Решение проблемы проектирования вертикальных коммуникаций систем водоснабжения и водоотведения высотных зданий, с учетом аэродинамических процессов, требует от будущих специалистов знаний в различных областях науки. Изучение зарубежного опыта строительства и проектирования коммуникаций высоток является важным и обязательным при изучении данного курса. Ряд вопросов, связанных с обеспечением надежности работы коммунальных систем водоснабжения и водоотведения высотных зданий, напрямую связаны с безопасностью проживания людей и должны быть учтены при строительстве этих объектов.
Сооружение высотных зданий осуществляется по специальным техническим условиям, то есть индивидуальным регламентам и нормативам, утвержденным на федеральном уровне для каждого конкретного случая. В настоящее время Правительством Москвы вместе с Госстроем России создана нормативная база, включающая разработку московских городских строительных норм МГСН 4.19–2005 «Временные нормы и правила проектирования многофункциональных высотных зданий и зданий-комплексов в городе Москве». В Санкт- Петербурге важнейшим документом, регламентирующим вопросы проектирования и строительства высотных зданий, являются ТСН «Жилые и общественные высотные здания». Ряд важных расчетных характеристик систем водоснабжения и водоотведения может быть определен по СП 40–107–2003 «Проектирование, монтаж и эксплуатация систем внутренней канализации из полипропиленовых труб», СНиП 2.04.01–85* «Внутренний водопровод и канализация зданий», СП 40– 102–2000 «Проектирование и монтаж трубопроводов из полиэтиленовых труб».
1. Инженерные решения систем водоснабжения и водоотведения уникальных высотных зданий и сооружений мира
В конце 20-го века строительство высотных зданий и сооружений могло показаться лишь набором технических задач, в результате решения которых все элементы здания уравновешивали друг друга, и оно не складывалось как карточный домик. Однако, несмотря на всю сложность этих задач, одно только их решение никогда бы не сделало возведение высотных зданий практичным и привлекательным делом. Их изобретение требовало развития множества технологий (системы электрического освещения, лифтовое оборудование и системы диспетчеризации лифтов, водопроводные и отопительные системы, телефонная связь), большинство из которых к середине 19-го века, если и существовало, то в примитивной форме. Большинство технологий, необходимых для возведения высотных зданий, технологий, были уже доступны к 1880 году, но связывание их всех воедино требовало неимоверных усилий от архитекторов и строителей [7]. Например, контролируемый и независимый источник света был особенной проблемой до 1880 года. Ранее для освещения в зданиях использовался газ, что было очень небезопасным и делало невозможным использование подобного способа освещения в небоскребах. В 1880 году уже встречались работающие лифтовые системы1, однако они требовали значительного усовершенствования прежде, чем впервые появились в небоскребах (в Нью-Йоркском небоскребе ЗингерБилдинг (Singer Building), построенном в 1908 году). Механизмы водоснабжения и водоотведения в те времена также были в зачаточном состоянии и не могли поднимать воду на значительную высоту. Считается, что бесперебойная подача воды является американским достижением, как и ванна, и туалет со сливом2. Развитие и внедрение технологий водоснабжения было сопряжено со значительными трудностями и шло медленно3ввиду того, что бесперебойная подача воды требовала создание систем утилизации сточных отходов. Когда в 1931 году было окончено строительство Нью-Йоркской Эмпайр-стейт-билдинг (Empire State Building), потребовалось четыре магистрали диаметром 15 см для обеспечения объема воды 25 000 м3. Здание должно было выдерживать колоссальную нагрузку: Пропускная способность ливневой системы составляла 4.5 м3/с. По всему зданию было смонтировано десять канализационных трубами диаметром от 15 до 30 см. Система водоотведения также должна была обслуживать сливы кондиционеров и эжекторов. Требования наличия централизованного отопления ограничили возможность применения традиционных систем отопления в небоскребах. В большинство первых систем центрального отопления использовали подогреваемый от раскаленного угля теплый воздух. Стремительное развитие данных систем началось с изобретением в США радиатора и его активным использованием в 1890-х годах. В восьмидесятиэтажной Эмпайр-стейтбилдинг, которая была возведена до ввода в эксплуатацию централизованных систем отопления4, использовалось 7 000 радиаторов. Система отопления была разделена на 4 зоны. Каждая зона обслуживалась отдельными водопроводными магистралями. Первые пять этажей получали воду из магистралей в подвале; вторая зона (этажи 6–29) обслуживались сверху вниз из магистрали, вмонтированной в потолок 29 этажа; третья зона (этажи 30–54) питалась