XI Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2019

Введение: Энергетический кризис 1992 г. заставил переоценить масштабы и способы использования энергии для нормального функционирования зданий и сооружений, а в жилищном строительстве наметилась твердая тенденция к строительству зданий повышенной этажности в 20 и более этажей [1].Кроме того, произошел резкий рост потребления электроэнергии в жилом секторе, например для 2-х комнатных квартир - с 1 кВт в 1980 г. до 18 кВт в 2017 г., очевидно потому, что высотные дома увеличили потребление электрической энергии из-за функционирования лифтов, «подкачки» холодного и горячего водоснабжения верхних этажей. Результатом этого явилась невозможность применения типовых схем внешнего электроснабжения жилых домов, разработанных в прошлом столетии [2].

Главной причиной роста энергопотребления считаются процессы так называемой урбанизации, происходящей во всем мире, в т.ч. с использованием систем вентиляции и кондиционирования воздуха.

В настоящее время разработано множество проектных и инженерных решений с автономными системами жизнеобеспечения, включая пассивные методы теплоизоляции, учитывающие природно-климатические условия местности. Снижению энергоемкости служат архитектурные приемы, такие как ориентация здания по сторонам света с учетом преобладающих направлений холодного ветра, максимальное остекление южных фасадов и минимальное остекление северных фасадов. Дневное освещение, естественное затенение, фотогальванические фасады, ветровые энергетические системы и т.д. – все это вносит свой вклад в проектирование и строительство все более автономных и эффективных инженерных систем многоквартирных и высотных жилых зданий [1].

Инженерные системы жилых зданий должны обеспечивать защиту при любых ситуациях, в т.ч. требующих эвакуации людей. В нормативных документах закреплено требование, согласно которому для любой подстанции, обеспечивающей электроснабжение жилых домов обязательно наличие двух трансформаторов, которые должны быть закольцованы. Для высотного здания, помимо наличия двух обязательных независимых источников, должен быть предусмотрен третий независимый источник для электроснабжения потребителей первой категории (лифты, системы дымоудаления, аварийное освещение, пожарная сигнализация). Этот третий источник подключается автоматически при перерыве в электроснабжении от двух основных источников и представляет собой дизель-генераторную установку (ДГУ), которая должна обеспечить электроснабжение в течение трех часов. Помимо ДГУ могут применяться источники бесперебойного питания (ИБП). Однако в настоящее время доступные модели ИБП могут обеспечить существенно меньшее время работы (как правило, около 20 минут), поэтому эти устройства рассматриваются не как замена, а как дополнение к ДГУ. Следует отметить, что размещение дизель-генераторных установок зачастую вызывает определенные трудности. Это связано с тем, что заказчики не очень охотно выделяют площади для размещения оборудования, которое работает только в условиях чрезвычайной ситуации, т.к. стремятся получить как можно больше площадей («квадратных метров»), пригодных к продаже [3].

ДГУ рассчитываются на максимальную и минимальную нагрузку. Например, в высотном комплексе «Алые Паруса» запроектированы две дизель-генераторные установки мощностью 750 кВА каждая, т.к. к потребителям первой категории отнесены и центральные тепловые пункты (ЦТП), обслуживающие подобные многофункциональные комплексы. При этом, речь идет не столько о нормальном функционировании ЦТП в случае пожара, сколько об обеспечении функционирования инженерных систем в случае перебоев в электроснабжении с помощью резервного источника электроснабжения. Совершенно очевидно, что в случае возникновения пожара или подобной экстраординарной ситуации электроснабжение здания можно автоматически отключить от резервного источника, поскольку приоритет будет отдан ликвидации пожара. Однако, независимый резервный источник электроснабжения для насосных групп и автоматики ЦТП совершенно необходим, что показали аварии, имевшие место в Москве. Опыт проектирования и реальной эксплуатации многофункциональных высотных комплексов показал, что целесообразно переходить на электроснабжение таких объектов посредством не кабелей, а шинопроводов, представляющих собой пакет шин, обычно медных, заключенных в кожух. Это решение апробировано на крупных объектах в Москве, в том числе в высотных комплексах «Триумф-Палас» и «Дом в Сокольниках». Такая схема является достаточно гибкой и позволяет подключить большую нагрузку, а также обеспечивает высокий предел огнестойкости (240 минут). Шинопроводы проще в обслуживании и эксплуатации, а также более надежны, чем кабели, хотя имеют более высокие по сравнению с кабелями капитальные затраты [3].

Известно, что самыми «быстрыми и надежными» системами пожарной сигнализации являются аспирационные системы, в которых, для достоверного обнаружения используются три разных датчика (тепловой, дымовой и газовый), а её трубопроводы охватывает все помещения квартиры или индивидуального жилого дома (рис.1), в отверстия которого всасывается воздух, проходящий через камеру с указанными датчиками (рис.2), чем и обусловлено раннее, достоверное и адресное обнаружение пожара [4].

Рис. 1 Аспирационная система с генератором азота

 

 

Рис. 2- Электросчетчик-извещатель

В качестве генератора азота, в соответствии с СП 5.13130 «Системы пожарной сигнализации и установки пожаротушения автоматические, автономные», можно использовать нанотехнологию мембранной сепарации азота из окружающего воздуха. Эта нанотехнология хорошо известна и широко используется, в т. ч. за рубежом, представляя собой кнудсеновскую диффузию, в соответствии с которой компоненты разделяемой смеси проникают через поры мембраны с различными скоростями, в связи с чем, коэффициент разделения смеси зависит от молекулярных масс [4]:

где n₁ и n₂ - числа молей компонентов соответственно, с молекулярными массами M₁ и M₂.

Азотная мембрана представляет собой тонкую трубку толщиной в несколько долей микрометра, обеспечивающую газоразделение [5]. Сотни метров мембран размещаются в унифицированных мембранных модулях, которые собираются в компактную установку с соответствующим компрессором, которую следует установить в подвале или на техническом этаже, с разводкой «азотного» и «кислородного» трубопроводов параллельно с трубами тепло-водо-снабжения и водоотведения (рис.3).

Рис.3-Мембранные нанотехнологии (а-мембрана; б-модуль; в-установка; г-разрез «высотки»)

Таким образом, модифицированный электросчетчик-извещатель пожарно-электрического вреда (ЭСИ-ПЭВ), состыкованный с «азотным» и «воздушным» трубопроводами через блок сепарации воздуха, становится «узлом жизнеобеспечения» квартиры [5].

Выводы. Принимая во внимание указанные выше разработки, в магистерской диссертации будет осуществлена доработка электро-газо-счетчика-извещателя пожарно-энергетического вреда и опасных факторов пожара и взрыва от утечек бытового газа в модель автоматизированной системы защиты квартир в многоквартирных жилых домах, с требуемой ГОСТ 12.1.004 вероятностью безопасной жизнедеятельности, путем:

- доработки блока компенсации реактивной мощности,

- разработки варианта размещения азотной мембранной установки и модели системы в многоквартирном жилом доме,

- разработки размещения «квартирного сегмента» модели системы,

- расчета экономической эффективности внедрения модели.

Список литературы:

1. Энергоэффективность и энергосбережение высотных зданий - URL:http://ros-pipe.ru/tekh_info/tekhnicheskie-stati/proektirovanie-zdaniy-i-sooruzheniy/energoeffektivnost-i-energosberezhenie-vysotnykh-z/(дата обращения 25.02.2019)

2. Электроснабжение высотных зданий - URL: https://studwood.ru/1581499/nedvizhimost/elektrosnabzhenie_vysotnyh_zdaniy (дата обращения 23.02.2019)

3. Яценко С.О., Никитин С.Г., Колубков А.Н., Шилкин Н.В. Особенности организации электроснабжения многофункциональных высотных комплексов //АВОК: Вентиляция, отопление, кондиционирование воздуха, теплоснабжение и строительная теплофизика.- 2008.- №4.-С. 68-90.

4. Синергетика безопасности жизнедеятельности в жилом секторе / В.В. Белозеров, Т.Б. Долаков, С.Н. Олейников, А.В. Периков. ‒ М.: Издательский дом Академии Естествознания, 2017. – 184 с. ISBN 978-5-91327-488-5; DOI: 10.17513/np.283.

5. Периков А.В. Системный анализ и нанотехнологии безопасности в инженерных системах жилых высотных зданий // Нанотехнологии в строительстве. – 2018. – Том 10, № 2. – С. 114–130. – DOI: 10.15828/2075-8545-2018-10-2-114-130.

Код для цитирования: Скопировать