CC BY
103
УДК 69
АНАЛИЗ СХЕМ ВОДОСНАБЖЕНИЯ ВЫСОТНЫХ ЗДАНИЙ О.Н. Зубарева, И.Е. Мануйлов, У.С. Рудич
Национальный исследовательский Московский государственный строительный университет (НИУ МГСУ), г. Москва
Аннотация Ключевые слова:
В статье рассматриваются основные схемы водоснабжения высотных высотное здание, строительство,
зданий. Приводятся их преимущества и недостатки. Было выяснено, эксплуатация, водоснабжение,
что выбор определенной схемы напрямую зависит от архитектурно- регулирующая емкость, давление,
планировочных решений, конструктивных и экономических факто- зонная схема
ров. Кроме того, на выбор влияют различные специфические факто- История статьи:
ры, например, режим подачи воды в здании. Дата поступления в редакцию
16.05.18
Дата принятия к печати 19.05.18
Строительство высотных зданий в России началось гораздо позже, чем на Западе, тем более в Америке. Это обусловлено тем, что земли в России много и можно было расти не ввысь, а в ширь. Но постепенно, земля в городах, особенно в столичных городах, убавлялась, а население, как проживающее, так и работающее росло, появилась необходимость в строительстве высотных зданий. Опыта в строительстве и инженерном оборудовании зданий выше 75 м накоплено не так много, к тому же подобные здания не могут быть стандартными. Поэтому, подход в проектировании самого здания и его инженерных систем, очень индивидуален [1].
Общим вопросом для систем водоснабжения высотных зданий является как подать воду на высокие этажи, соблюдая необходимый напор и расход у потребителя. Для обеспечения данных параметров можно использовать разные системы:
• Системы с регулирующими емкостями.
• Системы с повысительными установками.
• Системы с повысительными установками и регулирующими емкостями.
При этом вопрос, какой системе отдать предпочтение, весьма спорный. Использование регулирующих емкостей имеет существенные плюсы. При отключении электропитания, здание всегда может рассчитывать на определенный запас воды [2]. Это важный аргумент в пользу их установки, так как обеспечивает возможность как подачи воды потребителю, так, и это особенно важно, подачу воды для систем пожаротушения. Именно это их качество обусловило широкое использование крышных регулирующих емкостей в США (например, в Нью-Йорк Сити установлено примерно 15 тысяч), в Центральной и Южной Америке, на Ближнем Востоке. В Европе такое решение систем водоснабжения не нашло такого широкого применения.
Еще одним преимуществом установки регулирующей емкости, является малая площадь, которую она занимает в сравнении с мощным насосным оборудованием.
Использование регулирующих емкостей, с одной стороны позволяет снять нагрузку с насосных установок, но имеет и несколько отрицательных качеств. Во-первых, нагрузка на конструкцию здания,
нельзя забывать, что плотность воды 1000 кг/м3, и значит всего кубометр воды весит 1 тонну. Как говорилось ранее, это и так очень уязвимое место высотных конструкций. Во-вторых, нельзя забывать о санитарно-гигиенических требованиях к качеству воды. Поскольку они выполняют роль водохранилища, то при достаточном времени использования, возникают вопросы к бактериальной среде, которая разрастается внутри бака. А регулярная очистка и дезинфекция бака — это дополнительные издержки, которые необходимо учитывать при выборе данной схемы.
Водопровод в современных небоскребах — это комплекс отдельных водонапорных башен, представляющих собой серию отдельных накопительных резервуаров, находящихся на разных этажах. Вода насосами закачивается наверх поэтапно от бака к баку. Каждая промежуточная емкость при этом по объему меньше предыдущей. Например, таким образом реализована система подачи воды на верхние этажи в петербургском небоскребе «Лахта центр» высотой 462 метра: пять промежуточных накопителей способны ежесуточно пропустить через себя 2 млн литров воды.
Или в высотке города Чикаго для обеспечения здания водой используется один огромный накопительный резервуар объемом 114 м3, расположенный в середине между 50 и 52 этажами. Для наполнения бака используется два насоса, а для отправки воды потребителям задействовано семь насосов.
В данной статье предлагается проанализировать опыт работы пяти различных систем водоснабжения зданий с использованием регулирующих емкостей. Рассмотрим их с точки зрения соблюдения санитарно-гигиенических, напорных и экономических характеристик. Для проведения технико-экономичного сравнения схем все здания будут иметь одни и те же характеристики: высота 250 м и суточный расход воды 295 м3.
Данный опыт может быть полезен при проектировании систем для подобных зданий.
Рассматриваемые системы:
1. Система с регулирующей емкостью-танком (одиночная), установленном на крыше здания, или на техническом этаже работающая в связке с насосом.
2. Система с одним резервуаром, разделенная на зоны и имеющая повысительные установки для каждой зоны. Это так называемая, параллельная система зонирования водоснабжения здания [3].
3. Система водоснабжения здания с двумя регулирующими емкостями, установленными в подвале и на самой высокой точке (крышный резервуар).
4. Система водоснабжения с последовательным зонированием и размещением в каждой зоне своего резервуара.
5. Система водоснабжения с резервуаром, расположенном в подвале и последовательным расположением насосного повысительного оборудования в каждой зоне.
Прежде чем проводить технико-экономическое сравнение необходимо дать характеристику данных схем. Выявить положительные и отрицательные стороны, представленных схем.
1. Система водоснабжения здания с одиночной повысительной насосной установкой
Плюсы:
■ Монтаж емкости и повысительной установки производится в подвале, что позволяет не создавать дополнительные нагрузки на конструкцию здания в целом [4].
■ Поскольку можно использовать большие емкости и насосы, то нет необходимости в нескольких устройствах.
Минусы:
■ Высокое статическое давление в устройстве повышения давления.
■ Высокие издержки производства.
■ Необходимы трубопроводы и устройства повышения давления с высокой прочностью на сжатие.
■ При нарушении электроснабжения система отключается.
2. Разделенная на зоны система водоснабжения здания. (Параллельная система зонирования водоснабжения здания)
Плюсы:
■ Монтаж емкости и повысительной установки происходит в подвале, что позволяет не создавать дополнительные нагрузки на конструкцию здания.
■ Более надежна при отключении одного из насосов, так как они поделены на зоны.
■ Нет необходимости в установке редукторов для уменьшения давления. Минусы:
■ Большее количество высоко-напорных стояков (насосно-компрессорных труб) в здании.
■ Необходимы трубопроводы и устройства повышения давления с высокой прочностью на сжатие.
■ При нарушении электроснабжения в целом здании система отключается.
3. Система водоснабжения здания с использованием крышных резервуаров
Плюсы:
■ Отработанная технология.
■ Необходим только один напорный нагнетательный наверх трубопровод устройства повышения давления.
■ Компактна.
■ Менее подвержена перебоям электроснабжения. Минусы:
■ Недостаточное давление на верхних этажах.
■ Повышенное давление на нижних этажах.
■ Необходим монтаж редукторов для уменьшения давления.
■ Необходимы трубопроводы с более высокой прочностью на сжатие.
■ Большая занимаемая площадь для резервуара.
■ Риск микробиологического заражения воды в крышных резервуарах.
4. Последовательно-соединенные системы водоснабжения здания с промежуточным включением резервуаров.
Плюсы:
■ Экономичная работа системы.
■ Незначительное давление в каждой зоне.
■ Высокая системная грузоподъемность.
■ Низкое потребление электроэнергии насосов и уменьшенная сетевая нагрузка.
■ Менее подвержена перебоям при нарушениях электроснабжения.
■ Не требует установки трубопроводов с высокой прочностью на сжатие. Минусы:
■ Большие капитальные затраты.
■ Устройства повышения давления и резервуары нуждаются в месте в помещениях техники и обслуживания [5].
■ Риск микробиологического заражения в резервуарах перерыва давления.
5. Последовательно-соединенные системы водоснабжения здания без регулирующих емкостей
Плюсы:
■ Экономичная работа системы.
■ Снижение площадей занимаемых системой водоснабжения, т.к. нет необходимости в помещении для резервуаров.
■ Незначительное давление в каждой зоне.
■ Низкое потребление электроэнергии насосов и уменьшенная сетевая нагрузка.
■ Не требует установки трубопроводов с высокой прочностью на сжатие. Минусы:
■ Высокая зависимость работы системы от аварии насосов.
■ Высокая зависимость от нарушения подачи электричества.
Проанализировав системы с различным расположением регулирующих емкостей, дать однозначный ответ, какая из них имеет преимущества перед другими, не представляется возможным. Поэтому, выбрать систему можно, сделав технико-экономическое сравнение. При этом необходимо учитывать следующие основные параметры:
1. Специфичные факторы, к ним относятся регулирующий объем системы водоснабжения здания и режим подачи воды в нем (зависит от назначения и количества потребителей).
2. Архитектурно-планировочные решения (определяет возможности размещения оборудования и емкостей, с точки зрения архитектурного облика здания).
3. Конструктивные факторы (оценка возможностей несущих конструкций, проверяется на стадии расчета).
4. Экономический фактор (экономические расчеты). ЛИТЕРАТУРА
1. Исаев В.Н., Нечитаева В.А. Энергоресурсосбережение в системах водоснабжения // Водоснабжение и канализация. 2010. № 4. С. 88-91.
2. Чистякова А.В., Чухин В.А., Андрианов А.П. Автоматизация инженерных систем зданий. Системы водоснабжения // Водоочистка. Водоподготовка. Водоснабжение. 2016. № 1 (97). С. 48-54.
3. Кедров В.С., Исаев В.Н., Орлов В.А., Пальгунов П.П., Сомов М.А., Чухин В.А. Водоснабжение и водоотведение: Учебник для вузов. — М.: Стройиздат, 2002. — 335 с.
4. Орлов В.А., Квитка Л.А. Водоснабжение. М. Издательский дом Инфра-М. 2015. 443 с.
5. Исаев В.Н., Чухин В.А., Герасименко А.В. Ресурсосбережение в системе хозяйственно-питьевого водопровода // Сантехника. 2011. № 3. С. 14-17.
Просьба ссылаться на эту статью следующим образом:
О.Н. Зубарева, И.Е. Мануйлов, УС. Рудич. анализ схем водоснабжения высотных зданий. — Системные технологии. — 2018. — № 27. — С. 77—81.
ANALYSIS OF WATER SUPPLY SCHEMES OF HEIGHT BUILDINGS O.N. Zubareva, I.E. Manujlov, U.S. Rudich
Moscow State University of Civil Engineering (National Research University) (MGSU), Moscow
Асимпточеское решений сингулярно возмущенных дифференциальных систем..
Abstract
The main schemes of water supply of high-rise buildings are considered in the article. Their advantages and disadvantages are given. It was found out that the choice of a certain scheme directly depends on architectural and planning decisions, constructive and economic factors. In addition, the choice is influenced by various specific factors, for example, the water supply mode in the building.
Keywords:
high-rise building, construction, operation, water supply, regulating capacity, pressure, zone scheme Date of receipt in edition: 16.05.18 Date of acceptance for printing: 19.05.18
УДК 517
АСИМПТОЧЕСКОЕ РЕШЕНИЙ СИНГУЛЯРНО ВОЗМУЩЕННЫХ ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНЫХ СИСТЕМ С ВЫРОЖДЕНИЕМ
Г.С. Жукова
Финансовый университет при Правительстве РФ, г. Москва
В математических моделях многих реальных прикладных задач наблюдаются дифференциальные уравнения с малыми возмущениями, что, как правило, связано с малостью тех или иных компонент модели, описывающей динамику изучаемых процессов (малые постоянные времени, моменты инерции, массы и др.), а также с методами исследования. Часто возникают дифференциальные модели с сингулярными возмущениями, например, когда малый параметр стоит множителем при старшей производной (уравнения с быстрыми и медленными переменными). Такие системы, в частности, широко распространены в задачах химической и биологической кинетики, экономики, теории электрических цепей, теории массового обслуживания и др.
Особенностью таких задач является то, что порядок вырожденного уравнения ниже порядка исходного возмущенного уравнения. Поэтому в малой окрестности задания начальных условий, исчезающих при вырождении, происходит быстрое изменение решений от начальных условий, заданных для возмущенной задачи, до значений, близких к решению вырожденной задачи. Среди эффективных способов исследования сингулярно возмущенных дифференциальных систем своей теоретической и практической значимостью выделяются асимптотические методы Они позволяют определить структу-
Аннотация
Для систем линейных сингулярно возмущенных дифференциальных уравнений строится асимптотика базисных решений по малому параметру. Предлагается алгоритм определения асимптотических последовательностей разложения решений. Изучается случай, когда предельная матрица при производной является вырожденной, но возможно разрешение задачи относительно производной.
Ключевые слова:
Системы дифференциальныхурав нений, сингулярное возмущение, асимптотическое разложение решений по малому параметру История статьи: Дата поступления в редакцию
19.04.18
Дата принятия к печати 20.04.18
