Повышение эффективности использования пространства городской среды невозможно без совершенствования сети подземных городских сооружений, среди которых особое место занимают транспортные тоннели и коллекторы для прокладки инженерных сетей. История массового строительства и эксплуатации объектов подобного рода насчитывает многие десятилетия, а их количество и протяженность делают их существование важным фактором устойчивого развития городов и заметным элементом планирования бюджетов на поддержание и совершенствование городской инфраструктуры.
Повышение энергетической эффективности использования подземных сооружений городов может стать значимым резервом энергосбережения, как на региональном, так и на национальном уровне. В связи с этим в Москве специалистами различных профильных организаций непрерывно проводятся работы по инженерной оптимизации, внедрению инновационных решений и научному обоснованию практического опыта в области строительства и эксплуатации коллекторов различного назначения, типа и глубины залегания [1, 2].
Кроме того, специалисты кафедры ОиВ МГСУ уже не раз вплотную занимались теоретическими изысканиями в области исследования воздушно-теплового режима подземных и специальных сооружений различного назначения. Особенностью всех последних работ было активное использование математического моделирования с проведением численных экспериментов на ЭВМ. Для верификации полученных ранее данных и корректировки дальнейших путей работы была начата и сейчас успешно продолжается серия натурных исследований в подземных сооружениях Москвы.
Основной задачей, решаемой системой вентиляции коллектора, является поддержание воздушно-теплового и газового режима сооружения на приемлемом для эксплуатируемого оборудования и сетей уровне. А также обеспечение необходимых санитарно-гигиенических условий и безопасности пребывания персонала коллектора в период осмотров и проведения работ. Негативными факторами среды, влияющими на воздушно-тепловой и газовый режим сооружения, могут являться повышенная или пониженная влажность и температура внутреннего воздуха, а также его загазованность.
При этом ряд факторов является связанными между собой, а ряд факторов взаимоисключающими. Так, решая проблему загазованности внутреннего объема подземного сооружения средствами системы вентиляции, негативный фактор влияния замещается иными: повышенной или пониженной температурой воздуха, избыточной влажностью и загазованностью от выхлопов автомобильного транспорта.
Эффективность действия системы вентиляции коллектора можно оценивать по интенсивности снижения влияния отрицательных факторов по длине участка коллектора от приточной вентиляционной камеры до вытяжной шахты. Теоретически возможно оценивать эффективность проветривания коллектора по температуре, относительной влажности и газовому составу воздуха. На практике одним из наиболее доступных для натурных исследований путей, является метод косвенной оценки качества работы вентиляции по температурному фактору.
В качестве инструмента проведения исследований был подготовлен программно-аппаратный комплекс на базе сети автономных компактных программируемых регистраторов температуры типа testo 174 и высокопроизводительного портативного компьютера, оснащенного набором специализированного программного обеспечения. Кроме того, в комплект лабораторной установки входили элементы проводной периферии для связи с регистраторами и комплект из многофункционального прибора testo 435-4, оснащенного сменными зондами для измерения температуры, влажности, подвижности воздуха, а также для измерения температуры твердых поверхностей.
План работ предполагал последовательное равномерное размещение регистраторов температуры по длине коллектора на отрезке от приточного патрубка системы вентиляции до точки входа в вытяжную шахту на продолжительный период. В зависимости от динамических свойств воздушно-теплового режима коллектора было возможно заранее программировать регистраторы на различные по продолжительности такты измерений и записи показаний.
Так, в качестве оптимальной величины периода измерений при большинстве испытаний был принят период продолжительностью в 3 минуты. При этом объема памяти регистраторов хватало почти на неделю непрерывной записи показаний. Следует учесть также и то, что часть показаний зафиксированных приборами в начальный и конечный период времени испытаний необходимо было отбрасывать и не учитывать при анализе результатов измерений ввиду искажений, вносимых присутствием рядом с приборами людей из исследовательской команды.
Все регистраторы при программировании были синхронизированы между собой по времени, продолжительности тактов измерений и формату записи результатов измерений в память. В качестве объекта исследований были выбраны несколько наиболее характерных коллекторов на территории различных районов Москвы. При этом среди рассмотренных объектов были представлены сооружения со сравнительно длинной историей эксплуатации, такие как коллектор под улицей Неглинная, коллекторы, введенные в эксплуатацию лишь три-четыре года назад (коллектор «Гражданский»), коллекторы глубокого залегания (коллектор под улицей Большая Дмитровка).
Особое внимание уделялось тому, чтобы в программу исследований были включены как коллекторы с проложенной и действующей тепловой сетью (коллекторы на улицах Большая Дмитровка и Неглинная), так и коллекторы, содержащие лишь кабели связи и энергоснабжения («Гражданский»). Кроме того, среди объектов исследования были коллекторы, построенные открытым способом («Гражданский») и коллекторы щитовой прокладки (коллектор под Большой Дмитровкой).
Исследования воздушно-теплового режима и эффективности действия систем вентиляции велись для всех периодов года. Все объекты исследования находятся в исправном рабочем состоянии и регулярно эксплуатируются, оснащены системами связи, пожарной и охранной сигнализации, рабочего и аварийного освещения, системами приточной механической вентиляции периодического действия.
Вытяжка из коллекторов осуществляется естественным путем и вытеснением под действием системы приточной вентиляции. Включение системы вентиляции производилось регулярно вручную техниками-смотрителями по установленному графику: один час утром перед началом рабочего дня, один — вечером по окончании. На период испытаний изменения в график не вносились. В случае необходимости проведения масштабных работ оставалась возможность включать систему вентиляции в любой момент и на любой промежуток времени.
Также за все время испытаний коллекторы работали штатно, в них не велись ремонтные работы, не фиксировалось аварий и сбоев. Надо сказать, что техническое состояние вообще всех обследованных сооружений находится на достаточно высоком уровне, в чем, несомненно, заслуга Москоллектора. Эксплуатационные службы работают оперативно, поддерживается порядок, чистота и своевременность во всем. Обеспечен строгий пропускной режим и контроль за соблюдением техники безопасности на объектах.
Технический персонал эксплуатирующих организаций (РЭК-1) прошел соответствующую подготовку и может квалифицированно ответить на вопросы, касающиеся непосредственно обследуемых параметров воздушно-теплового режима. Все перечисленное оказало существенное влияние на качество и количество собранных данных. Промежуточные результаты исследований регулярно публиковались [3, 4]. На вертикальной оси показаны зафиксированные температуры.
Регистратор с индексом L8 размещался на открытом воздухе, на улице в затененном месте вблизи одной из воздухозаборных шахт. Регистратор с индексом L6 размещался на кабельных консолях в средней по высоте зоне в середине исследуемого отрезка коллектора. Регистраторы с индексами L5 и L7 устанавливались в том же сечении, соответственно, в верхней и нижней зонах по высоте канала. Регистраторы с индексами L1, L2, L3 и L4 устанавливались в верхней зоне канала с равными промежутками последовательно в направлении от вытяжной к приточной шахте.
Также хорошо фиксируются моменты регулярных включений системы механической вентиляции, в особенности утром до начала рабочего дня. Момент включения системы вентиляции наиболее ярко индицирует ближайший к приточной камере регистратор с индексом L4. Регистраторы, расположенные на большем удалении от приточной камеры, фиксируют уже едва заметные изменения температуры воздуха в те же моменты.
Это может говорить о том, что воздух при движении по длине коллектора несколько подогревается, или и о том, что эффективность действия системы вентиляции недостаточна для обеспечения воздухообмена по всей длине участка подземного сооружения. Регистратор с индексом L6 достаточно однозначно фиксирует вечерние пики возрастания нагрузок на электрические кабели, проложенные в коллекторе. Регистратор с индексом L2 находится в самой теплой части отрезка коллектора, его показания всегда на 1–1,5 °C превышают показания других аналогично установленных приборов.
Данный подход позволил за прошедший с момента начала работ период накопить достаточную базу результатов натурных измерений для линейных подземных сооружений различного типа. Сейчас проводится работа по корректировке ранее использованных математических моделей [5] с целью дальнейшего совершенствования научно-теоретической базы для инженерных изысканий и нормирования при проектировании и производстве работ при строительстве подземных сооружений.
Методика позволяет оперативно и с высокой степенью точности производить мониторинг качества воздушной среды и теплового режима сооружений различного назначения и свойств. Аппаратный комплекс легко масштабируется и адаптируется для целей и задач исследования, а накопленный опыт позволяет в короткие сроки анализировать результаты измерений и выдавать адекватные оценки и прогнозы состояния воздушно-теплового режима зданий и сооружений.
