XII Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2020

Введение

Принятие в 2002 году 184–ФЗ «О техническом регулировании», а затем и соответствующих технических регламентов во исполнение указанного закона, кардинально изменило подход к применению государственных стандартов, строительных норм и правил при проектировании, строительстве и эксплуатации зданий и сооружений, машин и оборудования, при производстве продукции и материалов [1-3].

Не рассматривая в данной работе варианты централизации и децентрализации энерго–тепло–водо-снабжения и водоотведения зданий и сооружений, которые могут снять многие существующие проблемы, но требуют огромных материальных затрат на научно–технические работы (исследования, конструирование, изготовление, испытания) и строительство (проектирование, строительство, монтаж и наладка), рассмотрим возможность оптимизации инженерных систем многофункциональных комплексов (МФК) и высотных зданий, строительство которых особенно интенсивно осуществляется в XXI веке, в том числе в российских городах–миллиониках.

Анализ существующих методов и средств

В 2016 году Минстрой РФ утвердил СП 253.1325800.2016 «Инженерные системы высотных зданий», которые включают в себя следующие системы – вентиляции, отопления, горячего и холодного водоснабжения, канализации и дренажа, воздухоподготовки, очистки и увлажнения, холодоснабжения, кондиционирования и климат–контроля, гарантированного и бесперебойного электроснабжения, освещения (комнатные, коридорные, фасадные и аварийные), охранно–пожарной сигнализации, противопожарной защиты и пожаротушения, учета и контроля расходования ресурсов, управления паркингом, транспортирования, часофикации, охранного видеонаблюдения, контроля и управления доступом, телекоммуникаций [4].

Очевидно потому, что высотные здания в результате идентификации, в соответствии с п. 7 ч. 1 и п.1–3, ч.7 ст.4 384–ФЗ «Технический регламент о безопасности зданий и сооружений» [3], относятся к повышенному уровню ответственности, многие компании начали заниматься автоматизацией инженерных систем именно таких зданий [5,6].

Если говорить про противопожарную защиту жилых высотных зданий, то в настоящее время она решается спринклерными системами, в том числе и в квартирах. Однако в этом случае возникает проблема: как незаметно разместить трубы со спринклерными головками в интерьере квартиры. Есть решения в виде «пристенных» спринклеров (в зоне сопряжения потолка и стены), а также вариант замены стальных труб – пластиковыми. Такие трубы не поддерживают горение, а при высоких температурах могут всего лишь деформироваться и потерять герметичность. Они могут соединяться на клею, более эстетичны и легче вписываются в интерьер [7].

Еще одна «проблема водоотведения» — отвод воды при пожаре. Если в квартирах установлена спринклерная система, то появляется необходимость о 100 % гидроизоляции квартир (а не только зоны санузла). Необходимо делать уклоны к приемным отверстиям (трап в данном случае не годится, поскольку у него маленькая пропускная способность) и выводить патрубки из водосточных труб (из канализационных труб нельзя из–за запаха) на уровне пола межквартирного холла [7,8].

Синтез модели

В последнее время многие многоквартирные жилые высотные здания уже строятся без газоснабжения, с вводом в квартиры 3–х фазного энергоснабжения для электроплит и электродуховок, а Ростехнадзор выступил с предложением о запрете использование газа в многоквартирных домах, направив соответствующее предложение депутатам Госдумы.

Однако данное решение не является решением проблемы повышения безопасности проживания в МФЖК, т.к. давно известно, что невысокое качество потребляемой бытовыми электроприборами электроэнергии (например, пониженное или повышенное напряжение, фазовый сдвиг тока и напряжения и т.д.) уменьшает их технический ресурс и создает условия для возникновения в них пожароопасных отказов, т.е. увеличивает вероятность аварий и пожаров по электротехническим причинам [9]. Таким образом, введение «интеллекта» в электросчетчик, который вычисляет «не качественность» электроэнергии, и изменение по этой причине вероятности пожара от электроприборов, плюс комбинирование «проточных» датчиков в электросчетчик, помимо мониторинга и возможности регулирования оплаты в соответствии с качеством потребляемой электроэнергии, позволит предотвратить пожароугрожаемый режим электроприборов отключением электроэнергии, а также обеспечить раннее обнаружение загорания в квартире, где такой электросчетчик установлен, если оно произошло по другим причинам [10,11]

Одной из самых часто возникающих аварий инженерных систем происходящих в многоквартирных домах, является затопление, при котором происходит повреждение не только самой системы отопления, водоснабжения или водоотведения, но и помещений, входящих в состав имущества общего пользования (подвалов, технических этажей, чердаков), а также других помещений и имущества в них, находящихся в частной, государственной или муниципальной) собственности, при аренде помещений в здании. Поэтому очевидным решением в этих случаях является оснащение квартир датчиками выявления утечки воды и контроля качества потребляемой электроэнергии, а также автоматических средств управления, предотвращающих аварии и пожары, возникающих из–за этого, например, «интеллектуализация» инженерных систем, в частности, приборов учета электроэнергии, воды, сплит–систем и других бытовых электроприборов, а также их интеграция со средствами управления жизнеобеспечением [12-17].

Таким образом, возникает идея объединить приборы учета энергоресурсов, потребляемых каждой квартирой, в локальную автоматизированную микросистему диагностики и защиты (ЛАМС ДЗ), дополнив её средствами диагностики утечек и отказов и предотвращения аварий, взрывов и пожаров.

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 охватывают все помещения квартиры, в отверстия которого всасывается воздух, проходящий через камеру с указанными датчиками, чем и обусловлено раннее обнаружение пожара [18]

Если совместить аспирационную систему с электросчетчиком–извещателем-подавителем пожарно–электрического вреда (ЭСИП ПЭВ), и совместить трубопровод с генератором азота, для его подачи через трубы в каждую комнату и подавления, таким образом, возникающих загораний [14-17], то получим основу ЛАМС ДЗ (рис.1).

 

Рис. 1 - Блок схема ЭСИ-ПЭВ с аспирационной системой и генератором азота

В качестве генератора азота, в соответствии со Сводом правил [19], можно использовать нанотехнологию мембранной сепарации азота из окружающего воздуха, 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 [17]:

где n₁ и n₂ - числа молей компонентов соответственно, с молекулярными массами М₂ и М₁

Азотная мембрана представляет собой тонкую трубку толщиной в несколько долей микрометра, обеспечивающую газоразделение, а 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 [17].

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

Для контроля потребляемых ресурсов, в т.ч и воды, одним из наиболее подходящих вариантов для компоновки в ЭСИП являются счетчики и устройства «Пульсар» (рис.2), которые имеют соответствующие каналы передачи данных [20-22]

а)

б) в)

Рис. 2 – Датчики и устройства «Пульсар»

Счетчики воды (рис.2 «а») позволяют точно измерить объемы и температуры потребленной холодной и горячей воды, чем сократить расходы на коммунальные услуги, позволяя встраивать его в системы автоматизированного учета. К достоинствам этого счетчика можно отнести - антимагнитную защиту, устойчивость к повышенному давлению, точность измерений, как при горизонтальной, так и при вертикальной установке, импульсный, цифровой и радиоканал передачи данных [20].

Теплосчетчик «Пульсар» (Рис. 2 «в») и устройство для распределения тепловой энергии «Пульсар» (Рис.2 «б»), будут отслеживать и измерять количество тепловой энергии, энергии охлаждения, тепловой мощности, объемного расхода (объема), температуры, разницы температур теплоносителя (воды). Работа теплосчетчика заключается в измерении объема температуры теплоносителя в подающем и обратном трубопроводах и последующем определении тепловой энергии, путем обработки результатов измерений вычислителем. Так же данный теплосчетчик имеет энергонезависимую память, в которой регистрируются значения тепловой энергии и параметры теплопотребления (средние температуры за интервал времени, объем теплоносителя за интервал времени). Глубина архива 60 месяцев, 184 суток и 1488 часов. По протоколу M-Bus возможно считывание месячного архива глубиной 24 записи, в т.ч. журнала событий, содержащего информацию об ошибках, возникающих в процессе работы и изменении настроечных параметров [21].

Устройство для распределения тепловой энергии «Пульсар» (Рис.2 «б») предназначено для измерений разности температуры отопительного прибора и температуры окружающей среды. На основании измеренной разницы температур и введенных в устройство коэффициентов, учитывающих мощность отопительного прибора и тепловой контакт между распределителем и отопительным прибором, может быть вычислено количество тепловой энергии, отданной отопительным прибором непосредственно в единицах мощности – киловаттах (кВт) за отчетный период [22].

Таким образом, комплексируя указанные выше средства в «узел жизнеобеспечения квартиры» (рис.4), получим искомую модель ЛАМС ДЗ, экономическая эффективность которой реализуется через тарифную политику.

Дело в том, что тарифы на водоснабжение в РФ устанавливается с учетом расходов, которые местные водоканалы и теплосети несут в связи с поставкой ресурса, а также прибавленных к ним надбавок, в пределах индексов, установленных для региона [23-25].

Обычно тариф на воду рассчитывается исходя из затрат на электроэнергию и реактивы для очистки воды, зарплату сотрудников, транспортировку ресурса к конечному потребителю, содержание имущества водоканала, инженерных сетей и так далее [24].

Рис.4 - Блок-схема ЭСИП с КРМ и датчиками тепло-водоснабжения

Что касается горячего водоснабжения (ГВС), то его тариф складывается из цены на поставку холодной воды, стоимости ее подогрева до нужной температуры и индекса роста тарифов. Как упоминалось выше, размер платы за коммунальную услугу по горячему водоснабжению определяется в том числе исходя из стоимости ее подогрева – это самая крупная статья расходов [25].

Согласно СанПиН 2.1.4.2496-09, утв. постановлением Главного санврача РФ № 20 от 07.04.2009 [26], температура горячей воды в кране должна быть не ниже 60 и не выше 75˚С. Следовательно, температура воды в горячем кране не может опускаться ниже 55–57˚С. Нарушение этой нормы дает жильцам право добиваться снижения тарифа на 0,1% за каждый час в течение всего периода отклонения [23,25].

Уместно отметить, что в последние время стал актуальным вопрос об установке счетчиков воды, т.к. в случае их отсутствия ЖКХ или управляющие компании считают израсходованную воду делением общего объема использованной воды всего дома, в том числе и протечки труб общего пользования, на количество прописанных жильцов, т.е. расходуя за месяц небольшое количество воды, заплатим за соседей своего дома.

Таким образом, комплексирование приборов учета горячей и холодной воды с электросчетчиком-извещателем-подавителем пожарно-электрического вреда создает условия реализации локальной микросистемы управления качеством потребляемых ресурсов в квартирах высотных домах, в т.ч. электроэнергии, горячей и холодной воды, которая обеспечит безопасность жизнедеятельности в квартирах высотных домов не ниже, чем в ГОСТ 12.1.004 [9-17,26].

Список литературы

1.Федеральный закон от 27 декабря 2002 г. N 184-ФЗ"О техническом регулировании"

http://ivo.garant.ru/#/document/12129354/paragraph/157574/highlight/184

2.Федеральный закон от 22 июля 2008 г. N 123 Ф3 "Технический регламент о требованиях пожарной безопасности"

URL: http://ivo.garant.ru/#/document/12161584/paragraph/1/highlight/123-%D0%A4%D0%97:4

3. Федеральный закон "Технический регламент о безопасности зданий и сооружений" от 30.12.2009 N 384-ФЗ

URL: http://ivo.garant.ru/#/document/12172032/paragraph/1/highlight/384-%D0%A4%D0%97:6

4. СП 253.1325800.2016 Инженерные системы высотных зданий, «Свод правил. Инженерные системы высотных зданий. High-risebuildingsutilities».

URL: http://docs.cntd.ru/document/1200139948

5. Многофункциональные комплексы в регионах России / обзор компании GVA Sawyer – URL: http://zdanie.info/2393/2467/news/2410;

6. «АВАТРИ НАУКА И ТЕХНОЛОГИЯ» – инжиниринговая компания осуществляющая внедрение и системную интеграцию передовых интеллектуальных систем на различных объектах строительства – URL: http://ava3i.com/project/mfk-vysotskii/

7. Мешалкин Е.А. Пожарная безопасность жилых зданий //Системы безопасности. – 2013.- № 1, с.106-109.

8.Бродач М.М. Инженерное оборудование высотных зданий (2-е издание, исправленное и дополненное)– М.: Авок-Пресс, 2011. -428с.;

9. Белозеров В.В., Топольский Н.Г., Смелков Г.И. Вероятностно-физический метод определения пожарной опасности радиоэлектронной аппаратуры //Научно-техническое обеспечение противопожарных и аварийно-спасательных работ: Материалы ХII Всероссийской науч.-практ.конф.- М.: ВНИИПО, 1993, с.23-27.

10. Шумченко В.С. Автоматическое обнаружение и подавление пожарно-энергетического вреда в жилом секторе //Материалы IX Международной студенческой электронной научной конференции «Студенческий научный форум» URL: http://www.scienceforum.ru/2017/2312/27296;

11. Belozerov V.V., Oleinikov S.N., Belozerov V.V. About model of the automated system jf suppression of fire and electric harm /2-nd the International Scientific-Practical Conference on the Humanities and the Natural Science 26-27 December 2014- London UK: SCIEURO, 2014, p.10-19.

12. Белозеров В.В., Долаков Т.Б., Олейников С.Н., Периков А.В. Синергетика безопасности инженерных систем жилых зданий //Современные наукоемкие технологии.- 2018.- № 2.- С. 15-20.

13. Кулягин И.А. Модель интеллектуализации сплит систем, для обеспечения пожарной безопасности //Материалы IX Международной студенческой электронной научной конференции «Студенческий научный форум» URL: http://www.scienceforum.ru/2017/2312/27308 .

14. 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.

15. 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.

16. Олейников С.Н. Электросчетчик-извещатель пожарно-электрического вреда //Патент РФ на полезную модель № 135437 от 16.04.2013 -.2013, Бюл. № 34.

17. Белозеров В.В., Олейников С.Н. Способ определения пожарно-электрического вреда и опасных факторов пожара с помощью электросчетчика-извещателя - патент на изобретение RUS 2622558 07.09.2012.

18. Федоров А.В., Членов А.Н., Лукьянченко А.А., Буцынская Т.А., Демехин Ф.В. Системы и технические средства раннего обнаружения пожара: монография/ - М: Академия ГПС МЧС России. 2009.-158с..

19. в список СП 5.13130 «Системы пожарной сигнализации и установки пожаротушения автоматические, автономные»

URL: https://base.garant.ru/195658/

20. Счетчики крыльчатые холодной и горячей воды СКБ /Паспорт по ТУ 4213-012-219029-2003 – М.: НПП «ТЕПЛОВОДОХРАН», 2003.-11с.

21. ТЕПЛОСЧЕТЧИК «ПУЛЬСАР»: руководство по эксплуатации (паспорт) ЮТЛИ.408843.000 РЭ; Госреестр № 65782-16 – М.: НПП «ТЕПЛОВОДОХРАН», 2016.-5с.

22. Устройство для распределения тепловой энергии «Пульсар»: руководство по эксплуатации ЮТЛИ.408842.040 РЭ - М.: НПП «ТЕПЛОВОДОХРАН», 2016.-17с..

23. Методические указания по расчету регулируемых тарифов в сфере водоснабжения и водоотведения - URL: https://base.garant.ru/70603276/53f89421bbdaf741eb2d1ecc4ddb4c33/

24. Оплата горячей воды по двухкомпонентному тарифу в 2020 году - URL: https://pravovdom.ru/zhkx/dvuxkomponentnyj-tarif-na-vodu.html

25. Расчет платы за горячее водоснабжение в МКД с применением двухкомпонентных тарифов - URL: https://raschetgkh.ru/kommunalnye-uslugi/gv/259-gvs-tarif.html

26. ГОСТ 12.1.004 Пожарная безопасность. Общие требования – М: Изд.стандартов, 1992. -75с.

Код для цитирования: Скопировать