Основная особенность, определяющая ВРЗ высотных зданий, — это необходимость учета изменения скорости ветра по высоте и большие перепады давления на остеклении и дверных проемах в нижней части здания (до 150–250 Па), сравнимые с давлением вентиляторов в механических вентиляционных системах [1]. Наиболее полная методика таких расчетов, использующая систему уравнений воздушного баланса помещений с учетом фактической воздухопроницаемости всех заполнений светопроемов, наружных и внутренних дверей, вентиляционных систем, представлена в работе [2].В качестве примера на рис. 1 приведена зависимость основных параметров ВРЗ от номера этажа для наветренного фасада 35этажного жилого здания. Кривая 1 символизирует ветровое давление Рv.i [Па], кривые 2 и 3 — соответственно гравитационное Рг.i и полное наружное давление Рн.i [Па], уменьшенные для наглядности в десять раз. Линия 4 является графиком величины внутреннего избыточного давления в помещениях Ро.i [Па], линия 5 показывает удельный расход воздуха Gок/Fок [(кг⋅ч)/м2], инфильтрующегося через неплотности заполнений световых проемов площадью Fок [м2], а кривая 6 демонстрирует относительное уменьшение фактического значения Gок/Fок и удельных тепловых затрат на нагрев инфильтрующегося воздуха в сравнении с тем, которое имело бы место при Ро.i = 0, соответствующем инженерной методике расчета ВРЗ. Видно, что на нижних этажах Ро.i достигает 40–50 Па, а реальный уровень инфильтрации на 10–15 % ниже, чем при расчете по упрощенной методике [3].На рис. 2 показан характер изменения полного расхода воздуха через окно Gок на наветренном и заветренном фасаде первого и 35го этажей в зависимости от сопротивления остекления воздухопроницанию Rи.ок [(м2⋅ч)/кг], обычно определяемого в настоящее время по результатам сертификационных испытаний. При этом при неплотно закрытых и особенно полностью открытых окнах на наветренной стороне инфильтрация будет сильнее для 35го этажа, а не для первого из-за преобладания ветрового давления в составе Рн.i. Верхние помещения таких зданий могут испытывать сильные колебания фактического воздухообмена при изменении скорости и направления ветра, и это необходимо учитывать при выборе Rи.ок. Анализ этих и других результатов, получаемых при использовании подобной методики для группы объектов [4], показывает, что при строительстве высотных зданий целесообразно постепенно уменьшать площадь остекления с увеличением номера этажа. Это позволит повысить относительную воздухопроницаемость стилобатной части и за счет этого приблизить внутреннее избыточное давление в здании к наружному на уровне земли. Тогда сократится наибольшая разность наружного и внутреннего давления в зоне инфильтрации, а значит — и наибольший удельный расход инфильтрующегося воздуха. Поэтому требуемое сопротивление окон воздухопроницанию также уменьшится. Расчеты демонстрируют, что фактическая наибольшая разность наружного и внутреннего давления значительно меньше, чем по упрощенной инженерной методике [3]. Это объясняется тем, что в инженерной методике не учитываются сопротивления внутренних дверей и проемов, хотя на самом деле часть перепада давления расходуется именно на них. Кроме того, зависимость разности наружного и внутреннего давлений от высоты также слабее, чем это дает инженерная методика. Это связано с увеличением ветрового давления с высотой, что компенсирует снижение гравитационной составляющей и приводит к выравниванию полного наружного давления на разных высотах, что также способствует сокращению требуемого сопротивления окон воздухопроницанию. Наибольший перепад давления на остеклении и соответственно наибольший удельный расход воздуха получается в вариантах с открытыми внутренними дверями из-за отсутствия сопротивления перетеканию воздуха внутри здания. Именно такие варианты должны использоваться для определения установочной мощности системы отопления. При этом температура наружного воздуха и скорость ветра должны учитываться как для наиболее холодной пятидневки [5], а ветер должен быть направлен поочередно на каждый фасад. В то же время проверка окон на воздухопроницаемость и подбор их сопротивления воздухопроницанию должны производиться для направления ветра на наименее остекленный фасад, поскольку в этом случае внутреннее избыточное давление в здании будет минимальным, а его разность с наружным давлением на наветренной стороне — максимальной. Для расчета энергопотребления в течение отопительного периода следует использовать варианты с эксплуатационно-закрытыми внутренними дверями. Температура, скорость и направление ветра при этом должны приниматься средними за отопительный сезон [5].Кроме того, в помещениях, где требуется перетекание воздуха при подаче притока в коридор, при удалении из помещения или наоборот, нельзя допускать установку плотных дверей. В этом случае двери должны быть снабжены подрезом или переточными решетками для пропуска требуемого расхода воздуха при разумном перепаде давлений порядка нескольких паскалей, так, чтобы этим перепадом можно было пренебречь в сравнении с давлением вентилятора в соответствующей механической вентиляционной системе. Помимо этого, в высотных зданиях существуют потоки воздуха, перетекающего по лифтовым шахтам и лестничным клеткам с нижних этажей и создающие подпоры в коридоры на верхнем этаже. Для предотвращения подобных явлений высотные здания следует устраивать с секционированными лифтами и лестницами, обслуживающими определенные зоны по вертикали и аэродинамически изолированными друг от друга. Еще одна особенность высотных зданий: при аэродинамическом расчете механических вентиляционных систем необходимо учитывать естественное давление, вычисленное для условий наиболее холодной пятидневки. Для приточных систем к расчетному давлению вентилятора следует добавлять разность наружного давления на уровне воздухозаборной решетки, считая ее расположенной на наветренном фасаде, и внутреннего давления в помещении, куда производится воздухораздача. Для вытяжных систем к расчетному давлению вентилятора следует добавить разность внутреннего давления в помещении, из которого удаляется воздух, и наружного давления в точке выброса воздуха, считая его расположенным на заветренной стороне. Скорректированное располагаемое давление позволит определить фактическую производительность механических вентиляционных систем в холодный период года. Для проверки прочности заполнений оконных проемов на верхних этажах необходимо использовать результаты расчетов по варианту с открытыми входными дверями, считая их расположенными на наветренном фасаде. В этом случае внутреннее избыточное давление в здании становится максимально возможным, приближаясь к наружному на уровне земли с наветренной стороны. Тогда максимально возможной становится и положительная разность давлений между внутренним — в помещениях и наружным — на заветренной стороне верхнего этажа, вызывающая эксфильтрацию и выдавливание стекол. Основной конструктивной особенностью систем отопления и ГВС высотных зданий является необходимость их зонирования по вертикали для обеспечения гидростатического давления в нижней части зон, допустимого по условиям прочности применяемого оборудования, а для систем ГВС — и с целью предотвращения чрезмерного перепада давлений на водоразборной арматуре [3, 7].Наименее прочными являются отопительные приборы (рабочее давление от 0,6 до 1 МПа, для отдельных модификаций — не более 1,2 МПа) [9] и циркуляционные насосы (рабочее давление до 0,6 МПа, по специальному заказу — до 1 МПа) [10], поэтому максимальную высоту зон определяют именно по ним. С учетом необходимого запаса в зависимости от применяемого оборудования высота для систем отопления может составлять от 50 до 75 м, или 17–25 этажей, для ГВС — порядка 35–40 м (всего 11–13 этажей). Зонирование, как правило, требует устройства промежуточных технических этажей. В жилых зданиях умеренной высоты (около 25 этажей) технические этажи могут отсутствовать, что сказывается на выборе инженерного оборудования таких объектов. Приведем решения, предложенные для многосекционного жилого здания высотой до 25 этажей. В каждой секции здания целесообразно проектировать отдельную систему водяного отопления — вертикальную двухтрубную с нижней разводкой, с тупиковым движением теплоносителя в магистралях. Учитывая отсутствие промежуточных технических этажей и ограниченную максимальную высоту здания (не более 75 м), секционные отопительные системы проектируются однозонными по вертикали (для упрощения конструкции и регулирования систем). Это возможно, если для обеспечения прочности оборудования производится применение отопительных приборов с рабочим давлением не менее 1 МПа, а также установка по специальному заказу дополнительных циркуляционных насосов (рабочий и резервный) с рабочим давлением 1 МПа. Для обеспечения индивидуального учета потребления теплоты требуется поквартирная разводка с установкой квартирных счетчиков теплоты. Для дополнительного индивидуального регулирования теплоотдачи отопительных приборов на подводках к приборам устанавливаются автоматические терморегуляторы с предварительной настройкой. Однако в зданиях серии КОПЭ, для которых первоначально предназначались предлагаемые рекомендации, осуществление такой конструкции связано с необходимостью существенной переработки проектной документации и требует значительного времени. Такая переработка желательна для соответствия требованиям последних версий федеральных нормативов [11], касающихся учета теплопотребления и регулирования теплоподачи, хотя по Закону РФ «О техническом регулировании» такие требования не могут быть обязательными. В то же время в зданиях монолитного типа, сооружаемых по индивидуальным проектам, подобные конструкции применяются. Для стабилизации гидравлического режима работы автоматических терморегуляторов и обеспечения возможности центрального качественного регулирования подачи теплоты в нижней части стояков перед узлом соединения с секционными магистралями устанавливаются балансировочные клапаны, рассчитанные на удержание перепада давлений между подающим и обратным стояком (0,15 МПа при 25 этажах, 0,12 МПа при 22 этажах и 0,1 МПа при 18 этажах). Секционные системы отопления соединяются с местной тепловой сетью непосредственно по смесительной схеме, с дополнительным циркуляционным насосом на обратном трубопроводе для сокращения максимального давления в системе. Давление дополнительных циркуляционных насосов определяется как разность перепада, поддерживаемого балансировочными клапанами, и фактического перепада между трубопроводами местной тепловой сети в точках присоединения секционной системы отопления. Эти насосы позволяют снижать температуру воды в подающей магистрали до требуемой по отопительному графику при наружных температурах выше точки излома. Для возможности индивидуального отключения присоединение стояков к секционным магистралям и секционных магистралей к магистралям местной тепловой сети производится с помощью запорной арматуры с рабочим давлением не менее 1,6 МПа. Для предотвращения чрезмерного перепада давления на водоразборной арматуре в нижних этажах для каждой секции проектируются по две отдельных системы ГВС — с нижней разводкой, с тупиковым движением теплоносителя в магистралях, обслуживающие соответственно нижние (до 13го этажа включительно) и верхние (от 14го этажа и выше) зоны секций. Стояки для верхней зоны прокладываются транзитом через нижние этажи параллельно стоякам для нижней зоны. Ввиду отсутствия промежуточных технических этажей в системе ГВС нижней зоны каждый водоразборный стояк снабжается собственным циркуляционным стояком меньшего диаметра. Стояки системы ГВС верхней зоны закольцовываются на чердаке, и общий циркуляционный стояк прокладывается по лестничной клетке. Полотенцесушители присоединяются к водоразборным стоякам. Для индивидуального учета потребления горячей воды проектируется установка квартирных счетчиков на поэтажных ответвлениях. Для возможности индивидуального отключения присоединение стояков к секционным магистралям и секционных магистралей к магистральным трубопроводам систем ГВС осуществляется с помощью запорной арматуры с рабочим давлением не менее 1 МПа для нижней и 1,6 МПа для верхней зоны. Индивидуальные тепловые пункты (ИТП) должны быть комплектно-блочного исполнения, пристроено-заглубленные. С учетом зонирования систем ГВС по вертикали в каждом ИТП устанавливаются по шесть насосов ГВС: по одному рабочему и одному резервному на подающей магистрали для каждой зоны и по одному циркуляционному на обратных магистралях из обеих зон. Для обеспечения прочности рабочее давление насосов для верхней зоны должно составлять 1 МПа по специальному заказу. При этом возможны два варианта размещения ИТП: отдельно для каждой секции либо всего два — на левую и правую части здания, у торцевых секций. В последнем случае требуется прокладка подающих и циркуляционных магистралей ГВС (по одной для каждой зоны) по подвалу. В качестве теплообменников для подогрева воды в системах ГВС используются разборные пластинчатые водонагреватели. Теплообменники устанавливаются отдельно для каждой зоны, присоединяются к трубопроводам местной тепловой сети параллельно секционным системам отопления и рассчитываются на фактический перепад давлений между трубопроводами местной тепловой сети в точках присоединения теплообменника. Постоянное совершенствование технических решений для высотных зданий — актуальная задача сегодняшнего дня и на ближайшую перспективу. ❏ 1. Самарин О.Д. Некоторые особенности конструирования и расчета систем обеспечения микроклимата высотных зданий (Сб. докл. семинара «Высотные и большепролетные здания. Технологии инженерной безопасности и надежности»). — М.: МГСУ, 2005. 2. Бирюков С.В. Разработка метода определения нормы потребления тепловой энергии системами отопления и вентиляции общественных зданий (на примере учебных корпусов ВУЗов). Автореф. диссер. к.т.н. — М.: МГСУ, 2002. 3. Сканави А.Н., Махов Л.М. Отопление. — М.: Издво АСВ, 2002. 4. Малявина Е.Г., Бирюков С.В., Самарин О.Д. Отчет по теме «Расчеты воздушного режима жилого высотного здания и анализ результатов». — М.: МГСУ, 2004. 5. СНиП 2301–99*. Строительная климатология. — М.: ГУП ЦПП, 2004. 6. Самарин О.Д. Особенности и моделирование воздушного режима многоэтажного здания со сбалансированной вентиляцией // Монтажные и специальные работы в строительстве, №2/2004. 7. Крупнов Б.А. Особенности проектирования систем отопления и вентиляции высотных зданий (Сб. докл. семинара «Актуальные проблемы строительства высотных зданий»). — М.: МГСУ, 2004. 8. Самарин О.Д. Исследование и моделирование воздушного режима многоэтажного жилого здания // Монтажные и специальные работы в строительстве, №5/2002. 9. Крупнов Б.А. Отопительные приборы, производимые в России и ближнем зарубежье. — М.: Издво АСВ, 2002. 10. Циркуляционные насосы UPE/UPS. Каталог Grundfos, 1997. 11. СНиП 4101–2003. Отопление, вентиляция и кондиционирование. — М.: ГУП ЦПП, 2004.