Проектирование систем ОВК крупных зрелищных объектов: комплекс Лоури (Англия)

A. Field

Театрально-концертный комплекс носит имя английского художника Л. С. Лоури (L. S. Lowry). Коллекция его работ, с 1930-х годов хранившаяся в городском музее, была недавно перевезена в специальную галерею нового комплекса.

Проект комплекса Лоури разрабатывался лондонским архитектором Майклом Уилфордом (Michael Wilford). Уилфорд попытался создать геометрический образ зданий третьего тысячелетия – стекло и нержавеющая сталь в треугольной проекции. Одна сторона комплекса выходит на живописный канал, вторую омывают воды залива Норс Бэй (North Bay). Третья, лицевая сторона, полностью стеклянная, выходит на широкую площадь вместимостью до 10 000 человек. Два театрально-концертных зала примыкают друг к другу торцами и образуют центральную ось конструкции. Больший зал занимает оперный театр Лирик (Lyric Theatre). Здесь 1 730 посадочных мест и самая большая сцена за пределами Лондона. Оперный театр располагается рядом с площадью. Меньший из залов, рассчитанный на 466 зрителей, где идут спектакли Театра на набережной (Quays Theatre), выходит на набережную Уотерфронт. Вдоль центральной оси театрального комплекса расположены две картинные галереи. Первая целиком отдана под коллекцию Л. С. Лоури, а вторая принимает гостевые экспозиции. Игровой центр, спроектированный специально для детей, разместился в так называемой Художественной зоне (ArtWorks). Фасад фойе полностью застеклен и имеет легкий наклон в сторону площади. Над ним находится живописный полуцилиндр, имеющий форму паруса.

Необычный элемент в комплексе – довольно длинная прогулочная дорожка, находящаяся внутри комплекса. Она открывает гостям разнообразные виды внутренней архитектуры здания.

Рисунок 1. Интерьеры комплекса Лоури иллюстрируют оригинальное цветовое решение и нестандартную геометрию внутреннего пространства

Охлаждение конденсаторов водой из канала

Проектирование инженерных систем комплекса Лоури выполняла инженерная компания «Buro Happold», перед которой стояла задача использовать наиболее энергоэкономичное оборудование при минимальном воздействии его на окружающую среду. В то же время архитектурный облик комплекса исключал возможность установки снаружи крупногабаритного оборудования, такого как градирни или конденсаторы с воздушным охлаждением.

Очевидное альтернативное решение – использовать для охлаждения конденсаторов холодильных агрегатов воду канала, температура которой колеблется от 24 до 4 °C (летом и зимой соответственно).

Первоначально для водозабора и отвода отепленной воды от конденсаторов предлагалось пробурить стенку канала на уровне примерно двух метров под водой. Однако затем от этой идеи отказались в силу технической сложности и высокой стоимости работ.

Рисунок 2. Машинный зал, циркуляционные водяные насосы охлаждающего контура

В конце концов было принято решение поднимать воду из канала с помощью водонапорных насосов, для чего с учетом чрезвычайной агрессивности воды в канале потребовались пластмассовые трубы из материала, стойкого к коррозии, пластинчатые теплообменники из нержавеющей стали. Предусмотрена установка двухступенчатых самоочищающихся фильтров и двух циркуляционных насосов (один рабочий, другой – резервный).

Однако, решив проблему воды для охлаждения конденсаторов, консультанты проекта столкнулись с еще одной задачей.

Национальное экологическое агентство Великобритании объявило о намерении запустить в канал особый вид моллюсков, способных эффективно очистить сильно загрязненную воду, не принося при этом никакого вреда окружающей среде.

Как и у всякой медали, здесь есть обратная сторона – личинки моллюсков будут накапливаться на поверхности теплообменников, что повлечет сокращение их производительности, засоры в трубопроводах и пр.

В США ущерб, нанесенный моллюсками системам охлаждения, исчисляется миллионами долларов.

Как поступить в этом случае? Было решено увеличить скорость прохождения воды через теплообменники: сильные завихрения не позволят личинкам собираться в группы и откладываться в виде осадка на стенках сосудов. Эта очень простая идея позволила отказаться от применяемой в таких случаях постоянной химической обработки воды биоцидными веществами.

Тем не менее, если в будущем эта проблема обозначится вновь, сегодня найдено другое решение, предусматривающее обработку воды натуральными компонентами. Это вещество под названием «Endod», производимое компанией «African Soapberry», оно безвредно для окружающей среды, но токсично для моллюсков.

Рисунок 3. Пластинчатый теплообменник из нержавеющей стали, подготовленный для работы на воде из канала, обеспечивает охлаждение конденсаторов холодильных агрегатов

Инженерные системы

Еще одной задачей, стоящей перед проектировщиками, было обеспечение необходимого качества воздуха. В картинных галереях на последней стадии очистки воздуха применены активные угольные фильтры. Использована система воздухораспределения по схеме сверху-вниз: подача воздуха диффузорами и удаление воздуха элементами, встроенными в воздуховоды под полом.

При проектировании системы подачи воздуха ставилась задача минимизировать вертикальный температурный градиент на участках картинной экспозиции. Температура здесь поддерживается на уровне 22 °C, допустимое колебание составляет ±1К при относительной влажности 50 % ± 5 %. Более 75 % воздуха из помещений картинных галерей используется для утилизации тепла. Два театральных зрительных зала обслуживаются только наружным воздухом без рекуперации.

Система вентиляции зала оперного театра Лирик предусматривает регулирование расхода приточного воздуха в зависимости от содержания СО₂ в воздухе. Датчики СО₂ установлены в вытяжном воздуховоде. Подача наружного воздуха в зал в зависимости от его заполняемости зрителями регулируется путем изменения скорости вращения вентиляторов двух воздухообрабатывающих установок.

Подача воздуха в двух зрительных залах организована по принципу вытесняющей вентиляции. Такие системы весьма широко применяются сегодня в Великобритании, поскольку считается, что они превосходят системы перемешивающего типа по показателям комфорта и экономичности.

В партере зрительного зала оперного театра Лирик диффузоры напольные подкресельные, в ярусах – лестничного типа. Подача воздуха осуществляется на низкой скорости из подкресельных воздуховодов. Удаление воздуха предусматривается в верхней части зала. Движение воздушной массы естественным образом синхронизируется с воздушными конвективными потоками, генерируемыми тепловыделениями от зрителей в зале.

Поток удаляемого воздуха захватывает в том числе нагретый воздух из верхней части зала, идущий от работающих осветительных приборов и сценических прожекторов (150 кВт), не позволяя ему перейти в зрительный зал. Для удаления воздуха из верхней части используется отдельный вентилятор с регулируемой скоростью вращения. Такая система поддерживает объем удаляемого воздуха в соответствии с объемами наружного воздуха, подаваемого в зал.

Уставленный в проекте уровень проникающего шума для зрительных залов – NR20. Для обеспечения таких показателей потребовалось организовать три уровня защиты от шума: шумоглушители в приточных и вытяжных установках, в подающих и вытяжных воздуховодах, а также звукоизоляция воздуховодов, обеспечивающая защиту от проникновения шумов в воздуховоды со стороны технических помещений и машинных залов.

Рисунок 4.(слева) Станция очистки воды   Рисунок 5.(справа) Один из главных воздухообрабатывающих центров. Установки, обслуживающие картинные галереи, оснащены активными угольными фильтрами

Отопление в зимний период

Одну из самых серьезных проблем, с которой столкнулись инженеры-проектировщики, представлял наиболее оригинальный элемент проекта – огромный застекленный фасад фойе и главного входа высотой 16 м, выходящий на площадь перед театральным комплексом.

С технической точки зрения можно было бы применить двойное остекление, однако с учетом необходимости замены остекления каждые четыре-пять лет такое решение было сразу отвергнуто из экономических соображений. Таким образом, сегодня на фасаде здания одинарное остекление. Вообще нисходящие потоки холодного воздуха и обратная радиация на такой большой площади остекления при температуре наружного воздуха около 0 °C могли бы запросто превратить фойе в место, малопригодное для культурного отдыха.

Рисунок 6.(слева) Зрительный зал оперного театра Лирик на 1 730 мест. В зале организована вентиляция вытесняющего типа   Рисунок 7.(справа) Фасад фойе со стороны площади слегка наклонен наружу. В зимний период нагретый воздух из смежного с фойе зрительного зала через распределительные сопла поступает на верхний уровень вестибюля, его непрерывное течение препятствует образованию холодных сквозняков

Теоретически решение здесь простое: необходимо подать на остекленный фасад горячий воздух в противоток холодному течению и таким образом повысить температуру на остекленной поверхности, уменьшая обратную радиацию. Была рассмотрена возможность применения вентиляторных доводчиков, установив их у основания витрины. Однако конвективные потоки теплого воздуха над ними были бы недостаточны для отвода нисходящих холодных потоков на высоте 16 м.

Тогда разработчики решили использовать теплый воздух, удаляемый из зрительного зала оперного театра, направляя его высокоскоростными соплами на остекленный фасад. И такое решение теперь не только весьма эффективно, но и чрезвычайно экономично.

Холодильная и тепловая станция

Большая часть основного оборудования размещается в подвальном этаже здания. В качестве холодильного оборудования используются два агрегата McQuay со спиральными компрессорами на хладагенте R134а мощностью 1,25 МВт каждый, подобранных на 100 % требуемой холодопроизводительности. Один агрегат постоянно находится в режиме ожидания.

Горячая вода для систем теплоснабжения готовится в котлах фирмы Hoval. Котел на 720 кВт используется главным образом в летний период, а также в качестве дополнительного агрегата в периоды максимального потребления тепла. Два другие котла, мощностью 1,54 МВт каждый, рассчитаны по отдельности на полное обеспечение теплоснабжения здания в зимний период, т. е. со 100%-м резервированием.

В одной из двух башен сбоку от здания проложен дымоотвод. Общая высота сооружения достигает 36 м.

В подвальном этаже здания смонтированы только три воздухообрабатывающие установки. Остальные распределены по всему комплексу вблизи мест пользования.

Перепечатано с сокращениями из журнала RCI.

Перевод с итальянского С. Н. Булекова.

Научное редактирование выполнено

Т. И. Садовской, главным специалистом ФГУП «СантехНИИпроект»,

тел. (095) 366-2362.