Постоянный рост потребляемой мощности и сложности инженерных сетей – главные проблемы энергетиков и проектировщиков не только при строительстве промышленных объектов, но и при возведении высотных зданий. Примером таких сооружений служат торгово-развлекательные центры, многоэтажные квартирные дома, административные здания. Сложность строительства высотных домов заключается в наличии энергоемких разветвлённых систем жизнеобеспечения, к которым предъявляются повышенные требования безопасности (например, пожарная безопасность). Особый подход необходим и при проектировании прокладки кабельных линий от низкой стороны силового трансформатора питающей подстанции к распределительным шкафам, а также к единичным потребителям большой мощности (например, насосным системам теплоснабжения и пожаротушения, чилерам, лифтам и т. п.). Предлагаем рассмотреть особенности строительства высотных зданий, такие как шинопроводная система, единая система диспетчеризации (ЕСД) и мини-ТЕЦ.

           Растущая нагрузка на внутреннюю электросеть, большие токи короткого замыкания, ограничение в пространстве при прокладке коммуникаций сети – причины специфических требований к электросети многоэтажки. Строители вынуждены отказываться от проверенных временем кабельных линий с увеличением этажности домов. Причиной отказа от кабельных магистральных линий стали их габариты, сложность монтажа, значительные потери электроэнергии и т. д. Современная тенденция канализации электрических сетей – использование шинопроводных систем. Шинопровод прост в проектировании и обладает «гибкостью» в проведении будущих модификаций при возможном росте общей нагрузки. В шинопроводе за счет плоского сечения шины уменьшается скин-эффект и, как следствие, снижаются активные потери в проводнике.

            Перечислим преимущества шинопровода (по отношению к кабельным линиям), позволяющие удовлетворить высокие требования к пожарной безопасности инженерных систем высотных зданий. По степени защиты (IP 55 или IP65) шинопровод считается абсолютно безопасным устройством: все токоведущие части шинопровода обладают защитой от прямого контакта, изолированы от попадания воды и пыли. Шинопровод относится к негорючим веществам и не подвержен коррозии, поскольку материал изготовления корпуса – оцинкованная окрашенная сталь или алюминий. В современных магистральных шинопроводах внутри корпуса расположены плотно сжатые в пакет изолированные шины, благодаря чему практически полностью вытесняется воздух, поддерживающий горение. При прокладке распределительных шинопроводов между отдельными проводниками предусмотрены специальные противопожарные перегородки. Изоляция шинопровода обладает повышенной термостойкостью и не выделяет при горении токсичного газа.

            При строительстве высотного дома стоит задача рационального использования пространства при прокладке коммуникаций. Из-за своей компактности при проектировании электрических сетей зачастую специалисты останавливают свой выбор на шинопроводе. Например, с помощью шинопровода можно повернуть трассу на 90 градусов в двух плоскостях. Для монтажа шинопровода при этом потребуется в несколько раз меньше материла, места и усилий, чем при монтаже кабельной линии. Шинопровод разрешено крепить к этажным перекрытиям и опорным балкам. Для вертикальной прокладки шинопровода с целью распределения электроэнергии по всем этажам нет необходимости закладывать в проекте специальные каналы, позволяя экономить пространство. Благодаря жесткой конструкции и надежной системе креплений шинопровод при вертикальной прокладке не подвергнут проблемам, связанным с монтажом кабеля (например, со временем может появляться эффект «отекания» изоляции).

            Отличительная особенность электрификации высотных зданий – наличие инженерных систем жизнеобеспечения (водоснабжения, электроснабжения, газоснабжения и систем безопасности). В процессе эксплуатации инженерных сетей и систем (ИСС) необходимо производить постоянный контроль и в кратчайшие сроки устранять причину аварийной ситуации (например, отказ работы насоса, выключение электричества, остановка лифта и т. п.). Для осуществления мониторинга и быстрого выявления неисправности при строительстве «высотки» каждую инженерную систему опоясывают датчиками, закладывают возможность дистанционного управления ИСС. Регулировка ИСС и мониторинг собранной датчиками информации производится в единой системе диспетчеризации (ЕЦД). Например, ЕЦД производит управление системой вентиляции и кондиционирования воздуха. Он заключается в контроле приточно-вытяжных систем по поступающим сигналам от датчиков влажности, температуры, углекислого газа (размещенных в воздуховодах и в помещениях). Управление системой водоснабжения включает в себя контроль работы насосов, автоматическое переключение между основным и резервным насосом.

            Установка ЕСД снижает расходы на содержание в работоспособном состоянии ИСС, что стало возможным благодаря:

  • Снижению энергопотребления за счет оптимальной работы инженерных систем в зависимости от времени года и суток.
  • Ускорению взаимодействия эксплуатационных служб и быстрому реагированию на аварийные ситуации («потеря» электричества, порыв трубы и т. п.).
  • Уменьшению штата ремонтной бригады.

Большинство многоэтажных зданий относится к первой или второй категории надежности электроснабжения, поэтому им помимо двух основных независимых источников электроэнергии необходимо иметь третий резервный источник питания. Одним из новых решений служит установка автономных систем электроснабжения «высоток» на базе газопоршневого или газотурбинного оборудования (когенерационных установок), которое может кроме электрической энергии вырабатывать и тепловую энергию. Современные разработки в области защиты от шума и вибрации позволяют монтировать их непосредственно в здании. Зачастую мощность оборудования покрывает 30-40% максимальных потребностей объекта. При большой мощности когенерационных установок появляется проблема отдачи избытков тепла или электричества в сеть.

В зарубежных странах практикуют использование мини-ТЭЦ в качестве источника электроэнергии для высотных зданий. Причина – сильное увеличение нерационального использования электроэнергии для прямого получения тепловой энергии (например, установки воздушных завес, электрокотлов, электрокалориферов и т. п.). Сложность реализации строительства мини-ТЭЦ заключается в её внедрении в общую электрическую систему и в её гармонизации с режимами работы ИСС.