Как уменьшить высоту запотолочного пространства для прокладки коммуникаций?

А. Иванов – заместитель генерального директора ООО «Траст инжиниринг»
Ю. Тарасов – главный специалист по общеобменной и противодымной вентиляции ООО «Траст инжиниринг»

Чем активней развивается борьба за покупателей недвижимости, и чем меньше доходность этого бизнеса, тем больше требований к комфорту, эстетике и оснащению зданий предъявляют маркетологи. Одновременно с этим девелоперы жестко экономят бюджет, оптимизируя расходы, где только возможно.

Одно из таких мероприятий – снижение расходов на несущие конструкции и отделку, уменьшая высоту этажей в подземной части. Это приводит к сокращению запотолочного пространства, в котором должны пройти коммуникации, создавая инженерам извечную проблему.

Сегодня мы намерены поделиться с рынком одним ее красивым решением.

Такие разные стоянки

В этой статье будет описываться решение на примере подземной стоянки, но оно может быть использовано и в другой части здания, где насыщенность запотолочного пространства воздуховодами общеобменной и противодымной вентиляции велика – будь то типовой этаж офисного здания или места общего пользования на первом этаже жилого комплекса.

Кому доводилось бывать в подземных стоянках разных стран, бросалась в глаза радикальная разница между паркингами, скажем, в Дубае и старом европейском городе. И это – высота этажа.

Чем она меньше, тем больше изобретательности необходимо проявить инженерам-проектировщикам, чтобы разложить в узком пространстве всё разнообразие инженерных коммуникаций, среди которых самыми неповоротливыми и громоздкими являются воздуховоды общеобменной и противодымной вентиляции.

Рис. Подземная автостоянка в Будапеште. Высота этажа настолько мала, что инженерам пришлось использовать воздуховоды с немыслимой пропорцией сторон 10 к 1 (ширина - 2000 мм, высота – 200 мм). Видно, что проектировщики как могли уменьшали эффект «плоского воздуховода», применяя направляющие внутри отводов, элементы жесткости, более или менее аэродинамические врезки для подключения вентиляционных решеток

Рис. Большая высота этой стоянки в Дубае позволяет инженерам не вспоминать о существовании проблемы пересечения коммуникаций

Рис. А вот так выглядит многоярусная прокладка коммуникаций на стоянке в одном из московских жилых комплексов. Разница в насыщенности и плотности инженерных сетей налицо

Причины многоярусной прокладки коммуникаций

Сначала рассмотрим негативные факторы, которые делают проблему разводки коммуникаций в запотолочном пространстве чрезвычайно острой и иногда просто неразрешимой.

Характерной чертой подземных автостоянок в нашей стране является обилие противодымных систем. Мы видим следующие причины этого:

• строгие нормативные требования к противодымной вентиляции в целом;
• ужесточение надзора за специальными техническими условиями по пожарной безопасности, в результате чего многие решения, допустимые в прошлом, перестали проходить согласование;
• появившиеся в СП 60.13330.2020 «Отопление, вентиляция и кондиционирование воздуха» пункты, ограничивающие скорость воздуха 11 м/с, а сопротивление воздушной сети – 1000 Па;
• все более сложные и разнообразные планировочные решения, необходимые для реализации замысла девелопера.

Рассмотрим последний пункт подробнее и приведем «топ-3» список архитектурных решений, которые приводят к наибольшему количеству воздуховодов общеобменной и противодымной вентиляции, и, как следствие, коллизий между ними.

Решение №1. Неудачное расположение воздухозаборов и выбросов воздуха

Главная и наиболее распространенная причина – малое количество и неудачные места (с точки зрения инженеров) расположения воздухозаборных и выбросных устройств, которые отводят архитекторы ради сохранения облика фасадов. В результате, к венткамерам прокладываются протяженные магистральные воздуховоды максимальных габаритов.

Напомним классические правила размещения венткамер, шахт и воздухозаборов:

• Шахты воздухозаборов следует опускать прямо в венткамеры;
• Количество воздухозаборных устройств должно быть равно или близко количеству приточных венткамер;
• Размещайте приточные венткамеры вблизи шахт, идущих в надземную часть;
• Размещайте вытяжные венткамеры максимально близко к шахтам и точкам выброса воздуха на улицу.

Рис. Четыре варианта взаимного расположения приточных венткамер, шахт и воздухозаборов, влияющих на количество воздуховодов в подземной части. Подобные схемы применимы и к венткамерам вытяжных систем

Решение №2. Венткамеры для надземной части размещаются в подземной части

Чтобы не занимать техническими помещениями наиболее ликвидную площадь, архитекторы настаивают на размещении в автостоянке венткамер, обслуживающих не только подземную, но и значительную долю надземной части.

Такой замысел вполне реализуем, однако должен сопровождаться увеличением высоты стоянки, ведь в подземной части появляется множество воздуховодов, обслуживающих надземную часть. Кроме того, следует расположить венткамеры и шахты по всем правилам, упомянутом в «решении №1».

Решение №3. Дополнительное деление пожарного отсека на пожарные секции

Это может потребоваться, к примеру, если кроме обычных парковочных мест (автостоянка манежного типа) предусматриваются закрытые боксы для автомобилей VIP публики, или в случае размещения в подземной части блоков кладовок. Ситуация разрешается с помощью тех же рекомендаций, что и в предыдущем пункте.

Рассчитываем, что архитекторы и девелоперы примут во внимание этот список и будут его учитывать при разработке планировочных решений и назначении высот.

Как бы то ни было, в сложных стоянках не обойтись без многоярусного расположения воздуховодов и других коммуникаций, к описанию которого и переходим.

Поскольку мы работаем на объектах авторской архитектуры, то знаем, какие инженерные решения вызывают у архитекторов и дизайнеров раздражение, и на первом месте (в части вреда эстетике) стоят, видимо, безобразные локальные опуски потолков. С ровным, как зеркало, подвесным потолком ничто не сравнится.

Рис. Образцово ровный потолок в подземной стоянке жилого комплекса

Разбавим повествование болезненной, но поучительной историей объекта, в проектировании которого мы принимали участие.
Как и многие другие, он начинался с амбициозной задачи заказчика – в считанные недели выпустить проектную документацию, получить положительное заключение экспертизы и за ним – разрешение на строительство.
Срочность заставила застройщика пропустить важнейший этап проектирования – инженерную концепцию здания.
Она не состоит из формального описания систем. Главной частью концепции являются задания архитекторам на расположение и габариты технических помещений, шахт, воздухозаборов и выбросов, а также на необходимые высоты потолков в самых насыщенных инженерными системами местах.
Поскольку на эту работу ни времени, ни бюджета заказчик не отвел, мы приступили к проектированию, когда все архитектурные решения были приняты без нашего участия, согласованы с заказчиком и не могли быть изменены.
Нам следовало «вписаться» в то, что есть. Что из этого вышло расскажем чуть позже...

Стандартное «решение»

Главный враг идеальных потолков – перехлест воздуховодов общеобменной и противодымной вентиляции. Средняя высота таких коробов составляет 400…500 мм каждый, поэтому даже «расплющивая» их в местах пересечений и нещадно сокращая все монтажные расстояния, с учетом фланцев, изоляции и крепежных элементов для таких узлов требуется пространство высотой более метра.

Если же строго следовать указаниям из «Технологической карты на монтаж вентиляционных коробов 143-06 ТК», в частности: расстояние от воздуховода до перекрытия – 100/300 мм (в зависимости от сечения), между воздуховодами – 150 мм, а еще учесть зазор 50-75 мм до подвесного потолка, то теряется 300/525 мм без учета самих воздуховодов и изоляции. Конечно, такое пространство для коммуникаций не согласует ни заказчик, ни архитектор.

Обойтись без коллизий воздуховодов невозможно, и единственным и безальтернативным решением всегда было использование отводов и «уток» для обхода одним воздуховодом другого с соответствующим локальным понижением потолка.

Рис. Стандартное решение – обход одним воздуховодом другого. ОВ – общеобменная вентиляция, ДУ - дымоудаление

Еще одним побочным эффектом такого решения является высокое сопротивление каждого подобного узла. Ведь чтобы минимизировать размеры воздуховодов, проектировщики выбирают сечение, в котором воздух разгоняется до максимально допустимого нормативами значения в 11 м/с.

Как результат, на одном пересечении, состоящем из двух «уток» и прямого участка, сопротивление составит более 70 Па. Учитывая реальное количество таких мест, даже на не слишком протяженной системе легко выйти за пределы нормируемых 1 000 Па.

Напомним, откуда взяты эти значения. 

СП 60.13330.2020 Отопление, вентиляция и кондиционирование воздуха:

9.13 Не допускается без соответствующего обоснования проектировать вентиляционные сети систем приточной и вытяжной противодымной вентиляции, а также функционально совмещенных с ними систем общеобменной вентиляции, сопротивлением более 1000 Па.

9.14 Для систем приточной и вытяжной противодымной вентиляции, а также функционально совмещенных с ними систем общеобменной вентиляции максимальные скорости в элементах систем (противопожарные клапаны, воздуховоды, решетки и т.п.) следует принимать не более 11 м/с.

Вернемся к истории нашего объекта. Как назло, здание получило полный набор перечисленных выше архитектурных черт, которые приводят к максимальному количеству воздуховодов в подземной части.

Дополнительным «бонусом» шли граничные условия – полезная высота стоянки до подвесного потолка должна составить впечатляющие 2,5-3,0 метра. Этого можно было достигнуть лишь за счет сокращения пространства за потолком – там, где мы должны были уместиться. Любому инженеру было понятно, что ничего путного из этого не выйдет, но заказчик был неумолим.

После восьми месяцев моделирования и увязки систем подземной части пришло время подводить катастрофические итоги (важно, что проектирование велось до ввода в действие СП 60.13330.2020):

Чтобы «вписаться» в запотолочное пространство, скорость воздуха в местах пересечений воздуховодов достигала 20 м/с (в то время мы еще не использовали решение, которому посвящена статья);

Как результат, напор ряда вентиляторов дымоудаления составлял 2500 Па, а некоторых – много выше. В Европе нашелся только один завод, который потенциально мог изготовить такие мощные вентиляторы с необходимым сертификатом, но в итоге и он отказался;

Пришлось нарушать золотое правило классика отрасли И.Г. Староверова, выраженное в цитате: "Радиус действия вентсистем - 50-60 метров". Из-за малого количества венткамер и удаленных от них шахт, длины трасс доходили до 200 метров;

Применение воздуховодов, работающих под высоким давлением, потребовало разработать собственную расчетную программу определения толщины стали, которая показала, что понадобятся 2,0 мм листы.

В этот момент всем стала очевидна угроза, что такие системы наладить и сдать в эксплуатацию будет невозможно.

Работы были остановлены, и нам поручили проработать решения, которые еще не поздно реализовать на вовсю строящемся объекте... Окончание ниже.

Крестовина Тарасова

Как известно, нормативные документы позволяют использовать общие воздуховоды для общеобменной вентиляции и системы дымоудаления, но слишком часто выполнить такое объединение невозможно.

Неужели нет никакого способа решить проблему перехлестов, кроме как «расплющивать» воздуховоды и/или опускать потолки? Кто не задавался таким вопросом?

«Я размышлял над этим, глядя на BIM модель очередного до предела насыщенного сетями места, и вдруг пришла в голову простая, но неожиданная идея: «А что, если не огибать один воздуховод другим, а пропустить их сквозь друг друга? Поставить крестовину с нормально открытыми и нормально закрытыми клапанами на пересечении двух систем?», – рассказывает автор этого решения, главный специалист по общеобменной и противодымной вентиляции ООО «Траст инжиниринг» Юрий Тарасов.

Решение лежит на поверхности, видимо поэтому и оставалось никем не замеченным – изящное в своей простоте и эффективности.

Изобретение даже не требует подробного описания, достаточно лишь взглянуть на изображения.

Рис. Это проектное решение мгновенно приобрело имя собственное – «крестовина Тарасова», которое с тех пор только так и называем

Легко провести аналогию с обычным дорожным перекрестком со светофорами. Устанавливаются четыре клапана, которые работают в противофазе – два из них закрыты, два других – открыты, ведь системы дымоудаления и общеобменной вентиляции не могут действовать одновременно. В штатном режиме функционирует только общеобменная вентиляция, поэтому в этой системе используются, так называемые, нормально открытые клапаны («НО» на рисунке), свободно пропуская воздух.

При пожаре НО клапаны общеобменной вентиляции закрываются, а клапаны дымоудаления (нормально закрытые – «НЗ» на рисунке), наоборот, открываются, освобождая путь дыму.

Рис. План крестовины

Рис. Разрез. Отметка низа воздуховода поднялась на 450 мм!

Использование этого решения нормативами не воспрещается, поскольку допускается объединение общеобменной и противодымной систем:

СП 7.13130.2013 Отопление, вентиляция и кондиционирование. Требования пожарной безопасности (с Изменениями N 1, 2):

7.18 Для противодымной защиты допускается использовать системы приточно-вытяжной общеобменной вентиляции при обеспечении требований пунктов 7.1-7.17. (Пункт 7 Противодымная вентиляция)

Мы не сомневались в легальности решения, но для уверенности данный узел применили в одном из проектов уникального высотного здания, обсудили его с экспертом, и получили положительное заключение госэкспертизы.

Такой же подход применяем при пересечении приточных систем общеобменной вентиляции и подпора дымоудаления, скажем, подпора в тамбур-шлюзы и приточной вентиляции стоянки.

Здесь обязаны уберечь читателей (прежде всего – архитекторов и дизайнеров) от излишнего энтузиазма. Крестовины Тарасова не покрывает все случаи коллизий воздуховодов и не затрагивают другие коммуникации (трубопроводы, лотки, шинопроводы и огнезащитные короба), поэтому не являются панацеей. Делать скоропалительный вывод, что запотолочное пространство можно еще снизить, нельзя.

Также нужно иметь в виду, что применение крестовин увеличивает стоимость воздушной сети, поскольку вместо недорогих фасонных изделий потребуется использовать четыре клапана с приводами, дополнительные модули управления автоматической пожарной системы, кабели и т.п. Хотя на наш взгляд, небольшое удорожание быстро забудется, а низкий потолок или локальное занижение будет часто расстраивать заказчика и архитектора.

Какова же развязка в истории объекта? В результате мозгового штурма родился список как традиционных, так и экзотических мероприятий, к примеру:

• Без добавления новых воздухозаборов и выбросов обойтись будет невозможно;
• Понадобятся места для новых венткамер;
• Потребуются новые шахты;
• Всерьез рассматривался вопрос организации в земле полноценного монолитного канала для прокладки самых крупных транзитных воздуховодов. К счастью, от него удалось отказаться;
• Увеличение сечений воздуховодов привело к блокированию доступа к части оборудования, поэтому какая-то горячая голова предложила установить гермодвери в габаритных воздуховодах, чтобы человек мог пересечь их. К радости всех, и эту идею не пришлось реализовывать.

На проектирование новой версии инженерных систем ушло полгода…

Подведем итоги.

Попытка сократить сроки проектирования за счет исключения этапа инженерной концепции обернулся переделкой архитектурных, конструктивных и инженерных разделов, вылившийся в многомесячные простои монтажников.

История показывает действительную ценность обновленного СП 60.13330.2020 хотя бы потому, что вооружает проектировщиков доводами в спорах с архитекторами и заказчиками.

А этот объект вполне мог бы стать площадкой для проведения полезных экскурсий студентов архитектурных и инженерных учебных заведений.

Хотя нам больше нравится, что вместо этого там просто живут люди.

Тем временем мы двигаемся дальше и думаем над следующим шагом, который позволит еще лучше отвечать требованиям притязательных архитекторов и девелоперов – способами придать эстетику инженерным коммуникациям.