Время новых знаний и возможностей

То, что сегодня требуются новые знания инженерам-проектировщикам, монтажникам, эксплуатационникам, не вызывает никаких сомнений. В индустрии строительства активно развиваются новые типы зданий: многофункциональные комплексы, супермаркеты, высотные здания, коттеджные застройки, энергоэффективные здания и т. д. Меняются требования к качеству микроклимата, повышаются требования к охране окружающей среды и экономии энергии. Происходит интеллектуализация жилья.

Постоянное развитие отрасли сопровождается появлением принципиально нового оборудования, применение которого позволяет принимать новые схемные решения. Так, например, появление VRV-систем с водяным охлаждением внешних блоков позволило разработать и внедрить совершенно новые схемы холодоснабжения крупных бизнес-центров и высотных зданий.

Появляются новые строительные материалы, утеплители, конструкции ограждений, новые типы остекления и светопрозрачные ограждающие конструкции, позволяющие строить дома c большими площадями остекления и даже «стеклянные» здания; появилось большое разнообразие индивидуальных источников тепла и энергии, в практику входит использование альтернативных источников энергии: тепловых насосов, солнечных коллекторов, топливных элементов и т. д.

Внедряются в практику новые инженерные решения, например, приточно-вытяжные системы вентиляции с утилизацией тепла удаляемого воздуха для многоэтажных зданий, поквартирные системы отопления, мультизональные системы кондиционирования воздуха, системы автоматизации и диспетчеризации зданий.

Рисунок 2. Современный уровень техники и строительной индустрии позволяет архитекторам и конструкторам создавать совершенно новые, нестандартные здания и сооружения, здания архитектора Фрэнка Гери (Frank O. Ghery) в Дюссельдорфе

Современный уровень техники и строительной индустрии позволяет архитекторам и конструкторам создавать совершенно новые, нестандартные здания и сооружения, что требует совершенно иных решений и от инженеров ОВК (рис. 1). А для этого нужны колоссальный опыт и знания многих специалистов.

Фантазии архитекторов должны сегодня поддерживаться нетрадиционными инженерными решениями. Например, миф о том, что окна в высотных зданиях должны быть герметичны и не должны открываться, а вентиляция не может быть естественной, был опровергнут зданием Commerzbank во Франкфурте, а в полностью стеклянном здании Du..sseldorfer Stadttor (Городские ворота Дюссельдорфа) устройство «климатических буферов» между двумя наружными стеклянными ограждающими конструкциями позволяет не только почти полностью отказаться от механической вентиляции, но и обеспечить 30-процентную экономию энергии на отопление, благодаря использованию тепла солнечной радиации в переходный период, и на охлаждение, благодаря использованию низкотемпературных грунтовых вод и охлаждаемых потолков (рис. 3). Подобные неординарные инженерные решения делают работу проектировщиков не менее творческой и интересной, чем архитекторов.

Рассмотрим некоторые примеры современного строительства, которые требуют новых знаний от инженера.

Рисунок 2. Многофункциональный жилой комплекс «Триумф-Палас»

Пример 1. Тепло- и электроснабжение зданий

Тепло- и электроснабжение зданий в нашей стране основывается на совместной выработке тепловой и электрической энергии по комбинированному циклу на ТЭЦ и передаче ее по централизованным сетям. По охвату теплофикацией СССР был на первом месте в мире.

В последние годы в тепло- и электроснабжении зданий ведутся активные работы в следующих направлениях: реконструкция систем централизованного тепло-снабжения на основе замены центральных тепловых пунктов на индивидуальные тепловые пункты, применение автономных источников, в том числе с совместной выработкой теплоты и электричества, использование альтернативных источников энергии, использование трубопроводов из полимерных материалов.

В свое время из-за отсутствия малошумных насосов и компактных теплообменников централизованное теплоснабжение развивалось не по оптимальному пути с использованием индивидуальных тепловых пунктов, позволяющих вести подомовое регулирование и учет теплоты, а по пути использования групповых тепловых пунктов на несколько зданий (ЦТП), где размещалось оборудование для приготовления теплоносителя на отопление и горячее водоснабжение, который затем распределялся по системе трубопроводов к зданиям. Это вызывало большие затраты на трубы (а трубопроводы систем горячего водоснабжения из-за интенсивной коррозии выходили из строя на 4–5-й год эксплуатации), повышенные потери теплоты в окружающую среду и электроэнергии на перекачку теплоносителя, неэффективное использование энергии. При жалобах населения на плохое отопление в одном доме служба эксплуатации раскрывала регулятор в ЦТП, перегревая все остальные дома, при жалобах на недостаточную температуру горячей воды устанавливали более мощные циркуляционные насосы, что улучшало положение в одних местах, но приводило к сбою в других из-за перегрузки головных участков сети и к перерасходу потребления электрической энергии.

В настоящее время появление на рынке нового оборудования позволяет перейти к более оптимальной схеме централизованного теплоснабжения – через индивидуальные тепловые пункты (ИТП) на здание. Эта схема позволяет отказаться от ненадежных внутриквартальных трубопроводов горячего водоснабжения, приблизить узел приготовления горячей воды к потребителю, снизить тем самым потери и повысить качество снабжения горячей водой, осуществить наиболее эффективную систему автоматического регулирования отопления, отвечающую потребностям данного здания, в частности, реализовать пофасадную систему с использованием солнечной энергии для отопления, организовать учет потребляемого тепла по простейшей, наиболее дешевой схеме.

Однако такое прогрессивное решение, нашедшее подтверждение в СНиП и представленное в Своде правил по проектированию тепловых пунктов, в разработке которого принимало участие НП «АВОК», тормозится эксплуатационными службами и отдельными проектировщиками, привыкшими работать по накатанной схеме и реально не заинтересованными в снижении капитальных затрат и экономии тепловой энергии. Задача специалистов, работающих в этой области, – правильно расставить приоритеты и найти способ стимулирования реализации энергоэффективных решений.

Это только одна из проблем совершенствования системы теплоснабжения. К другим, не менее важным, следует отнести выбор альтернативных источников энергии (как правило, автономных установок) и их адаптацию с централизованными системами энергоснабжения, организацию совместной работы всех источников теплоснабжения на единую сеть города, что резко повышает устойчивость и надежность системы централизованного теплоснабжения в сегодняшних условиях прогрессирующего старения трубопроводов и оборудования и систематического отставания в их перекладке и замене. И, наконец, повышение эффективности автоматического регулирования подачи тепла на отопление – самого массового потребителя тепла, повышение теплозащиты зданий, что дает возможность расширения производственных мощностей, и осуществление нового строительства жилья без создания дополнительных источников тепловой энергии.

Рисунок 3. Здание Dusseldorfer Stadttor (Городские ворота Дюссельдорфа)

Пример 2. Естественная приточно-вытяжная вентиляция жилых зданий

Уникальная ситуация сложилась сегодня в проектировании естественной приточно-вытяжной вентиляции жилых зданий. С одной стороны, появилось множество факторов, затрудняющих или исключающих естественную вентиляцию квартир: низкая воздухопроницаемость ограждающих конструкций и, главным образом, использование окон высокой герметичности, кондиционирование комнат, неблагоприятная аэродинамика разноуровневых зданий, близкое расположение мало- и многоэтажных зданий, свободная планировка квартир и отсутствие технического обслуживания вентиляционных систем. Новые проблемы проектирования естественной вентиляции возникли в связи с требованиями по энергосбережению в зданиях, в соответствии с которым необходимо существенное, в два-три раза, увеличение теплозащиты наружных ограждающих конструкций, так что в отопительный период расход теплоты на вентиляцию, как правило, превышает теплопотери через ограждающие конструкции.

Неожиданные проблемы возникают при совмещении в одном здании, например в коттедже, естественной и механической систем вентиляции, а также при работе камина и встроенного ИТП.

С другой стороны, появились новые технологии и методики проектирования, новое оборудование, в том числе эжекционные системы, вентиляционные и дымовые дефлекторы, приточные устройства и приточные дефлекторы, ограничители расхода и другие элементы систем естественной вентиляции.

Вряд ли найдется в стране проектная организация, в которой бы не искали сейчас пути выхода из кризиса. Многие удачные проектные решения проходят экспериментальную проверку, результаты активно обсуждаются специалистами.

Естественная вентиляция жилых зданий была и, вероятно, останется надолго наиболее распространенной, надежной и экономичной системой вентиляции, но от нас зависит, насколько быстро она действительно станет таковой для всех климатических районов страны.

Пример 3. Многофункциональные высотные здания и комплексы

В настоящее время в Москве ведется активное строительство высотных зданий (рис. 2). Уже сдан в эксплуатацию ряд жилых комплексов выше 30 этажей, проектируются сверхвысотные многофункциональные комплексы на территории «Москва-Сити», принята программа строительства более 60 высотных зданий «Новое Кольцо».

Проектирование систем климатизации высотных зданий имеет существенные отличия по сравнению с обычными многоэтажными зданиями (высотой до 75 м), т. к. для высотных зданий влияние наружных климатических воздействий и внутренние перемещения потоков массы и энергии являются по своей значимости экстремальными. Кроме того, в высотных зданиях имеется огромный дефицит места для прокладки вертикальных коммуникаций, и поэтому традиционные центральные системы не всегда могут найти применение. С другой стороны, большая высота зданий создает высокое давление в трубопроводных системах и выдвигает требование зонирования этих систем. Из-за значительной длины используемой трубопроводной системы в многоэтажных зданиях очень важна стратегия балансировки воды. В многоэтажных зданиях должна быть тщательно рассчитана степень теплового расширения и сжатия вертикальных стояков для охлажденной или горячей воды.

Особенность проектирования и эксплуатации систем инженерного оборудования современных многофункциональных высотных жилых зданий и комплексов, по сравнению с проектированием и эксплуатацией «старых высотных зданий», заключается в следующем:

• Современные многофункциональные высотные жилые комплексы характеризуются развитой инфраструктурой: помимо жилых квартир, в зданиях расположены подземные гаражи-автостоянки, спортивные залы с теннисными кортами, аквапарки, боулинги и пр. На прилегающих территориях находятся зоны отдыха, детские площадки, футбольные поля с беговыми дорожками и даже яхт-клубы. Отдельные здания объединяются крытыми переходами. Такая многофункциональность современных комплексов ведет к большому разнообразию оборудования и схемных решений и высокому уровню насыщенности инженерным оборудованием.

• Высокие требования к микроклимату помещений потребовали организации центральной приточно-вытяжной механической вентиляции (в «старых высотных зданиях» – либо естественная, либо только механическая вытяжка), системы кондиционирования воздуха (раньше не было совсем) или индивидуальной (в пределах квартиры) приточной установки, сплит-системы.

• Опыт эксплуатации и внедрение автоматизированной учетно-биллинговой системы для расчетов с владельцами квартир за фактически потребленную электроэнергию, горячую и холодную воду повлияли на внедрение принципиально иных систем отопления и водоснабжения: поквартирные горизонтальные системы отопления с возможностью регулирования температуры воздуха в помещении посредством термостатов и индивидуального учета потребленного тепла, а также холодной и горячей воды. Стали широко применяться долговечные и удобные для монтажа трубы из полимерных материалов.

• Большое количество бытовой техники и радиоаппаратуры повлияло на принципиально иной уровень энергопотребления: не снижая зимней нагрузки, максимум потребления электроэнергии стал смещаться на теплый период. Компьютеризация, автоматизация, интернетизация, кабельное телевидение «насытили» помещения слаботочными системами, которых раньше практически не было.

• Требование по бесперебойности электроснабжения, теплоснабжения, горячего водоснабжения, противопожарные требования, высокие потребительские требования к зданию – все это потребовало внедрения системы автоматизации и диспетчеризации систем тепло- и холодоснабжения, горячего и холодного водоснабжения, вентиляции и кондиционирования воздуха, противодымной вентиляции. Эта система позволяет контролировать точность поддержания заданных параметров, обеспечивает оптимальное управление оборудованием, позволяет своевременно обнаружить аварийную ситуацию. Особое внимание уделяется автоматизации ЦТП и насосных станций.

Каждое высотное здание является уникальным произведением архитектурно-инженерного искусства, и применяемые в нем решения для другого здания требуют серьезного переосмысления и глубоких дополнительных исследований, включающих методы физического и математического моделирования.

Пример 4. Интеллектуальные здания

В последние годы существенно повысились требования к оптимизации работы инженерного оборудования зданий, к качеству и надежности среды обитания и безопасности самого здания и находящихся в нем людей. Решение перечисленных требований находится в области «интеллектуализации зданий», т. е. в области использования автоматизированных систем управления.

Несмотря на то, что автоматизированные системы получили широкое применение в мире, рынок интеллектуальных зданий в России все еще находится в стадии формирования. Одним из главных препятствий при внедрении концепции «интеллектуального здания» является нехватка нормативно-методического обеспечения, регламентирующего использование технологий и подходов при строительстве «интеллектуальных зданий», а также недостаток в информации об опыте строительства конкретных объектов «интеллектуальных зданий» как в России, так и за рубежом.

В этой ситуации носителями передового опыта стали специалисты ведущих компаний-производителей современного инженерного оборудования и оборудования автоматизации зданий, а также компаний-интеграторов и инсталляторов этого оборудования, которые объединились в комитет НП «АВОК» «Интеллектуальные здания и информационно-управляющие системы» для создания необходимой нормативной базы и уже разработали ряд стандартов по инженерным системам зданий и системам автоматизации на базе передового международного и отечественного опыта.

Развитие автоматизации и управления здания как вида деятельности подошло в своем развитии к объединению всех инженерных подсистем в виде единой технически согласованной системы. Вся информация, необходимая для того, чтобы здание функционировало как единое целое, концентрируется в системах BACS. Возросшая функциональность, взаимозависимость и тесная интеграция различных систем здания требуют экстраординарных знаний специалистов в области BACS. Их компетенция становится все более и более важным фактором, если даже не сказать решающим, в ежедневной конкурентной борьбе.

Пример 5. Энергоэффективные здания

В мировом строительстве появилось большое количество зданий, микрорайонов и даже архитектурно-строительных зон, которые были запроектированы и построены на основе различных концепций энергетически эффективных и экологически чистых технологий. Эти концепции определялись собственными наименованиями.

Наибольшую известность получили энергоэффективные здания, т. е. здания, в которых эффективное использование энергоресурсов достигается за счет применения инновационных решений, которые осуществимы технически, обоснованы экономически, а также приемлемы с экологической и социальной точек зрения и не изменяют привычного образа жизни. К энергоэффективным зданиям могут быть отнесены здания с низким энергопотреблением и здания с нулевым энергопотреблением.

Разрыв между практикой строительства энергоэффективных зданий и научными основами их создания и проектирования стал совершенно нетерпимым в наши дни, а порой он даже носит спекулятивный характер. Часто энергоэффективное здание представляется как несколько независимых инновационных энергосберегающих решений. При этом оказывается невыявленным то обстоятельство, что эти независимые решения могут взаимно снижать их первоначальную эффективность, а в некоторых случаях даже приводить к отрицательному эффекту.

В наше время техника и технология меняются настолько быстро, что опыт просто не успевает накапливаться, а «здравый смысл» легко может обмануть, если он не опирается на научный метод поиска наилучшего решения. В современной науке методом поиска наилучшего решения является «системный анализ» – это дисциплина, занимающаяся проблемами принятия решения в условиях, когда выбор альтернативы требует анализа сложной информации различной физической природы. Очевидно, что «системный анализ» должен явиться основой методологии современного проектирования энергоэффективных зданий, и необходимо донести до широкого круга специалистов мировые достижения методики проектирования энергоэффективных зданий.

Мастер-класс АВОК

Все вышеперечисленные примеры показывают необходимость новых знаний как при проектировании, так и при эксплуатации зданий. Инженер по отоплению, вентиляции и кондиционированию воздуха при современном уровне строительства кроме своей специальности должен знать: термодинамику, теплопередачу и строительную теплотехнику, теплообменные аппараты, тепло- и массоперенос, аэродинамику, гидравлику и гидравлические машины, холодильную технику, тепло-снабжение, водоснабжение и канализацию, автоматику.

Очевидно, что самостоятельно выучить все перечисленные дисциплины, выделив именно те моменты, которые нужны в первую очередь, практически невозможно, особенно если учесть состояние с учебной литературой.

Чтобы грамотно выполнить проект отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха, необходимо знать технологические особенности обслуживаемых зданий и отдельных помещений, например, только в ресторане есть горячие цеха с разной технологией, холодный, рыбный, мясной и овощные цеха, мойки, цех выпечки и другие помещения. А как проектировать больницу, вычислительный центр, типографию, супермаркет или табачную фабрику? Изучить все это можно только методом проб и ошибок, которые могут быть весьма болезненными как для специалиста, так и для его компании. И здесь, конечно, не обойтись без помощи тех, кто уже «набил шишки» и знает, что и как надо делать.

Сегодня только отдельные специалисты являются носителями уникальных знаний, в силу того, что одни, будучи, например, научными сотрудниками или разработчиками нормативных документов, получали заказ на проектирование уникальных объектов, другие, в силу своих личных качеств, брали на себя смелость выполнять проекты сложных объектов, никогда до этого не реализовывавшихся в отечественной практике, и делали это с успехом, набирались опыта и совершенствовались в этом направлении.

НП «АВОК» стремится собрать весь этот бесценный опыт и сделать его достоянием заинтересованных специалистов, используя все доступные способы: публикации, стандарты, конференции, семинары и техническую учебу. Живое общение специалистов из разных регионов страны, обмен опытом и обсуждение новых проектных решений, в том числе зарубежных проектных организаций, дает быстрый и конкретный результат. Поэтому следующим шагом работы НП «АВОК» стала организация на базе накопленного практического опыта специальных занятий – «Мастер-классов АВОК» – для широкого круга специалистов в области архитектуры, строительства и инженерного оборудования зданий.

Целью этих занятий является обновление теоретических и практических знаний специалистов в связи с повышением требований к уровню квалификации и необходимостью освоения современных методов решения профессиональных задач. На этих занятиях специалисты смогут получить необходимую информацию, которая отсутствует в современных нормативных документах и учебных программах, но необходима при проектировании современных зданий и сооружений.

Кому нужен мастер-класс?

Всем! И молодым специалистам, и преподавателям, и опытным и грамотным инженерам.

Представьте, что в порт заходит океанский лайнер, за штурвалом которого стоит старый морской волк, однако на борт судна поднимается лоцман. Означает ли это, что на лайнере плохой капитан? Конечно, нет! Это означает только одно: лоцман лучше знает фарватер данной гавани.

Так и очень опытный и грамотный проектировщик может столкнуться с задачей, для решения которой ему очень нужна помощь и совет специалиста, более тонко разбирающегося в данном вопросе, имеющего больший положительный и даже отрицательный опыт, т. к. иногда очень важно знать не только как делать, но и как делать нельзя.

М. М. Бродач, профессор МАрхИ, вице-президент НП «АВОК»

brodatch@abok.ru, www.abok.ru