Автоматическая пожарная защита многофункциональных зданий повышенной этажности

Размещено на http://www.allbest.ru/

Автоматическая пожарная защита многофункциональных зданий повышенной этажности



Содержание

1. Обеспечение противопожарной защиты зданий повышенной этажности

1.1 Пожарная безопасность высотных зданий

1.2 Конструктивные особенности, обеспечивающие безопасность высотных строений

1.3 Системы пожаротушения высотных зданий

1.4 Эвакуационные мероприятия в строениях повышенной этажности

2. Характеристика многофункциональных зданий повышенной этажности

3. Общие принципы построения системы автоматизации и диспетчеризации

3.1 Сопряжение систем автоматизации с системами безопасности

3.2 Сопряжение с системой электроснабжения

3.3 Инжиниринг и эксплуатация

3.4 Пример использования систем автоматизации и диспетчеризации в высотных многофункциональных зданиях

Заключение

Список используемой литературы



1. Обеспечение противопожарной защиты зданий повышенной этажности

Для обеспечения безопасности жильцов многоэтажного дома (свыше 9 этажей), разработана противопожарная защита зданий повышенной этажности. Спасательные средства: механические лестницы, гидранты, в основном рассчитаны на высоту до 30 метров. Это и стало определяющим критерием понятия «повышенная этажность».

Особенности тушения пожара в зданиях повышенной этажности, связанные с этим процессом сложности привели к созданию отдельных требований для помещений находящихся выше 28 метров.

1.1 Пожарная безопасность высотных зданий

Во время подготовки проектной документации в расчет принимается устойчивость здания во время пожара. Время, в течение которого несущие конструкции и плиты перекрытия смогут выдержать воздействие огня, называется пределом огнестойкости. Особенности пожарной опасности зданий повышенной этажности рассчитываются исходя из этого временного промежутка.

При определении огнестойкости здания в расчет принимаются три критерия:

· R - потеря несущей способности.

· Е - нарушение целостности конструкции.

· I - потеря теплоизолирующих свойств, (нагрев конструкции до температуры от 160 до 220 градусов).

В соответствии с нормами, установленными в СНиП, противопожарные требования безопасности к многоэтажным зданиям, должны быть направлены на достижение трех основных целей:

1. Ограничить и локализовать пожар.

2. Уменьшить интенсивность горения.

3. Обеспечить благоприятные условия, чтобы снизить продолжительность пожара.

С этой целью для обеспечения пожарной безопасности многофункциональных высотных зданий и сооружений проводятся следующие мероприятия.

Рисунок 1.

· Предусматриваются конструктивные решения препятствующие распространению пожара между этажами, секциями, пожарными отсеками и рядом стоящими зданиями.

· Ограничивается использование строительных материалов, с высоким классом пожарной опасности. В частности ГОСТ оговаривает необходимость применения негорючих кровельных покрытий и несущих конструкций, безопасной отделки эвакуационных выходов, противопожарных отсеков.

· Требования к утеплению и фасадным системам обязуют использование негорючих базальтовых плит, а также противопожарных поясов вокруг оконных проемов.

· Система пожарной безопасности высотных зданий включает наличие первичных средств пожаротушения, а также сигнализации. Создание зон безопасности. Жильцы дома должны хорошо знать об предусмотренных эвакуационных мерах.

· Создание аварийных и эвакуационных выходов.

Меры безопасности при пожаре в высотном здании, направлены на обеспечение свободного выхода людей при эвакуации, своевременного пожаротушения помещений.

Международный опыт показывает, что основные проблемы, связанные с тушением пожаров можно решить превентивными, предупреждающими мерами. Не удивительно, что требования к новостроящимся зданиям постоянно ужесточаются.

1.2 Конструктивные особенности, обеспечивающие безопасность высотных строений

Наиболее эффективными современными методами повышения безопасности является использование конструктивных решений препятствующих распространению пожара. К ним относятся:

· Противопожарные преграды - включают перегородки, плиты перекрытия, клапаны, зоны и т.д. Преграды обеспечивают безопасность несущих конструкций, предотвращают распространение огня. Способствуют самопроизвольному затуханию пламени.

· Противопожарные стены. Недостатки высотных зданий состоят в том, что начиная с 30 метров от земли проводить пожаротушение, с помощью механических приспособлений, становится крайне затруднительным. Для предотвращения пожара устанавливаются вертикальные перегородки, начиная с основания здания. Противопожарная перемычка в высотном здании позволяет предотвратить распространение пожара даже в случае обрушения со стороны очага возгорания.

· Противопожарные разрывы - расстояние между высотными зданиями предназначено для обеспечения свободного проезда транспорта, в том числе пожарных машин, а также предотвращения распространения пожара на соседний дом.

· Методические рекомендации по обеспечению пожарной безопасности указывают, что разрыв для дома с высотой до 9 этажей составит 5-8 м, выше 8-10 м. На этом участке запрещается сажать клумбы и деревья, а также проводить воздушные линии электронапряжения.

· Во время действий по спасению, при пожаре в многоэтажном здании ничто не должно мешать беспрепятственному проезду спецтехники.

Дополнительно проектируются конструкционные решения, способствующие безопасной эвакуации жильцов дома. Необходимые меры определяют характеристики здания: огнестойкость, высота и т.д. Обязательными нормами при проектировании является необходимость в следующих конструкциях:

Рисунок 2.

· Эвакуационные выходы - ширина противопожарного коридора высчитывается по количеству проектной вместимости жильцов дома умноженная на 1,25. На дверях устанавливаются дополнительные защитные системы «антипаника». Пожарная эвакуация начинается с сигнала о наличии возгорания. Достаточное пространство коридора позволяет избежать давки.

· Противопожарные этажи - предусматриваются в зданиях выше 30 метров. Для создания надежной огнезащиты используют: несущие стены, столбы и опоры, ограждающие конструкции с индексом REI 180.

Структурная схема защиты уменьшает пожароопасные факторы, а также дает достаточное количество времени жильцам, чтобы покинуть горящее здание.

1.3 Системы пожаротушения высотных зданий

То, какую использовать систему пожаротушения на высотном здании, решается еще на раннем этапе проектирования. Одновременно проводится расчет систем безопасности. Выбор системы пожаротушения также регулируется ППБ и СНиП.

Основными являются следующие положения:

· Внутреннее пожаротушение высотных зданий выполняется автоматической системой. На всех этажах устанавливаются спринклеры. Спринклеры реагируют на возгорание и тушат огонь, подавая воду. Сухотрубные системы соединены с пожарным трубопроводом. Эффективность достигается благодаря тому, что все здание поделено на зоны по этажам. Автоматика подает сигнал на заполнение пожарного трубопровода. Воду для каждой зоны качает отдельный насос.

· Современная многоуровневая автоматика системы противопожарной защиты с сухотрубной разводкой может эффективно использоваться даже в неотапливаемых помещениях, в том числе технических этажах. Монтаж противопожарного оборудования должен происходить на этапе строительства дома. В виде исключения возможна установка в уже готовом здании.

· Расположение первичных средств пожаротушения в многоэтажном здании. На каждом этаже и квартире в «высотке» должны находиться системы индивидуальной защиты, сигнализация, пожарные краны, огнетушители. При приобретении жилья хозяин должен проходить обязательный инструктаж о способах применения средств пожаротушения.

Рисунок 3.

Рекомендации по тушению, ситуации представляющие опасность возникновения пожара должны быть подробно описаны и изложены в предупреждающих надписях на стенах здания. Там же обязательно помещается подробный план эвакуации.

Индивидуальное спасательное оборудование «самоспасы», помещается в каждую квартиру в доме. Дополнительно предусмотрена система наружного тушения высотных зданий, препятствующая распространению огня по фасаду.



1.4 Эвакуационные мероприятия в строениях повышенной этажности

Порядок действий, основные способы тушения должны быть хорошо знакомы жителям небоскребов. Регулярно должны проводиться мониторинг и анализ пожарной опасности, а также вноситься соответствующие коррективы в план эвакуации.

Главное требование к противопожарным системам - задача предотвратить распространение огня и дать возможность людям покинуть здание. Благодаря организованным действиям удается избежать многочисленных жертв даже при интенсивном пожаре.

Технические средства противопожарной защиты зданий повышенной этажности считаются эффективными, если с их помощью удастся выдержать воздействие открытого огня в течение 180 минут. Система мониторинга показывает, что особенностью развития пожаров в зданиях повышенной этажности является постепенное поднимание огня и дыма вверх. Поэтому основной задачей при эвакуации является достижение безопасного уровня, ниже возгорания. Два эвакуационных выхода, наличие индивидуальных систем защиты могут поспособствовать достижению этой цели.



2. Характеристика многофункциональных зданий повышенной этажности

Высотные многофункциональные жилые комплексы разделяются на пожарные отсеки по их функциональному назначению, по площади этажа, а также по высоте здания. Границами пожарных отсеков являются противопожарные преграды, в качестве которых используются противопожарные стены и перекрытия с нормируемыми пределами огнестойкости. Предел огнестойкости конструкции - это время, в течение которого конструкция при стандартном пожаре продолжает выполнять свое проектное предназначение. Требуемые показатели пределов огнестойкости строительных конструкций для конкретных зданий определяются в зависимости от его назначения, высоты, а также величины проектной горючей нагрузки. Так, на упомянутых объектах пределы огнестойкости противопожарных преград запроектированы от 3 до 4 ч.

Допустимые площади этажей в пределах пожарных отсеков различного функционального назначения определены в соответствующих строительных нормах и правилах.

Так, например, подземные автостоянки допускается проектировать с площадью пожарного отсека в пределах этажа не более 3 000 м². В обоснованных случаях, если суммарная площадь этажа подземной автостоянки равна 7 000 м², дробить его на три пожарных отсека экономически нецелесообразно, этаж делится на два пожарных отсека площадью по 3 500 м². При этом обоснованное отступление от противопожарных требований действующих норм и правил должно быть компенсировано дополнительными противопожарными мероприятиями, а эвакуация людей запроектирована в полном соответствии с требованиями норм. В данном случае в качестве компенсации, как правило, предусматривается увеличение интенсивности орошения автоматической системы спринклерного пожаротушения, т. е. система пожаротушения больше расходует воды и быстрее ликвидирует возможный пожар.

Инженерные системы и коммуникации зданий (за исключением стальных водонаполненных труб), в том числе системы противодымной защиты, должны проектироваться автономными для каждого пожарного отсека. В случае транзитной прокладки инженерных коммуникаций через другой пожарный отсек необходимо предусматривать отделение таких коммуникаций строительными конструкциями с нормируемыми пределами огнестойкости.

В связи с повышенной этажностью и особенностями объемно-планировочных решений высотные здания, в том числе жилые, как правило, подлежат оборудованию системами спринклерного пожаротушения по всей площади. При этом на стадии проектирования таких систем возникают вопросы, связанные с подачей воды на большие высоты и ограничениями по рабочему давлению применяемой арматуры, трубопроводов и спринклерных оросителей.

В настоящее время используются различные схемы построения спринклерных систем. Например, может быть принята схема с расположением насосов последовательно на нескольких технических этажах. При этом на нижнем техническом этаже располагается насосная станция первого подъема, на среднем техническом этаже располагается емкость, в которую поступает вода снизу, и еще одна группа насосов второго подъема, и так далее в зависимости от требуемой высоты подъема воды. Такая схема применяется очень часто, например, она широко распространена в странах Западной Европы. При реализации этой схемы нижняя насосная группа подает воду в резервуар определенного объема, а следующая группа насосов подает воду на уровень выше, забирая ее из упомянутого резервуара. Резервуар в виде компенсационной емкости необходим, поскольку перекачка воды «из насоса в насос» непосредственно по трубе может привести к несбалансированной работе насосов и в некоторых случаях к возникновению эффекта кавитации и разрушению системы.

У данной компоновки есть свои плюсы и минусы. Преимуществом является повышенная надежность системы. Кроме того, при ограничении высоты подъема до 90-100 м давление на всех участках системы минимизировано и ограничено 12-16 атм. Недостатком является то, что в здании на среднем (верхнем) техническом этаже располагается емкость с достаточно большим количеством воды, и в случае аварии такой емкости возникает проблема с удалением этой воды, с возможными протечками, а также с большими нагрузками на несущие конструкции здания. Кроме того, эта схема достаточно затратна с экономической точки зрения.

В рассматриваемых зданиях по заданию заказчика применялась другая схема. В этом случае на нижнем техническом этаже располагаются несколько групп насосов, но при этом их узлы управления разносятся на разные по отметкам технические этажи, для того чтобы минимизировать давление на участке от узла до спринклера (рис. 1). Группа насосов обеспечивает в контуре расчетное давление, при необходимости - подачу воды к очагу пожара. К узлу управления присоединяется сеть спринклерных оросителей данной зоны, включающая в себя 20-25 этажей. Для определения места возгорания предусматривается этажные реле потока с соответствующей арматурой. Каждая группа насосов обслуживает отдельную зону. В этом случае возникает следующая проблема - для обеспечения на последнем (диктующем) спринклере обслуживаемой зоны требуемого рабочего давления (примерно 0,5 атм.) на участке от узла управления до насосной группы на нижнем техническом этаже необходимо поддерживать избыточное давление (на рассматриваемых объектах до 25 атм.). Следовательно, все технологическое оборудование, попадающее в эту зону - узлы, задвижки, трубы, и, наконец, сами насосы, - должно быть рассчитано на указанное давление. Преимущество же данной схемы в том, что все основное оборудование находится на нижнем техническом этаже. По нашему опыту, при использовании насосов большого давления схема с нижним расположением насосов может применяться в зданиях высотой до 250 м, при этом высота зоны в принципе может достигать 100 м.

Рисунок 4. Схема дренчерной системы для защиты проемов тамбур-шлюзов при лифтах в подземных автостоянках

Система внутреннего противопожарного водопровода в таких зданиях совмещена с системой пожаротушения, а нормативный расход воды, устанавливаемый в технических условиях на проектирование противопожарной защиты, суммируется с требуемым расходом воды на пожаротушение. Подбор насосного оборудования по производительности, выбор необходимого сечения стояков системы производится с учетом вышеизложенного. Для снижения давления на нижних участках стояков в пожарных кранах предусматривается установка диафрагм с расчетным сечением отверстий.

Одним из первых высотных зданий в Москве, на котором применялась эта схема, стал IV корпус жилого комплекса «Алые Паруса» высотой 48 этажей. При приемке в эксплуатацию системы пожаротушения и внутреннего противопожарного водопровода были проведены испытания, которые показали, что принятая схема работоспособна, система удовлетворяет проектным параметрам.

Для повышения комфорта и удобства жильцов в составе высотных комплексов, как правило, предусматриваются подземные автостоянки с возможностью доступа в них через лифты жилой части. Такие объемно-планировочные решения при возникновении задымления (пожара) в автостоянке представляют значительную опасность при распространении продуктов горения по лифтовым шахтам в жилую часть здания. Для компенсации таких отступлений от требований норм на этажах автостоянки перед лифтами обязательно предусматривается устройство двойного тамбур-шлюза 1-го типа (с установкой противопожарных дверей 1-го типа с пределом огнестойкости не менее EI 60 в дымогазонепроницаемом исполнении) и подпором воздуха при пожаре, а также устройством со стороны автостоянки дренчерной завесы с автоматическим пуском. Подключается такая дренчерная завеса непосредственно от трубопроводов спринклерной системы вблизи от месторасположения защищаемого проема (рис. 2). Одной из типичных ошибок при проектировании автоматических дренчерных завес является упрощение системы путем отказа от части обвязки (ремонтных кранов). Следует предостеречь проектировщиков от подобной практики, поскольку это затрудняет нормальную эксплуатацию системы и усложняет ее ремонт. Ремонтные краны необходимы для возможности ручного открытия системы в аварийном режиме в случае неисправности соленоидного клапана, а также для ремонта клапана без обезвоживания всей системы.

Рисунок 5. Схема спринклерной системы с перекачивающей емкостью и группой насосов на промежуточном техническом этаже

При пожаре в первый (со стороны автостоянки) тамбур-шлюз организуется избыточный подпор воздуха автономной системой приточной противодымной вентиляции. Кроме этого, подпор воздуха предусматривается непосредственно в шахту лифта посредством вентиляторов (общего сантехназначения), установленных в верхней и (или) в средней части здания в зависимости от его этажности (высоты). При этом в стене шахты лифта на каждом этаже автостоянки проектируются нормально закрытые огнезадерживающие клапаны (с огнестойкостью не менее EI 60) с электромагнитным либо электромеханическим приводом. При пожаре в автостоянке включается вентилятор (группа вентиляторов) подпора воздуха в шахты лифтов, соответствующий клапан на этаже пожара открывается и обеспечивает подачу воздуха во второй тамбур-шлюз (рис. 3).



Рисунок 6. Схема спринклерной системы с нижним расположением группы насосов

Необходимо отметить, что сообщение лифтов жилой части с автостоянками может быть допущено только в случае применения лифтов в полном соответствии с требованиями НПБ 250-97 «Лифты для транспортирования пожарных подразделений в зданиях и сооружениях. Общие технические требования», в том числе по огнестойкости дверей (не менее EI 60), электроснабжению по первой категории надежности, выполнению на жилых этажах лифтовых холлов и т. д. В лифтовых холлах, в том числе на жилых этажах, рекомендуется предусматривать установку пожарных шкафов.

В подземных автостоянках с тремя и более этажами нормативными документами требуется отдельный лифт для перевозки пожарных подразделений, который обслуживает все этажи подземной автостоянки, но доходит только до первого этажа.

В многофункциональных и торговых зданиях также распространена схема, когда из-за особенностей объемно-планировочных решений невозможно в полном мере выполнить деление этажа (здания) на пожарные отсеки противопожарной стеной с установкой в проемах соответствующих ворот (дверей). В этом случае МГСН 4.04-94* «Многофункциональные здания и комплексы» допускают для защиты открытых проемов применение дренчерных завес «в две нитки» на расстоянии 0,5 м друг от друга и суммарным расходом воды 1 л/с на погонный метр проема.

Одно из перспективных направлений организации систем пожаротушения системы подачи тонкораспыленной воды. В зарубежной литературе принят термин «water mist» («водяной туман») ¹. Пока в нашей стране эти системы широкого распространения не получили, однако в Москве уже есть объекты, на которых реализована такая система.

Преимуществом «водяного тумана» по сравнению с традиционными спринклерными системами является то, что при примерно одинаковой эффективности пожаротушения количество подаваемой воды в разы меньше. Это обстоятельство, помимо прочего, позволяет минимизировать экономические потери при возмещении ущерба от проливов в случае срабатывания системы. Кроме того, зачастую система наружного водопровода на объекте просто не может обеспечить требуемый для пожаротушения, в особенности в автостоянках, расход воды. Так, на одном из объектов в Москве недостаток воды для нужд внутреннего пожаротушения подземной автостоянки в составе жилого комплекса потребовал установки резервуара объемом примерно 300 м³. Запроектированная система подачи тонкораспыленной воды позволила снизить требуемый объем резервуара примерно до 70 м³.

Существенным принципиальным недостатком такой системы является повышенное рабочее давление на диктующем спринклере (около 5,0 атм), в связи с чем при применении ее в высотных зданиях рабочее давление в системе пожаротушения будет значительно увеличено против обычной спринклерной системы.



Рисунок 7. Стандартная схема применения дренчерных завес для разделения больших площадей на пожарные отсеки

Стандартное требование при согласовании проектов подобных высотных зданий - обеспечение работоспособности внутреннего противопожарного водопровода к моменту начала отделочных работ. В идеальном случае стояки внутреннего пожарного водопровода должны монтироваться одновременно с возведением здания. К сожалению, эти требования часто не соблюдаются. Зачастую отделочные работы ведутся в зданиях, к которым вообще не подведена вода, не говоря уже о внутреннем противопожарном водопроводе с повышенными (по отношению к хозяйственно-питьевому) расходами воды. В этом случае тушение даже небольшого пожара (например, возгорания строительного мусора) на высоте 100-150 м может вызвать значительные трудности, поскольку имеющиеся у пожарной охраны рукава зачастую изношены и просто не выдерживают давления водяного столба при попытках подать воду на такие высоты. Одним из вариантов решения данного вопроса может быть применение сухотрубов, проложенных вдоль фасадов зданий с доступом к ним с балконов незадымляемых лестничных клеток типа Н1. В этом случае подача воды в сухотрубы производится автонасосом высокого давления, время для развертывания пожарных подразделений снижается.

Противопожарные козырьки служат для создания дополнительных препятствий в виде выступающих карнизов по периметру здания для недопущения распространения огня на вышележащий этаж. Эти козырьки преду-сматриваются на границах пожарных отсеков. Козырек должен выступать на фасаде здания на расстоянии примерно 0,8-1 м. В случае деления здания на отсеки путем устройства противопожарных перекрытий без технического этажа, козырек создает дополнительную конструктивную преграду на пути огня. В случае, когда в здании предусмотрен технический этаж с минимальным количеством окон по периметру, от козырька можно отказаться, поскольку разрыв между крайними окнами разных пожарных отсеков в этом случае составляет минимум 3,5 м. Окна технического этажа могут быть ограниченной площади и, кроме этого, выполняться в противопожарном исполнении с огнестойкостью EI 60.

Рисунок 8. Схема подпора воздуха в тамбур-шлюзы лифтов

В стилобатной части высотных зданий широкое распространение получили атриумы - многосветные пространства, развитые на несколько этажей. Проблемой при проектировании таких помещений является распространение дыма по всему объему атриума при возгорании на одном из нижних этажей. При расчетах систем противодымной защиты для недопущения проникновения дыма на вышележащие этажи по периметру атриума на каждом уровне предусматриваются конструктивные противодымные экраны, устанавливаемые в нижней плоскости вышележащего перекрытия. Высота таких экранов определяется в каждом конкретном случае специальным расчетом. В другом варианте проем с уровня в объем атриума оставляется полностью открытым, но для предупреждения распространения дыма используются противодымные экраны в виде штор, размеры которых также определяются расчетом. При пожаре они автоматически опускаются по специальным направляющим, полностью отсекая очаг пожара и не давая дыму распространиться по остальной части здания. Для удаления дыма из очага возгорания в обоих вариантах на каждом этаже устанавливаются клапаны системы дымоудаления. противопожарный безопасность диспетчеризация высотный

Проведенные испытания показали, что канализационные полимерные трубы в случае пожара начинают гореть не вверх, а вниз, поскольку вниз попадают продукты горения трубы. При принятии решения об использовании таких труб для канализации или ливнестоков следует предусматривать специальные противопожарные мероприятия. Может быть предложено два пути противопожарной защиты таких труб. Можно заключать такие трубы в шахту из несгораемых строительных конструкций с противопожарными дверьми (лючками) в местах ревизий. Второй путь - установка под каждым перекрытием специальных противопожарных манжет, которые обеспечивают при пожаре нераспространение огня. И первый, и второй путь предполагают достаточно высокие капитальные затраты, и поэтому для высотных зданий оправдано применение чугунных канализационных труб. Тем не менее выбор в данном случае остается за заказчиком, и если он находит возможность выполнения таких мероприятий, то вполне могут быть применены и полимерные трубы.

В предыдущих публикациях подробно рассматривалась схема противопожарной защиты приточной механической вентиляции, реализованной на рассмотренных объектах ². Эта схема реализована следующим образом. Для каждого пожарного отсека в выгороженной шахте в строительных конструкциях предусматривается отдельный приточный вертикальный воздуховод, обслуживающий все квартиры данного пожарного отсека. На выходе из шахты на этаж в обязательном порядке устанавливаются огнезадерживающие клапаны с электромеханическим или электромагнитным приводом и огнестойкостью не менее EI 60. Под потолком межквартирного холла воздуховоды разводятся в каждую квартиру. Здесь же устанавливаются и шумоглушители. На входе в каждую квартиру также в обязательном порядке устанавливаются огнезадерживающие клапаны с нормируемым пределом огнестойкости. Внутри квартиры разводка приточных воздуховодов выполняется по индивидуальным проектам в зависимости от пожеланий владельцев. При такой схеме организации приточная вентиляция полностью соответствует разработанным для данных зданий техническим условиям на проектирование противопожарной защиты, а именно: не допускается распространение пожара за пределы отдельно взятой квартиры. Для этого же в квартирах предусматриваются противопожарные входные двери огнестойкостью EI 60. Перегородки между квартирами выполняются, как правило, кирпичными, их огнестойкость предусматривается не менее 90 мин.

В настоящее время в мире прослеживается тенденция к использованию единой интегрированной системы автоматического управления инженерным оборудованием (концепция интеллектуального здания). В нашей стране противопожарная автоматика, как правило, обосабливается от остальных систем автоматизации и диспетчеризации. Это связано с тем, что создание интеллектуального здания, «умного дома» изначально предусматривает использование базового оборудования очень высокого уровня, и, следовательно, дорогостоящего. В настоящий момент застройщики, как правило, не готовы идти на такие затраты. Кроме того, чем сложнее аппаратура, чем больше систем она должна обслуживать, тем выше вероятность выхода ее (или ее части) из строя. Автоматика систем противопожарной защиты высотного здания должна обеспечивать полную работоспособность достаточно многих внутренних инженерных систем объекта, поэтому дополнительно усложнять ее, объединяя с автоматизацией общеобменных систем вентиляции, ЦТП, лифтами и пр. нецелесообразно. В связи с совокупностью этих факторов, надежности и стоимости, в сложившихся условиях оправдано выделение противопожарной автоматики в отдельную систему, которая обособлена от других систем автоматизации и диспетчеризации здания и имеет связь с той же системой общеобменной вентиляции не более чем на уровне «сухих» контактов.

В заключение хотелось бы отметить следующее. Общеизвестен тот факт, что на начальном этапе любой пожар потушить гораздо проще. Даже если и не удается полностью ликвидировать очаг возгорания, упростить дальнейшее тушение пожара можно, локализовав его и не допустив распространения огня по зданию. По этим соображениям в настоящее время в Москве в ряде высотных жилых зданий и многофункциональных высотных комплексов эксплуатирующие компании стали создавать свои ведомственные (объектовые) пожарные подразделения, которые обучены оперативно реагировать на факт возникновения пожара, и в задачу которых входит возможная локализация мест возгорания до прибытия военизированных пожарных подразделений Государственной противопожарной службы МЧС России.



3. Общие принципы построения системы автоматизации и диспетчеризации

С точки зрения построения системы автоматизации и диспетчеризации в инженерных системах многофункциональных высотных жилых комплексов можно выделить две основные функциональные части: тепловой узел ввода (поставщик тепла в здание) и несколько контуров потребителей тепла.

Тепловой узел ввода - это ЦТП или ИТП. Обычно на подобных объектах речь идет о ЦТП, поскольку помимо жилой части в этих комплексах имеются и помещения общественного назначения. Например, тепловой пункт IV корпуса комплекса «Алые Паруса» помимо жилых квартир обеспечивает тепловой энергией помещения пентхауса (в том числе бассейн), спортивный комплекс, подземный гараж-автостоянку и яхт-клуб.

Контуры потребителей тепла, как правило, включают в себя контуры вентиляции и кондиционирования, радиаторного отопления, горячего водоснабжения на хозяйственно-бытовые нужды, контур теплых полов. И тепловые узлы, и контуры потребителей тепла включают в себя определенное количество оборудования - насосы, теплообменники, различную регулирующую арматуру и т. д.

Контролировать работу и обеспечивать поддержание требуемых параметров всего этого оборудования в настоящее время можно посредством систем автоматизации и диспетчеризации. С технической стороны нет никаких препятствий. Однако на этапе составления технического задания необходимо ответить на ряд вопросов: насколько оправдано применение систем автоматизации и диспетчеризации, какие системы следует автоматизировать, какова степень этой автоматизации (простейшая автоматика, система автоматизации и диспетчеризации, интеллектуализация здания). Экономическая целесообразность использования систем автоматизации и диспетчеризации подобных объектов определяется с учетом того факта, что заказчик в дальнейшем сам будет эксплуатировать этот объект, т. е. заказчик рассматривает не отдельно взятую стоимость инсталлированной системы, а стоимость системы с учетом ее эксплуатации в течение 5-10 лет (этот срок выбран потому, что производители систем автоматизации заявляют именно такой срок как гарантированный срок эксплуатации - 10 и более лет безотказной работы, что подтверждается опытом эксплуатации ряда объектов). Стоимость тепловой и электрической энергии из года в год возрастает. Если грамотно подходить к реализации поставленных задач, то в конечном итоге заказчик получает достаточно значительную экономию тепловой энергии за счет эффективного использования ее самой и установок (если не нужно эксплуатировать некоторый контур - насосы, бойлеры - оборудование отключается). Такая экономия тепловой и электрической энергии снижает себестоимость эксплуатации здания, поскольку расчет с поставщиком тепла и электрической энергии ведется по факту ее использования.

В рассматриваемых объектах именно такая ситуация: заказчик сам эксплуатирует объект. Эти комплексы потребляют большое количество тепловой энергии, поэтому снижение расхода тепла на 10-20 % за счет использования системы автоматического управления инженерным оборудованием позволяет достичь значительной экономии при снижении эксплуатационных расходов.

Рисунок 9.1. Датчик CO₂

Рисунок 9.2. Реле давления

Рисунок 9.3. Датчик температуры воздуха

Срок окупаемости системы автоматизации и диспетчеризации по различным оценкам составляет от 3 до 5 лет. Заказчик определяет системы, которые он хочет видеть автоматизированными. Например, в разделе управления инженерным оборудованием могут автоматизироваться приточные и вытяжные установки, индивидуальный тепловой пункт, поддержание и контроль температуры во вторичных контурах систем отопления, вентиляции и горячего водоснабжения, холодильные машины. Эффективное использование энергии обеспечивается грамотной реализацией поставленных задач. Например, регулирование температуры теплоносителя во вторичных контурах вентиляционных систем может производиться по нескольким параметрам: математически увязывается с температурой наружного воздуха, учитывается человеческий фактор. Нет необходимости точно поддерживать одну и ту же температуру круглый год. Можно выделить ярко выраженные сезоны - зима, лето, межсезонье - и определить алгоритм работы системы для каждого такого периода (фактически установив четыре разных режима, увязанных с условиями окружающей среды). Другим примером снижения эксплуатационных затрат за счет использования систем автоматизации является одна из функций, реализованная при автоматизации тепловых пунктов. Поставщик тепла (горячей воды) обязывает соблюдать температурный график - тепло необходимо снять, иначе возможны штрафные санкции. На всех рассматриваемых объектах данная функция - поддержка графика съема тепла - реализована.

Автоматизация других систем здания также позволяет снижать затраты энергии. Например, освещением помещений общественного назначения можно управлять: по расписанию, по датчикам движения, по датчикам освещенности. В случае грамотной реализации функции управления освещением возможно существенное снижение потребления электрической энергии. Фасадное освещение, фонтаны и подобные декоративные элементы также являются значительными потребителями электрической энергии, и использование систем автоматизации позволяет существенно снижать ее затраты.

Рисунок 10.1. Клапан-бабочка моторизованный



Рисунок 10.2. Фланцевый клапан

Рисунок 10.3. Резьбовой клапан

В составе системы автоматизации можно выделить три функциональные части. Это периферийное оборудование, контроллеры и силовая часть.

Периферийное оборудование представляет собой набор датчиков (датчики температуры воздуха, давления воды, температуры воды - т. е. любых возмущающих воздействий) (рис. 1) и исполнительные механизмы (клапаны (рис. 2), приводы (рис. 3) и другая запорно-регулирующая арматура).

Контроллеры, по сути, представляют собой миникомпьютеры, которые год от года становятся все мощнее (рис. 4). Контроллеры могут иметь модульную структуру, а могут быть реализованы в виде «все в одном». Такие контроллеры обычно используются для малых зданий или индивидуальных систем - они позволяют подключить все необходимые датчики, приводы, исполнительные механизмы, но при этом имеют ограничения по информационной емкости. Информационная емкость контроллера определяется количеством входов и выходов. Всего существует четыре типа сигналов - аналоговые входы/выходы и цифровые входы/выходы. Любая система автоматизации представляет собой комбинацию этих четырех типов сигналов. При создании математической модели управления системой также вводятся промежуточные переменные.

Привод воздушной заслонки	Привод клапана	Привод клапана

Рисунок 11. Исполнительные механизмы периферийного оборудования систем автоматизации

Третья часть системы автоматизации - силовая. Исполнительные механизмы, которые воздействуют на клапаны, заслонки и т. п. - слаботочные, они относятся к периферийному оборудованию. Однако помимо этих слаботочных механизмов необходимо осуществлять управление оборудованием, являющимся мощным потребителем энергии и требующим внешнего источника питания - двигателями вентиляторов, циркуляционными насосами и т. д. Управление силовыми нагрузками осуществляется посредством электрических шкафов (рис. 5). С точки зрения силовой части существует два типа компоновки систем. Использование той или иной компоновки определяется организацией и структурой службы эксплуатации заказчика. Если на объекте существуют две службы эксплуатации, одна из которых отвечает за системы автоматизации, а другая за системы электроснабжения, то возможна раздельная компоновка шкафов автоматики и силовых электрических шкафов. Однако на рассматриваемых объектах была предложена и утверждена заказчиком концепция, которая предусматривает комбинированные щиты автоматики, поскольку в настоящее время существует оборудование, которое позволяет производить установку контроллеров автоматики непосредственно в шкафы управления. В этом случае контроллеры должны отличаться хорошей помехозащищенностью от воздействия сильных электрических полей. Преимуществом является сокращение кабельной продукции и промежуточных клеммных соединений (в случае отдельных силовых шкафов и шкафов автоматики необходимо соединение их между собой кабельными трассами), что в конечном итоге повышает надежность системы при снижении стоимости инсталляции.

Рисунок 12. Функциональная часть системы автоматизации - контроллеры, представляющие собой по сути миникомпьютеры, которые год от года становятся все мощнее



Рисунок 13. Электрический шкаф (В правой части - пусковая аппаратура, в левой - оборудование автоматики.

3.1 Сопряжение систем автоматизации с системами безопасности

Одной из особенностей построения инженерных систем зданий в нашей стране, связанное, главным образом, с менталитетом, является особое положение службы безопасности объекта. Служба безопасности, как правило, уже на уровне технического задания требует ограничения доступа ко всему, что связано с безопасностью, т. е. инженерные системы отделяются от систем контроля доступа, охранного телевидения и т. д. Зарубежный опыт показывает, что очень выгодно использовать комплексные решения, когда, например, один датчик используется и в системе контроля доступа, и в системе климатизации, и для управления освещением. В настоящее время существующие технологии позволяют гибко реализовать подобную концепцию. В частности, один из объектов в нашей стране, на котором такая концепция реализована, - центральный железнодорожный вокзал одного из областных центров России, где была разработана комплексная система высокого уровня, включавшая, помимо устройств автоматизации и диспетчеризации инженерного оборудования систему безопасности в виде охранного телевидения, охранную систему, пожарную сигнализацию. В итоге на одном мониторе можно отслеживать и параметры работы инженерных систем, «картинку» с охранного телевидения и прочую информацию. В случае, например, возникновения пожара, при срабатывании пожарной сигнализации определена (запрограммирована соответствующими скриптами) вся последовательность действий по локализации возгорания, что значительно уменьшает влияние «человеческого фактора» в данной экстраординарной ситуации. Таким образом, с технической точки зрения система безопасности может быть объединена с системой автоматизации оборудования климатизации. Один аспект подобного объединения - совместное использование датчиков, например, для определения нахождения людей в отдельных зонах.

Второй аспект - система безопасности, она накладывает определенные требования на систему климатизации, например, введение пожарного режима должно привести к отключению систем вентиляции, включению подпора воздуха в задымленную зону и т. д. Как правило, эти функции реализовываются на уровне силовых щитов (релейные цепи), но при этом система автоматизации в обязательном порядке получает дублирующий сигнал о введении пожарного режима, иначе остановка оборудования будет интерпретирована как авария данного оборудования со всеми вытекающими последствиями.

3.2 Сопряжение с системой электроснабжения

В процессе проектирования системы автоматизации особое внимание следует уделять сопряжению этой системы с системой электроснабжения здания. Техническое задание на систему автоматизации выдается разработчикам систем автоматизации, но достаточно часто не доводится до сведения разработчиков систем электроснабжения, или разработчик систем электроснабжения не учитывает пожелания разработчиков систем автоматизации. В результате, например, управление освещением осуществляется от одного датчика, никак не связанного по шине связи с общей системой управления, и при выходе этого датчика из строя освещение будет гореть постоянно, а данную неисправность будет сложно оперативно локализовать.

Важным вопросом является качество поставляемой электроэнергии. Производители оборудования автоматизации накладывают определенные ограничения по качеству электроэнергии.

Если в случае использования автономного источника энергоснабжения требуемое качество электроэнергии обеспечить достаточно просто, то при использовании внешнего источника энергоснабжения возможны проблемы с оборудованием. Для предупреждения подобных проблем необходимо осуществлять мониторинг качества электроснабжения путем установки дополнительных датчиков напряжения, силы тока, частоты и т. д.

3.3 Инжиниринг и эксплуатация

Большое внимание необходимо уделять инжинирингу (в данном случае под инжинирингом понимается комплекс инженерно-консультационных услуг коммерческого характера по обеспечению установки и ввода в эксплуатацию систем автоматизации). Использование современных технологий привело к тому, что сам процесс пусконаладки становится очень сложен. Просто купив оборудование, с ним ничего нельзя сделать - требуется инжиниринг.

Зачастую оборудование поставляется по относительно низким ценам, но затем больших затрат требует процесс пусконаладки. Необходимое программное обеспечение стоит отдельных денег, и поставляется только производителем оборудования или несколькими уполномоченными компаниями-партнерами. В результате неграмотного инжиниринга может произойти поломка системы, но заказчик в этом случае часто предъявляет претензии к производителю оборудования. На самом деле поломка происходит либо в результате неграмотных действий службы эксплуатации, либо в результате изначально неправильного программирования контроллеров.

После создания проекта, согласования и утверждения всех решений, поставки оборудования необходим монтаж и шеф-монтаж оборудования. Шеф-монтаж включает в себя проверку правильности подключения, правильности установки, поскольку, например, оборудование будет функционировать неправильно, если датчик температуры расположен в «мертвой зоне». Зачастую монтаж и шеф-монтаж выполняют разные организации, шеф-монтаж выполняется организацией, осуществляющей пусконаладку.

В процессе наладки необходимо выдерживать необходимые перепады температуры и т. д., но это возможно только когда объект находится под нагрузкой (динамическая наладка).

Основным потребителем тепловой энергии являются системы вентиляции и кондиционирования, т. е. для рассматриваемых комплексов даже не жилая часть, а помещения общественного назначения (офисы, аквапарк, магазины и т. д.). Когда завершен шеф-монтаж, осуществляется предварительный пуск в ручном режиме - проверяется работа, правильность направления вращения вентиляторов, насосов и т. д., затем механическая обкатка в течение 72 часов на предмет натяжки ремней, после чего передается пусконаладочной организации для динамической пусконаладки, когда осуществляется подбор и выставление необходимых параметров, регулирование и т. д. В случае необходимости параметры могут поддерживаться с точностью ±0,1 °С по воздуху и ±1,0 °С по воде. Неграмотный монтаж и пусконаладка, как отмечалось выше, могут привести к выходу оборудования из строя. Все эти факторы повышают требования к пусконаладочной организации и в то же время к службе эксплуатации, поскольку эксплуатировать оборудование становится все сложнее.

В идеальном случае даже такие крупные объекты, как рассматриваемые высотные жилые комплексы, могут управляться всего пятью операторами, по числу подразделений: подразделения тепло- и холодоснабжения, электроснабжения, системы ОВК, водоснабжение и водоотведение, прочие системы. В этом случае, однако, квалификация этих пяти специалистов должна быть очень высокой. Можно установить сервер с базой данных, в которой аккумулируется вся информация по всем упомянутым системам. К серверу подключается сколь угодно большое число рабочих станций. Рабочая станция позволяет отображать для оператора лишь ту информацию, которая необходима именно для его области, т. е. реализуется разграничение доступа. Время реакции системы в настоящее время исчисляется секундами, и, помимо этого, имеется возможность прогнозирования нештатных ситуаций и принятия соответствующих превентивных мер.

Например, один из самых важных опасных режимов - «Угроза замораживания»; использование системы автоматизации позволяет на нескольких уровнях предотвратить эту угрозу (путем остановки системы, открывания дополнительных клапанов и т. д.). Может быть организовано оповещение специалистов службы эксплуатации, например, посредством отсылки SMS-сообщений или пейджинговой связи. В любом случае сведения об аварийной ситуации, реакции системы, реакции службы эксплуатации на эту аварийную ситуацию будут занесены в «Журнал аварий». Эта информация в ряде случаев может помочь в разрешении спорных ситуаций, например, претензий жильцов или арендаторов.

Большую роль в обеспечении правильной работы систем климатизации и автоматизации играет правильное и своевременное сервисное обслуживание. На подобных объектах обязательно должна быть организована служба эксплуатации заказчика, которая и будет осуществлять эксплуатацию оборудования.

Обучение специалистов службы эксплуатации проводит, как правило, организация, осуществляющая пусконаладку. Есть еще одна возможность - удаленный мониторинг работы оборудования. В этом случае сторонняя организация (например, организация, осуществлявшая пусконаладку) может заключить контракт на мониторинг и наблюдать за ситуацией на объекте из собственного офиса.

Некоторые современные контроллеры изначально поддерживают IP-протоколы и имеют веб-интерфейс - точку доступа RJ-45. Это позволяет, имея логин и пароль, из любой точки, где есть доступ в Интернет, отслеживать режимы работы с системой и производить с ней какие-либо действия. Как правило, в этом случае поддерживаются пять различных уровней доступа - от оператора, который может только отслеживать информацию, до администратора, который может осуществлять любые воздействия над системой.

3.4 Пример использования систем автоматизации и диспетчеризации в высотных многофункциональных зданиях

Системы автоматизации комплексов «Алые Паруса», «Воробьевы Горы», «Триумф Палас» похожи по комплектности, используемым инженерным решениям, функциям. Различаются емкостью - больше или меньше систем. В большинстве случаев применяются комбинированные силовые шкафы, что позволяет повысить надежность и снизить себестоимость инсталляции и пусконаладки. Оборудование автоматики и программное обеспечение EBI (Enterprise Building Integrator) фирмы «Honeywell», интегрированных систем нет. Системы безопасности выделены в независимые потоки. Все решения были отработаны на первом объекте, проработаны, приняты, и в дальнейшем применялись и на других объектах.

Системы вентиляции и кондиционирования с точки зрения автоматизации относительно несложные. Все проблемы, вызванные большой протяженностью систем по вертикали, решаются главным образом посредством механических систем. Например, зонирование высотных зданий по вертикали приводит к разделению инженерного оборудования, что, в свою очередь, с точки зрения системы автоматизации, подразумевает несколько каскадов регулирования на разных отметках.

В жилых помещениях используются системы общеобменной вентиляции, системцентрального кондиционирования нет. Центральные СКВ используются в ряде помещений общественного назначения. В отдельных зонах, например в торговом центре, используется зональное регулирование.

Особенностью этих комплексов являются очень сложные тепловые пункты, к автоматизации которых предъявляются самые высокие требования.

Для автоматизации тепловых пунктов поставщики оборудования зачастую предлагают комплексные решения, например, насосную станцию, работающую в автономном режиме, которую нужно только смонтировать и подключить. Здесь от подобных решений ушли. При проектировании определялась компоновка систем, рассчитывалось количество насосов, их мощность, и в дальнейшем реализовывалась достаточно сложная схема управления. Например, управление группой из четырех насосов осуществляется всего одним инвертором, соответственно, индивидуально разрабатывался проект электрического шкафа, его реализация на базе свободного программирования. В результате эти насосы могут работать в любом режиме, все четыре, каскадное управление, резервирование (два насоса рабочих, два резервных либо один рабочий и три в резерве, меняются каждую неделю) и т. д. Используется один инвертор необходимой мощности в качестве разгонного - его посредством разгоняется насос, если мощности насоса недостаточно для поддержания давления, насос переводится на максимальную мощность, а тем же самым инвертором начинает разгоняться второй насос.

Такие функции реализованы и в вышеупомянутых комплексных решениях поставщиков оборудования, но там они реализованы на уровне контроллеров (фиксированная логика), и нельзя, например, ввести временные задержки, нельзя контролировать удаленно процесс работы, максимум - можно получить сигнал аварии.

В данном случае можно отслеживать (с учетом обвязки), например, загрязнение теплообменников, перепады давлений на грязевиках, напорное давление и т. д., т. е. все прогнозируемые варианты в принципе реализуемы. Для управления и контроля за работой технологического оборудования инженерных систем ЦТП комплекса «Триумф Палас» используется оборудование фирмы «Honeywell» в составе контроллеров XCL5010 с распределенными модулями входа/выхода, периферийных приборов и средств автоматики (датчики давления, температуры, электромеханические приводы, клапаны, реле перепада давления и т. д.).

...