Автономное теплоснабжение высотных зданий и комплексов

О выборе источника теплоснабжения

 

Потребителями теплоты высотного здания или комплекса являются системы отопления, вентиляции и кондиционирования жилых и общественных (офисных, гостиничных и др.) помещений, в том числе системы бытового и технологического горячего водоснабжения.

Следует отметить, что потребители теплоты могут отличаться широким диапазоном требований к параметрам теплоносителя и режимам потребления и обеспечению безопасности содержания и эксплуатации.

Все эти требования надежно и с достаточной степенью эффективности должны обеспечивать внутренние системы теплоснабжения высотного здания. Наиболее надежными и эффективными системами трансформации и подготовки теплоносителей являются дифференцированные установки как по назначению, так и по размещению в объеме комплекса. Это подтверждено практикой замены централизованных тепловых пунктов на автоматизированные индивидуальные тепловые пункты (ИТП) и вводы.

Однако при проектировании многих российских высотных зданий и комплексов подчиненное положение проектировщиков по отношению к строителям и инвесторам привело к сокращению инвестиционных затрат и применению недостаточно финансово обеспеченных решений, включение которых в правила проектирования инженерных систем высотных зданий требует более тщательной практической и теоретической обоснованности.

К сожалению, инвесторы и заказчики не осознают всей важности научных исследований в этой области, результатом которых стали бы обоснованные оптимальные решения, позволяющие существенно сэкономить средства на дальнейшую эксплуатацию и повысить долговечность инженерных систем здания.

Исходя из требований обеспечения надежного, и безаварийного, и энергетически эффективного теплоснабжения всех потребителей теплоты высотного здания (комплекса), в том числе и при наличии потребителей первой категории, выбор источника теплоснабжения представляет довольно сложную техническую и социальную задачу.

 

«Башня 2000» – офисный небоскреб, входящий в комплекс «Москва-Сити». АИТ мощностью 13 МВт запроектирован на отметке 100 м

 

Выбор источника теплоснабжения для многофункционального высотного комплекса производится на основании технико-экономических расчетов. Учитывая, что такие комплексы главным образом строятся в мегаполисе, где действуют правила «схемы теплоснабжения» и условия подключения к системам теплоснабжения единой теплоснабжающей организации, предпочтение отдается централизованным системам теплоснабжения и их источникам. Одним из основных условий присоединения высотного комплекса к централизованному источнику является наличие сетей такого источника в районе строительства или возможность их прокладки. Эти обстоятельства определяются техническими условиями на присоединение.

Оборудование и трубопроводы первичного теплоносителя, поступающего в ИТП высотного здания (комплекса) от источников централизованного теплоснабжения, под-контрольны Ростехнадзору, поэтому четкое соблюдение требований соответствующих правил этого ведомства и соблюдение требований Федерального закона от 21 июля 1997 г. № 116-ФЗ «О промышленной безопасности опасных производственных объектов» создают необходимые условия для обеспечения безопасности этих систем. Эти требования в основном сводятся к расчету и выбору оборудования по прочностным характеристикам и его размещению, а также к организации мониторинга в процессе эксплуатации через объединенный диспетчерский узел.

Одной из наиболее сложных проблем при выборе централизованной системы теплоснабжения является обеспечение беспе-ребойной подачи теплоты при авариях на централизованном источнике теплоты или в тепловых сетях от двух (основного и резервного) независимых вводов городских тепловых сетей. Организация второго независимого ввода представляет довольно сложную техническую и экономически затратную задачу. При этом возникает необходимость рассмотреть в проекте высотного здания (комплекса) мероприятия по обеспечению теплом потребителей, для которых недопустимо прерывание подачи тепла, в том числе и бытового горячего водоснабжения при аварии на централизованной системе теплоснабжения.

Использование автономного источника теп-лоты, интегрированного в строительную часть многофункционального высотного комплекса, позволило бы упростить решение данной проблемы.

 

Проектирование автономных источников теплоты

 

Использование интегрированного в здания автономного источника теплоты (крышный, пристроенный или встроенный) широко используется в зарубежной практике. Значительная часть высотных зданий Монреаля, Торонто, Нью-Йорка, Бостона, Милана, Дюссельдорфа оснащена автономными источниками теплоты, размещенными на крыше. Проектирование автономных источников теплоты (АИТ) в отечественной практике началось в 1992 г. в Ростове-на-Дону для 10-этажных жилых домов, в 1994 г. во Владимире для 14-этажного жилого дома, в 1998 г. жилые дома в Салехарде.

В отсутствие нормативных документов автономные источники теплоты проектировались на основании разрабатываемых специальных технических условий (СТУ), в том числе и для высотных зданий, которые согласовывались Госстроем (Минстроем), и Ростехнадзором, и МЧС России.

Так были запроектированы АИТ в крышном варианте на «Башне 2000» (Москва, наб. Т. Г. Шевченко) на отметке 100 м мощностью 13 МВт, для жилого дома (Москва, ул. Сельскохозяйственная) на отметке 110 м мощностью 3,4 МВт, для башни «Исеть» (Екатеринбург) на отметке 130 м мощностью 6 МВт, на зданиях – памятниках архитектуры в исторической части Санкт-Петербурга мощностью 6–18 МВт на отметке от 30 до 80 м, для многофункционального комплекса мощностью 9 МВт в Воронеже, торгово-развлекательного комплекса в Нижнем Новгороде мощностью 3,7 МВт.

 

Башня «Исеть» – 52-этажный небоскреб в Екатеринбурге. В конце 2015 года основное строительство башни было завершено, и теперь башня позиционируется как самый высокий северный небоскреб планеты. АИТ мощностью 6 МВт запроектирован на отметке 130 м

 

Опыт проектирования и строительства АИТ на основе специальных технических послужил основой разработки свода правил «Источники тепла автономные. Правила проектирования», который находится на утверждении в Минстрое России.

В зарубежной практике допускается размещение АИТ в нижней части (цоколь, подземные этажи) или на крыше здания, однако это требует соответствующего технико-экономического обоснования.

В российской практике размещение автономного источника в нижней части здания запрещено нормативными документами по соображениям безопасности в основном из-за трудности устройства легкосбрасываемых ограждающих конструкций при аварийных ситуациях взрыва газа.

Поэтому в нормативных документах изложены требования по проектированию и размещению только крышного варианта автономного источника тепла.

Однако современные технические средства мониторинга среды помещения, где размещаются газовое оборудование автономного источника и система обеспечения безопасности работы горелок, котлов, газовоздушных трактов, практически исключают возможность образования взрывоопасной смеси, и, соответственно, исключается необходимость устройства легкосбрасываемых конструкций.

Если найдется инвестор – в порядке эксперимента можно запроектировать вариант размещения автономного источника тепла в подземной части здания с использованием всех известных в мировой практике средств и мер безопасности, исключающих взрыв газа в подвале, и представить эти технические решения на суд надзорных организаций (службе пожарной безопасности и службе технологической безопасности). Такой проект мог бы служить примером реконструкции и модернизации тысяч подвальных котельных, эксплуатируемых сегодня во многих городах России.

3 4-этажный жилой дом на ул. Сельскохозяйственной (Москва). Крышная котельная мощностью 3,4 МВт

 

Требования к газопроводу

 

При размещении автономного источника тепла на крыше высотного здания (комплекса) появляется «объект», представ-ляющий потенциальную опасность, – газопровод среднего или низкого давления. Поэтому при строительстве высотного здания в проекте должны быть предусмотрены мероприятия, обеспечивающие безопасность прокладки и эксплуатации газопровода.

Давление газа в подводящем газопроводе, прокладываемом по фасаду здания или внутри здания, сегодня с уверенностью можно определить как среднее – до 0,3 МПа. Опыт проектирования строительства и эксплуатации таких газопроводов в Москве для офисных зданий и жилых зданий высотой более 75 м уже имеется. Эти решения согласованы с Ростехнадзором и УГПС ГО ЧС Москвы и Московской области.

При среднем давлении газа получается довольно небольшой диаметр газопровода, который может быть размещен в складках конструкций фасада, не портя архитектурный облик здания. Однако при прокладке такого газопровода по внешней стороне здания трудно обеспечить защиту от несанкционированного доступа и возникает сложность эксплуатации и обслуживания его, особенно при наших климатических условиях. Поэтому предлагается вариант прокладки газопровода внутри корпуса здания в специальной шахте с огнестойкими ограждающими конструкциями с пределом огнестойкости не менее 3 ч с зональным доступом по высоте здания.

Шахта должна быть снабжена постоянно действующей естественной или механической вытяжкой со скоростью движения воздуха не менее 1,5 м/с, датчиками-сигнализаторами загазованности. Газопровод должен быть снабжен быстродействующими электромагнитными элементами: запорным клапаном внизу на выходе из ГРП и сбросным клапаном вверху на вводе в ШГРП котельной. Оба клапана должны срабатывать:

• при включении пожарной сигнализации здания, при включении сигнализаторов загазованности;
• при несанкционированном проникновении посторонних в шахту газопровода, при этом происходит опорожнение газопровода от газа.

Требования к оборудованию крышных котельных

К оборудованию и размещению крышного автономного источника должны быть предъявлены дополнительные требования экологической и конструктивной безопасности. Эмиссия вредных выбросов в атмосферу не должна превышать:

• СО – следы;
• NOX – не более 30 ррм.

Конструкция, тепловая схема и поверхности нагрева котлов должны обеспечивать надежную их эксплуатацию при безреагентной обработке добавочной воды и применении безотходной технологии водоподготовки.

Оборудование, горелки, насосы должны быть малошумными. В проекте должны быть приняты меры по предотвращению передачи вибрации, аэродинамического и конструктивного шума строительным конструкциям здания.

Весовые нагрузки котлов на перекрытия здания не должны превышать допустимые нагрузки используемых для этих целей стандартных конструкций. Это достигается при весе котла с водой не более 1–1,5 кг на кВт мощности котла.

Таким образом, использование комплекса мероприятий, снижающих потенциально опасное влияние инженерных систем на среду обитания в высотных зданиях, может свести их к минимуму и обеспечить достаточную безопасность самого здания.

Реализация безопасной эксплуатации высотных зданий и комплексов зависит от проектировщиков и строителей, но в большей степени и от квалификации эксплуатационного персонала, куда можно привлечь малый и средний бизнес. К сожалению, в стране отсутствует организационная структура такой системы, над созданием которой не работает ни один федеральный орган власти.