Характерные ошибки при проектировании инженерных систем общественных зданий

А. Н. Колубков, директор проектно-производственной фирмы «Александр Колубков»

Н. В. Шилкин, доцент МАрхИ

Один из важных вопросов, которые решаются проектировщиками при выборе принципиальных решений по системам климатизации офисных помещений, – выбор между механической и естественной вентиляцией. Согласно СНиП 41-01-2003 «Отопление, вентиляция и кондиционирование», вентиляцию с механическим побуждением (механическую вентиляцию) следует предусматривать в том случае, если метеорологические условия и чистота воздуха не могут быть обеспечены вентиляцией с естественным побуждением (естественной вентиляцией) и для помещений и зон без естественного проветривания (п. 7.1.2). Далее в этом же пункте указано, что допускается проектировать смешанную вентиляцию с частичным использованием систем естественной вентиляции для притока или удаления воздуха. В помещениях с естественным освещением их световыми проемами в наружных ограждениях с объемом на каждого работающего 20 или 40 м³ (для общественных или производственных помещений соответственно) допускается использовать периодически действующую естественную вентиляцию через фрамуги, форточки.

Здесь еще раз можно напомнить о необходимости предусматривать компенсацию притока при устройстве в зданиях естественной вытяжной системы вентиляции.

Остается неопределенным вопрос определения потребного воздухообмена при проектировании зданий различного назначения, поскольку проектировщики и заказчики при составлении технического задания (ТЗ) трактуют его по-своему. Так, например, к одному и тому же помещению могут быть одновременно применены требования нескольких нормативных документов, а требования эти зачастую различаются.

Согласно СНиП 41-01-2003, для зданий административного или бытового назначения минимальный расход наружного воздуха должен составлять в помещениях с естественным проветриванием 40 м³/ч на человека, в помещениях без естественного проветривания 60 м³/ч на человека, в помещениях без естественного проветривания, в которых люди находятся не более двух часов непрерывно, 20 м³/ч на человека (приложение М). С другой стороны, есть СНиП 31-05-2003 «Общественные здания административного назначения», который распространяется в том числе на административные учреждения различных предприятий, в том числе промышленных, конторы (офисы), научно-исследовательские, проектные и конструкторские организации (приложение Е). Согласно этому СНиП, расход приточного воздуха в рабочие помещения сотрудников должен составлять не менее 20 м³/ч на человека (п. 8.5, табл. 8.1). В итоге имеется диапазон от 20 до 60 м³/ч на человека, который каждый проектировщик толкует по-своему.

В техническом задании заказчика встречаются различные значения. Представляется целесообразным принятие неких нормативно-методических документов, в которых были бы приведены более четкие требования к расходам воздуха в таких помещениях, возможно, с учетом класса помещения.

О нормах воздухообмена см. статью В. И. Ливчака «О нормах воздухообмена общественных зданий и последствиях их завышения» («АВОК», 2007, № 6) и статью Е. О. Шилькрота и Ю. Д. Губернского «Сколько воздуха нужно человеку для комфорта?» («АВОК», 2008, № 4).

Положительное решение, которое используется за рубежом и которое могло бы найти применение и в нашей стране, – «персональная вентиляция, как сформулировал ее суть Оле Фангер (см., например, его статью «Качество внутреннего воздуха в XXI веке: влияние на комфорт, производительность и здоровье людей» («АВОК», 2003, № 4)), то есть подача небольших объемов приточного воздуха непосредственно в зону дыхания, что позволяет в целом сократить его расход, соответственно, уменьшив установочную мощность вентиляционного оборудования. В нашей стране такие системы воздухораспределения нашли применение в разного рода зрительных залах, однако они с успехом могут быть применены и в офисных помещениях; зарубежные производители предлагают специальные рабочие столы со встроенными системами воздухораспределения для организации «персональной вентиляции».

При выборе схемы организации системы вентиляции офисных зданий проектировщики не всегда выдерживают простейшие рекомендации нормативных документов, в результате чего получают замечания эксперта. Некоторые моменты, на которые следует обратить особое внимание при проектировании систем вентиляции офисных зданий, приведены во врезке.

Согласно СНиП 41-01-2003 (пп. 7.5.1, 7.5.3), в общественных, административно-бытовых и производственных зданиях, оборудованных механическими системами вентиляции, в холодный период года следует, как правило, обеспечивать баланс между расходом приточного и вытяжного воздуха. Для помещений с кондиционированием следует предусматривать, как правило, положительный дисбаланс, если в них отсутствуют выделения вредных и взрывоопасных газов, паров и аэрозолей или резко выраженные неприятные запахи. Величина превышения притока над вытяжкой трактуется проектировщиками в весьма широком диапазоне, хотя в СНиП есть четкая запись (п. 7.5.4): расход воздуха для обеспечения дисбаланса в помещениях следует принимать:

• при отсутствии тамбур-шлюза – из расчета создания разности давления не менее 10 Па по отношению к давлению в защищаемом помещении (при закрытых дверях), но не менее 100 м³/ч на каждую дверь защищаемого помещения;

• при наличии тамбур-шлюза – равным расходу, подаваемому в тамбур-шлюз.

Одна из частых ошибок встречается в проектах офисных помещений, оборудованных фэнкойлами и приточной вентиляцией. В зимнее время температура приточного воздуха принимается равной 20 °С, хотя все офисные помещения с теплоизбытками, которые снимаются фэнкойлами. Рационально в этом случае принять более низкую температуру приточного воздуха (например, 18 °С), тогда удастся снизить как эксплуатационные, так и капитальные затраты (за счет установки холодильного оборудования меньшей мощности).

Достаточно широко проектировщиками трактуются расчетные параметры наружного воздуха. Для климатических условий Москвы в настоящее время следует использовать значения, приведенные в МГСН 4.19, например, в теплый период года:

• по параметрам А – температура 23 °С, удельная энтальпия 49,4 кДж/кг;

• по параметрам Б – температура 26 °С, удельная энтальпия 54,0 кДж/кг.

Во многих проектах при расчетах системы кондиционирования воздуха в качестве исходных данных принимается температура 32 °С и энтальпия 80 кДж/кг или, соответственно, 30 °С и 70 кДж/кг. Такие значения для Москвы совершенно нехарактерны, и нет смысла настолько «перезакладывать» установочную мощность холодильного оборудования.

С параметрами наружного воздуха связана и совершенно анекдотическая, но, как ни странно, часто встречающаяся ошибка: очень часто в проектах барометрическое давление указывается как ГПа вместо правильного гПа, то есть указываются гигапаскали (гига- – 109) вместо гектопаскалей (гекто- – 102). Ошибка вызвана, видимо, опечаткой в СНиП 2.04.05-91* (например, в СНиП 2.04.05-86 множитель указан правильно), тем не менее, ее тиражируемость из проекта в проект вызывает недоумение.

Если в проекте здания есть помещения, (назначение которых заранее не определено), то часто проект получает замечание эксперта об использовании этих помещений в перспективе. Необходимо заранее предусматривать мероприятия по размещению климатического оборудования – систем вентиляции, кондиционирования воздуха, выделять для них площади и т. д.

Типичная проблема, возникающая при проектировании офисного здания, – размещение оборудования в условиях недостатка места и высокой стоимостью площадей. Здесь необходимо более тесное сотрудничество с архитекторами. Вместе с архитекторами всегда можно выделить места для размещения оборудования, даже на эксплуатируемой кровле. Если обратиться к зарубежному опыту (как европейскому, так и азиатскому), можно отметить, что там отношение к размещению оборудования менее строгое – никого не смущает, что установки располагаются открыто и т. д. Например, в одной из гостиниц в Китае, достаточно высокого класса, градирни и другое климатическое оборудование совершенно открыто расположены на покрытии стилобата непосредственно под окнами номеров; вентиляторы работают совершенно бесшумно, а окна сделаны неоткрывающимися.

В нашей стране принято более «строгое» отношение к размещению оборудования, и этот подход следует признать более правильным; однако при наличии ограничений вполне можно обратиться и к зарубежному опыту.

При проектировании офисных помещений выбор принципиальных схем систем климатизации определяется, в первую очередь, классом помещения. В основном в офисах проектируются ставшие уже традиционными для таких помещений центральные системы кондиционирования – с фэнкойлами, VRV и т. д., а вот децентрализованные системы (например, с поэтажным размещением климатического оборудования) применяются пока еще очень мало.

В проектах систем климатизации общественных зданий очень часто встречается решение, когда на здании открыто размещаются чиллеры. Однако при этом лишь в отдельных проектах приводятся мероприятия по защите от шума. Например, хотя здание находится в пределах окружающей застройки, не предусматриваются акустические экраны и т. д. Должен быть проведен акустический расчет уровней шума в окружающей застройке.

При наличии контура циркуляции гликоля в проекте должны быть отражены мероприятия по его утилизации, что во многих проектах не делается.

В некоторых проектах, наоборот, показывается спускной кран для слива гликоля в систему канализации. Гликоль – вещество токсичное, слив его в канализацию совершенно недопустим.

В очень малом числе проектов приводятся какие-либо мероприятия, направленные на экономию энергии. Достаточно редко предусматривается рекуперация, системы с промежуточным теплоносителем и т. д., в основном проектируются прямоточные системы. С другой стороны, зачастую инженерные решения не соотносятся с реальным уровнем эксплуатации объектов. Например, предлагается проект реконструкции общеобразовательной школы, в котором предусматривается целый комплекс технически сложных решений – рекуперация и т. д. Совершенно очевидно, что в рядовой школе нет специалистов эксплуатации высокого уровня, способных обеспечить нормальное функционирование всех этих систем. С учетом этого обстоятельства в данном случае технические решения должны быть как можно более простыми и надежными, что, однако, совсем не исключает возможностей обеспечения экономии энергии; просто комплекс мероприятий по экономии энергии должен быть иным.

Встречаются и примеры удачных технических решений по обеспечению экономии энергии. Например, крупное офисное здание в ночное время принудительно переводится на дежурный режим отопления. Контроллер программируется таким образом, что за 1–2 часа до начала рабочего времени температура в помещениях повышается до требуемого уровня либо посредством системы воздушного отопления, совмещенного с вентиляцией, либо повышается проток теплоносителя через систему отопления.

Как положительную тенденцию можно отметить, что проектировщики начали реализовывать в проектах новые подходы к кондиционированию, в частности, стадию экспертизы прошли несколько проектов офисных зданий, в которых предусмотрено охлаждение ограждающих конструкций здания посредством замоноличенных в них охлаждающих змеевиков. В одном из таких объектов требовалось снять теплоизбытки в пространстве атриума, но при этом размещение фэнкойлов было затруднено из-за архитектурных особенностей здания. Использование охлаждающего змеевика, замоноличенного в пол, позволило решить эту проблему (о некоторых примерах использования таких решений за рубежом см. статью «Новые подходы к кондиционированию. Опыт Германии», «АВОК», 2009, № 1).

Можно отметить некоторые характерные ошибки в схемах обвязки калорифера, приводимых в проектах. Обычно проектанты ссылаются на фирму – производителя оборудования, обосновывая проектное решение тем, что оно выполнено «согласно рекомендациям фирмы-производителя». Однако эти рекомендации приводятся зачастую совершенно для других условий, то есть имеют весьма ограниченную область применения и, кроме того, очень часто содержат ошибки.

Рассмотрим в качестве примера схему обвязки калорифера, приведенную на рис. 1.

Рисунок 1. Схема обвязки калорифера: 1, 10 – байпас (перемычка); 2 – обратный клапан; 3 – регулирующий клапан; 4, 5 – запорная арматура; 6 – трехходовой клапан с сервоприводом; 7 – фильтр; 8 – циркуляционный насос; 9 – калорифер

Данная схема неработоспособна. Теплоноситель будет в основном проходить через байпас (перемычку) (1), а затекание его в калорифер будет очень незначительным. Фирма-производитель рекомендует ставить байпас (1), а на байпасе устанавливать обратный клапан (2), регулирующий вентиль (3) для того, чтобы установить оптимальную потерю давления на байпасе, а сам байпас необходим для предупреждения охлаждения воды в котловом контуре до калорифера. То есть в данном случае предполагается, что здание оборудовано водогрейным котлом. Особенность данного оборудования состоит в том, что для эффективной работы котла не следует допускать существенного остывания обратного теплоносителя, для чего фирма-производитель и рекомендует предусматривать перемычку. Проектанты, упуская из виду то обстоятельство, что рекомендация относится только к ограниченной области применения, предусматривает точно такую же схему и для здания, присоединенного к городской сети централизованного теплоснабжения. В этом же случае ситуация обратная – ни в коем случае не допускается завышение температуры обратного теплоносителя; за подобное завышение предусматриваются штрафные санкции.

Как одно из замечаний эксперта отмечается требование об исключении дублирования запорной арматуры. Здесь речь идет о шаровых кранах (5). В их использовании нет никакой необходимости, поскольку весь узел целиком может быть отключен посредством шаровых кранов (4).

В обвязке калорифера насос (8) обеспечивает циркуляцию теплоносителя через калорифер. Если количества теплоты достаточно для подогрева воздуха в калорифере, то циркуляция теплоносителя обеспечивается в замкнутом цикле через трехходовой клапан (6) и байпас (10). При остывании теплоносителя трехходовой клапан (6) приоткрывается и происходит подмешивание подогретого теплоносителя от источника. В рассматриваемой схеме трехходовой клапан установлен на обратной магистрали, что является ошибочным решением. Его необходимо перенести на подающую магистраль. Кроме того, поскольку сопротивление калорифера очень невелико, то для предупреждения ненужного перекачивания больших объемов теплоносителя на байпасе (10) необходимо установить балансировочный клапан, создающий необходимое сопротивление.

На рис. 2 приведена схема подпора воздуха в тамбур-шлюзы при пожаре. Позиция 1 на данной схеме – заявленный проектантом «обратный клапан с электроприводом», позиция 2 – клапан дымоудаления. Вместо клапана дымоудаления должен быть предусмотрен клапан огнезадерживающий. Что касается «обратного клапана с электроприводом», то обратные клапаны не оборудуются электроприводом, и что в данном случае имел в виду проектант, совершенно непонятно.

Рисунок 2. Фрагмент схемы подпора воздуха в тамбур-шлюзы при пожаре, представленной на экспертизу: 1 – обратный клапан с электроприводом; 2 – клапан дымоудаления

На рис. 3 приведен фрагмент плана подземного гаража-автостоянки. Данный подземный гараж разделен на ряд отдельных пожарных отсеков. Нормативные документы, а именно МГСН 5.01-01 «Стоянки легковых автомобилей», содержат требования, устанавливающие необходимый комплекс мероприятий по предупреждению проникновения дыма из помещения, в котором произошло возгорание, в смежные помещения. Для выполнения этих требований предусматривается забор с улицы наружного воздуха и подача его над въездными проемами через щелевые воздухораспределительные насадки (ширина щели не менее 3 см) по всей ширине проема со скоростью не менее 10 м/с, что позволяет «отсечь» задымленный пожарный отсек от остальных помещений: «2.26. Общие для всех этажей стоянки пандусы (рампы), предназначенные для въезда (выезда), при двух и более этажах автостоянок должны отделяться (быть изолированы) на каждом этаже от помещений для хранения автомобилей, ТО и ТР противопожарными стенами, воротами, тамбур-шлюзами в соответствии с требованиями СНиП 21-02-99 (п. 5.12). В подземных автостоянках допускается взамен тамбур-шлюзов перед въездом в изолированные рампы с этажей предусматривать устройство противопожарных ворот 1-го типа с воздушной завесой над ними со стороны помещения хранения автомобилей, посредством настильных воздушных струй от сопловых аппаратов, со скоростью истечения воздуха не менее 10 м/с, при начальной толщине струи не менее 0,03 м и ширине струи не менее ширины защищаемого проема».

Рисунок 3. Фрагмент плана подземного гаража-автостоянки, представленного на экспертизу

Ошибочная трактовка этого пункта нормативного документа привела к тому, что в рассматриваемом проекте вместо организации подачи наружного воздуха предусматривается устройство обычных воздушных завес над проемами, забирающих воздух из того же помещения в режиме полной рециркуляции. Эта завеса показана на плане и обозначена как «Противодымная электрическая завеса», а по сути представляет собой обычную воздушно-тепловую завесу, устанавливаемую обычно у входа в помещения для предупреждения попадания в них холодного воздуха. Ко всему прочему, данная завеса установлена не над проемом, как это требуют нормативные документы, а сбоку от него. Разумеется, такие завесы никак не препятствуют распространению дыма в другие пожарные отсеки.

В ряде проектов предусматривается одновременное применение как чугунных радиаторов с шаровыми кранами, так и, на другой ветке, отопительных приборов, оборудованных термостатами. Поскольку чугунные радиаторы с шаровыми кранами отличаются очень низким сопротивлением, то, очевидно, затекание теплоносителя в отопительные приборы, оснащенные термостатами, будет очень незначительным. Такие проекты получают замечание эксперта: «На схеме отопления пояснить, как будут увязаны чугунные радиаторы с шаровыми кранами и приборы с термостатами на расчетный расход воды».

Другая частая ошибка, возникающая при использовании чугунных радиаторов, – оснащение их термостатами. Чугунный радиатор – емкостной отопительный прибор, объем теплоносителя в данном отопительном приборе очень велик, соответственно, и запаздывание при работе термостата будет чрезвычайно велико, что в большинстве случаев делает применение термостатов бессмысленным.

Встречаются в проектах и откровенно устаревшие решения, такие, как требование проектанта об использовании краски БТ-177 для окраски отопительных приборов, которая уже довольно длительное время для таких целей не применяется.