Инженерно-техническое обеспечение высотного строительства

Одним из современных эффективных решений по резервированию централизованного тепло, может быть устройство автономных установок (мини-ТЭЦ) непосредственно в высотных зданиях, в том числе и на верхних этажах.

Системы внутреннего теплоснабжения с тем же причинам, что и системы холодного водопоставки, необходимо разделять на зоны по высоте здания, где высота каждой зоны определяется величиной гидростатического давления в нижних элементах систем теплоснабжения. Высоту зон рекомендуется привязывать к высоте противопожарных отсеков (до 50 м). Опыт эксплуатации показывает, что при высоте зоны более 60-90 м в системах отопления возникает эффект «кавитации» (дегазации) теплоносителя, требующий установления коштовного специального даерационого оборудование.

В высотных жилых домах рекомендуется применять водяную двухтрубную с горизонтальной разводкой по этажам систему отопления, а в общественных, кроме вышеприведенной системы, возможно применение воздушных систем с отопительно-рециркуляционных агрегатами в пределах одного помещения или совмещенных с системой механической приточной вентиляции и электрических.

К системам вентиляции и кондиционирования воздуха в высотных домах предъявляются более жесткие требования по сравнению с обычными зданиями, прежде всего по надежности принятых проектных решений и оборудования, а также расчетных параметров наружного и внутреннего воздуха и систем противодымной вентиляции.

В практике высотного строительства применяются три варианта компоновки систем вентиляции и кондиционирования воздуха:
- Децентрализованное поэтажно компоновка, когда вентиляционная система расположена на одном этаже и нет вертикальных каналов;
- Централизованное компоновки с техническими этажами, на которых устанавливается вентиляционное оборудование, обслуживающий несколько этажей выше или ниже технического через вертикальные вентиляционные каналы;
- Комбинированное компоновка, при котором часть вентиляционного оборудования установлена на техническом этаже и соединяется вертикальными каналами с рабочими помещениями, а часть оборудования размещается на рабочих этажах.

Особое внимание при проектировании должно уделяться удалению выбросов из подземной части автостоянок, санузлов, кухонь и других помещений для предотвращения засасыванию загрязненного воздуха и вредных веществ через воздухозаборные устройства. Вентиляторы вытяжных вентиляционных систем из указанных помещений необходимо располагать ближе к местам выбросов для того, чтобы в воздуховодах постоянно поддерживать давление, ниже атмосферного.
Для высотных жилых домов наиболее целесообразным является устройство приточной вентиляции с механическим приводом.

Системы кондиционирования воздуха применяются как для жилых, так и для общественных помещений, но варианты этих систем различны в зависимости от назначения помещений. Для общественных высотных зданий или общественных зон в многофункциональных комплексах, как правило, применяются системы центрального кондиционирования, а для жилых зон - местные (поквартирные) установки типа сплит и мультисплит-систем.

Система мусороудаления современных высотных домов является составной частью комплекса всего инженерного оборудования и предназначена для приема, транспортировки и временного хранения твердых бытовых отходов.

Главным элементом мусоропровода есть ствол, предназначенный для порционного гравитационного транспортирования отходов в контейнер, установленный в мусоросборной камере. Ствол должен иметь загрузочный клапан, встроенный устройство для снижения скорости падения отходов, межэтажные силовые разгрузочные муфты и заканчиваться поворотным шибером и противопожарным клапаном (вогнедимовидсикачем) в мусоросборной камере.

Ствол мусоропровода, как правило, обкладывается кирпичом или блоками из легкого бетона, а пространство между стволом и ограждением заполняется керамзитобетонные смесью или сухим керамзитом и гравием для улучшения звукоизоляции.

В высотных зданиях общественного назначения может быть применена также контейнерная схема мусороудаления в мешках из полимерных материалов, которые доставляются с помощью лифтов на сборный пункт внутри или вне дома.

По заданию на проектирование в высотных зданиях могут быть предусмотрены и другие системы мусороудаления, в том числе и вакуумные.

Гарантированное надежное и эффективное функционирование инженерного оборудования может осуществляться только автоматизированными системами управления, связи и информатизации. С их помощью работа всех инженерных систем диспетчеризуеться путем передачи данных в центральный пункт управления домом (ЦПУБ) или, по заданию на проектирование, в главный офис-диспетчеру эксплуатационной организации, где специалисты могут не только оперативно их отслеживать, но и оперативно на них реагировать: изменять параметры работы инженерного оборудования всех действий персонала.

В общем виде автоматизированная система управления высотным зданием должна обеспечивать выполнение трех основных функций: централизованный мониторинг, диспетчеризацию и управление работой систем безопасности. Для этого в доме предполагается служебное помещение для автоматизированного центрального пункта управления зданием с автоматизированным местом главного диспетчера. Количество автоматизированных рабочих мест определяется в задании на проектирование и зависит от насыщенности здания инженерными системами, а также требованиями эксплуатационной организации, органов внутренних дел, государственного пожарного надзора и других служб.

При разработке проектных решений высотных сооружений в курсовом и дипломном проектировании следует обратить внимание на возможность использования энергоэффективных технологий. Особенно это касается инженерных систем, связанных с пониженным потреблением энергоресурсов (тепло-, водо-, электроснабжения, вентиляции, кондиционирования и других).

К основным факторам, которые обеспечивают энергоэффективность высотных домов, относятся: естественная вентиляция и естественное освещение, применение интеллектуальных систем управления зданием, а также регулируемых фасадных систем, возобновляемых систем энергии (солнечные батареи, ветряные двигатели и т.д.), современный вертикальный транспорт и т.д.

Современные высотные дома значительно отличаются от «традиционных» высотных зданий. Концепция создания современных высотных зданий предусматривает возможность использования экологически чистых возобновляемых источников энергии, оптимальное использование энергии, сохранение водных ресурсов, улучшение качества среды жизнедеятельности человека.

В работах [45, 47, 48] рассмотрен мировой опыт строительства энергоэффективных высотных зданий с точки зрения особенностей их архитектурно-планировочной концепции, теплоенергозбереження, климатизации, интеллектуализации, экологичности и комфортности.

Электрическая энергия, вырабатываемая в фотоэлектрических панелях течение года, позволяет покрыть до 5% общего энергетического нагрузку дома. Поскольку для климатических условий г. Нью-Йорк основные затраты энергии на климатизации связанные с кондиционированием воздуха в летний период в дневное время, то в летнее время в фотоэлектрических панелях производится больше электроэнергии за счет большей интенсивности солнечной радиации, использование энергии солнца позволяет значительно уменьшить пиковые расходы электроэнергии из городской электросети.

Пиковая мощность фотоэлектрических панелей, интегрированных в фасад дома «CondeNastBuilding - FourTimesSquare», достигает 15 кВт. Фотоэлектрические панели расположены на верхних 19-ти этажах здания. Фотоэлектрические элементы наклеены на листы закаленного стекла и интегрированы в южный и восточный фасады между рядами окон в виде полос шириной 150 см. Кроме выработки электроэнергии, панели, интегрированные в конструкции, увеличивают теплозащитные характеристики ограждений.

Для определения возможности использования естественной вентиляции на верхних этажах высотных сооружений, а также с целью выбора оптимальной конструкции окон необходимо учитывать аэродинамические показатели воздействия воздушных потоков как внутри зданий, так и снаружи.
Так, при проектировании дома «MainTower» были проведены значительные научныеисследования. Использовались методы математического моделирования, а также физическое моделирование - продувка модели здания в аэродинамической трубе.

Конструкция окон дома «MainTower» позволяет в теплое время года использовать естественную вентиляцию помещений, что приводит к снижению затрат энергии и улучшает микроклимат помещений. Для обеспечения естественной вентиляции оконные створки выдвигаются параллельно фасаду. Расстояние, на которое выдвигаются створки, регулируется в пределах от 1 до 200 мм в зависимости от условий внешнего климата (температуры воздуха и скорости ветра). При этом скорость воздушного потока ограничивается до 0,35 м / с.

Всего в доме используется 2250 выдвижных оконных створок. Каждое из офисных помещений оборудовано по крайней мере одной такой створкой. Выдвижение оконных створок осуществляется автоматически в зависимости от погодных условий по сигналу от системы автоматического управления инженерным оборудованием здания.

Если скорость ветра превышает 70 км / ч или температура наружного воздуха опускается ниже 5 ° С, а также при дождливой погоде выдвижные створки автоматически закрываются, что создает герметизацию помещения. Вентиляция при этих условиях обеспечивается механической системой.
В доме «Соммеrzbаnк» также огромную роль в создании микроклимата играет естественная вентиляция, которая стала возможной в этом доме благодаря специальной конструкции окон и использованию зимних садов. Все механические системы и окна руководствуются «интеллектуальной» системой.

В зимний период или при сильных ветрах окна автоматически закрываются и включается система механической вентиляции, работает система отопления. Если температура наружного воздуха превышает +10 ° С, системы механической вентиляции и отопления автоматически отключаются, открываются окна и происходит естественное проветривание помещения. При дальнейшем увеличении внешней температуры (выше +24 ° С) окна автоматически закрываются, опускаются шторы-жалюзи, по трубопроводам, что замоноличена в перекрытиях, пропускается охлажденная вода (потолочная система лучистого охлаждения помещений), вентиляция осуществляется механически. В любой момент сотрудники банка могут скорректировать параметры микроклимата в помещении.

Рассмотренные выше примеры высотных сооружений уже реализовано, проверка энергоэффективных технологий на этих объектах продолжается и дает возможность использовать их в будущих современных проектах.

Архитекторы и инженеры не могут решить все мировые экологические проблемы, однако могут проектировать здания, которые используют только часть энергии, и, кроме того, улучшают среду жизнедеятельности человека. Расположение и функциональное назначение здания, его ориентация и форма, его система климатизации, характеристики материалов, используемых при строительстве - все эти параметры влияют на энергопотребление и качество микроклимата дома.

К наиболее эффективным энергосберегающих мероприятий при проектировании с целью сокращения удельных расходов следует отнести:
• выбор наиболее рационального расположения здания и его основных помещений относительно сторон света с учетом преимущественных направлений ветра и солнечной радиации;
• выбор наиболее эффективного ограждения для данных климатических условий;
• разработка рациональных (компактных) объемно-планировочных решений;
• применение эффективного инженерного оборудования, особенно систем вентиляции;
• применение эффективных способов утилизации тепла, использование солнечной энергии и т.п..

Следует заметить, что почти на все высотные сооружения, особенно небоскребы мирового значения, объявляется конкурс, где основным критерием является экологичность и энергоэффективность. Так, например уже четвертый год подряд группа «EvoloSkyscraperCompetition» исследует будущее архитектуры небоскребов, проявляя неординарные структурные концепции архитекторов, инженеров и дизайнеров. Конкурс, посвященный переосмыслению формообразования и экологии небоскреба в г. Нью-Йорк направлен на поиск новых радикальных идей. На рис. 2.20 приведены проекты-победители.

Один из трех финалистов конкурса небоскребов - проект «DystopianFarm» Эрика Вергне представлен биоморфичнимы конструкциями, которые будут сочетать новейшие технологии и способны обеспечить город собственным независимым источником продуктов питания. Основанный на «механике материальной логики растений» биоморфичный небоскреб спроектирован наподобие клеток растения и обеспечивает пространство для ферм, жилых площадей и рынков. Эти органические конструкции будут оснащены особыми системами, такими как аеропонична система полива, технология питательной среды, система контроля уровня света и СО2 чтобы удовлетворить потребности будущего населения в пищевых продуктах. По замыслу автора, конструкции должны кардинально изменить структуру городской жизни: через производство и потребление продуктов питания этот небоскреб меняет плотность и состав населения, сочетая различные социальные и культурные группы, создавая новые и непредвиденные городские впечатления, которые формируются внутри потока городской жизни.