расходом подаваемого воздуха в зависимости от включения вытяжных устройств в квартирах или общего вентилятора вытяжной системы. Приготовление приточного воздуха может обеспечиваться также в индивидуальных приточно-вытяжных установках, размещаемых непосредственно в квартире (в подшивных потолках кухни, санузлов, коридора), с утилизацией тепла удаляемого из квартиры воздуха и регулированием температуры приточного воздуха в каждой квартире.
При необходимости можно создать более комфортные условия для проживания – предусмотреть охлаждение воздуха в теплый периода года. Наиболее простой вариант – установка в квартире кондиционера раздельного типа (сплит-системы), при этом при проектировании нужно предусматривать специальные места для установки наружных блоков, чтобы не нарушать архитектурный облик зданий. Другой вариант – центральная система холодоснабжения, при которой в квартирах имеется возможность подключать индивидуальные охладители (вентиляторные доводчики) с охлажденной водой, приготавливаемой в одной холодильной установке на секцию.
Системы автоматизации и диспетчеризации
Систему автоматизации и диспетчеризации инженерного оборудования рекомендуется выполнять единой для всего здания, строить по модульному принципу, предусматривая возможность для подключения новых зон, областей контроля или управления в систему диспетчеризации или эксплуатации. Система должна обладать высокой надежностью и строиться на базе децентрализованной локальной сети по пожарным отсекам. К системам и комплексам, подлежащим автоматизации в высотных зданиях, относятся до 20 систем.
Система автоматизации противодымной защиты при пожаре выполняется на основе требований действующих документов, с учетом основных мероприятий по обеспечению противопожарной защиты жилой части высотных зданий.
Диспетчеризация выполняется в соответствии с техническими условиями на подключение к системе диспетчеризации и в объеме, заданном заказчиком.
В «Общих положениях» приведен примерный состав и структура технических условий на проектирование жилого здания высотой более 75 м.
В заключение хочется отметить следующее.
Следует согласиться с профессором Ю. А. Табунщиковым, что высотные здания надо проектировать как интеллектуальные здания. Современные высотные здания являются сложным объектом тепловлажностного и воздушного режима, формируемого под влиянием метеорологических условий (температуры, давления, ветра), внутренних тепловлаговыделений и воздушных потоков и работоспособности внутренних инженерных систем.
В высотных зданиях может действовать более 30 инженерных систем, большая часть которых, правда, в разной степени, подлежит автоматизации и управлению.
При строительстве и проектировании возникают проблемы, для решения которых необходимо рассматривать здание как единую энергоаэродинамическую систему, нужна комплексная разработка ограждающих конструкций и всех инженерных систем при взаимодействии проектировщиков, строителей, инвесторов и заказчиков, что позволит создавать энергоэкономичные, надежные и комфортные для людей здания.
Следует отметить также, что НП «АВОК» уже не раз рассматривало «проблемы» высотных зданий. Видимо, было бы полезно продолжить эту рубрику, предложить обменяться опытом проектирования, строительства, эксплуатации отдельных высотных зданий в России и за рубежом. n
