10795

УДК 725.4.03:628.134

ОСНОВНЫЕ ПОДХОДЫ К КЛАССИФИКАЦИИ ВОДОНАПОРНЫХ БАШЕН

Дубов А.Л.1, Агеева Е.Ю.2

1Нижегородский государственный архитектурно-строительный университет, Нижний Новгород, e-mail: dubovandrej075@gmail.com

2Нижегородский государственный архитектурно-строительный университет, Нижний Новгород, e-mail: ag-eu11@yandex.ru

Наиболее интенсивно индустриализация общества на территории Российской Федерации проходила в период с конца XIX века до середины XX века. Многие промышленные здания и сооружения, построенный в указанный период, уже не эксплуатируются либо из-за своего возраста, либо из-за утраты своей технической значимости в связи с ростом научного прогресса. К таковым можно отнести и водонапорные башни. Неэксплуатируемые промышленные объекты занимают полезную площадь и ухудшают экономическое положение района, в котором они расположены, что особенно актуально для крупных городов нашей страны. В связи с этим, встает вопрос о необходимости редевелопмента водонапорных башен - реконструкции промышленных объектов с целью изменения их первоначальной функции. За последние годы в России все чаще появляются проекты по ревалоризации водонапорных башен. Однако, для более эффективной реновации необходимо четко различать архитектурные и конструктивные особенности разных типов водонапорных башен. Именно эта необходимость и определяет актуальность этой статьи. Целью данного исследования является создание современной классификации водонапорных башен по архитектурным, конструктивным и объёмно-планировочным решениям. Для решения поставленной задачи были изучены материалы по водонапорным башням, проанализированы архитектурно-конструктивные решения, принятые при проектировании, полученная информация по выбранной теме была систематизирована и представлена в виде сводной таблицы.

Ключевые слова: водонапорные башни, классификация, промышленные сооружения, гидротехнические сооружения, инженерные сооружения башенного типа.

BASIC APPROACHES TO THE CLASSIFICATION OF WATER TOWERS

Dubov A.L.1, Ageeva E.Yu.2

1Nizhny Novgorod state University of architecture and construction, Nizhny Novgorod, e-mail: dubovandrej075@gmail.com

2Nizhny Novgorod state University of architecture and construction, Nizhny Novgorod, e-mail: ag-eu11@yandex.ru

The most intensive industrialization of society on the territory of the Russian Federation took place in the period from the end of the 19th century to the middle of the 20th century. Many industrial buildings and structures built during this period are no longer in use, either because of their age or because of the loss of their technical significance due to the growth of scientific progress. These include water towers. Unexploited industrial facilities occupy a usable area and worsen the economic situation of the area in which they are located, which is especially important for large cities of our country. In this regard, the question arises of the need for redevelopment of water towers - the reconstruction of industrial facilities in order to change their original function. In recent years, projects for the revalorization of water towers have increasingly appeared in Russia. However, for a more efficient renovation, it is necessary to clearly distinguish between the architectural and design features of different types of water towers. It is this need that determines the relevance of this article. The purpose of this study is to create a modern classification of water towers according to architectural, structural and space-planning solutions. To solve the problem, materials on water towers were studied, architectural and structural solutions adopted during the design were analyzed, the information received on the chosen topic was systematized and presented in the form of a table.

Keywords: water towers, classification, industrial structures, hydraulic structures, tower-type engineering structures.

В Российской Федерации расположено большое количество промышленных объектов, построенных в период наиболее интенсивной индустриализации общества с конца XIX до середины XX века. Многие постройки, возведенные в тот период, уже не эксплуатируются либо из-за своего возраста, либо из-за утраты своей технической значимости в связи с ростом научного прогресса. К таковым можно отнести и водонапорные башни. Неэксплуатируемые промышленные объекты занимают полезную

50

площадь и ухудшают экономическое положение района, в котором они расположены. В

связи с этим, встает вопрос о необходимости редевелопмента водонапорных башен -

реконструкции промышленных объектов с целью изменения их первоначальной функции.

Однако, для более эффективной реновации необходимо четко различать архитектурные и конструктивные особенности разных типов водонапорных башен. Именно эта необходимость и определяет актуальность этой статьи.

Целью данного исследования является создание современной классификации водонапорных башен по архитектурным, конструктивным и объёмно-планировочным решениям.

Достижение названной цели предполагает выполнение следующих задач:

-Изучить доступные материалы по водонапорным башням;

-Проанализировать возможные архитектурно-конструктивные решения,

принимаемые при проектировании;

- Систематизировать полученную информацию и создать классификацию водонапорных башен по нескольким признакам.

Исследование опирается на общедоступные методы анализа, обобщения и систематизации теоретических и проектных работ и существующих объектов по данной теме.

Конструктивно водонапорную башню можно разделить на три части: резервуар

(бак), опору (ствол) и фундамент.

Резервуар чаще всего изготавливается из металла, за рубежом для этих целей широко применяется железобетон. Объём бака может достигать 2000 м3 и более, эта характеристика зависит от назначения объекта, условий эксплуатации и т.д. Самый распространенный вариант формы стенок резервуара водонапорной башни – цилиндрический, однако существует также конический, гиперболический и другие. Днище бака выполняется с уклоном минимум 5% к подающе-отводящей трубе. Оно может иметь различную форму:

плоскую, коническую, сферическую, или более сложную [1, с. 7-8].

Для подъёма к баку и на его покрытие для осмотра и обслуживания водонапорные башни оснащаются металлическими лестницами и площадками. Внутри круглых в плане резервуаров иногда делают вертикальную цилиндрическую стенку. В днище также проделывают отверстие и таким образом создают шахту длинной 1.5-1.8 м, которая обеспечивает вход в бак [1, с. 8].

Резервуары могут быть открытыми, в этом случае над ними устраивается шатёр.

Могут быть закрытыми и иметь собственное покрытие — плоское или пространственное:

коническое, сферическое, висячее.

51

Для защиты резервуара от температурных и механических воздействий

устанавливается ограждение с утеплителем. Различают несколько видов ограждений

(Рисунок 1). Бак может просто покрываться утеплителем; кроме утеплителя, над ним может

устанавливаться шатёр; вместо шатра может устраиваться галерея, называемая также

полушатром [1, с. 6].

Каждые 3-5 лет резервуар нуждается в обслуживании, заключающемся в удалении

ржавчины, обеззараживании, покраске и других мероприятиях [2, с. 30].

Рисунок 1 – Виды ограждений резервуаров водонапорных башен

а - со слоем утеплителя; б – шатёр; в – галерея (полушатёр).

Опоры водонапорных башен чаще всего изготавливаются из кирпича, железобетона

или металла. В зависимости от вида конструкции опоры можно разделить на три типа:

сплошные, сквозные и комбинированные опоры.

При высоте опоры >25 м чаще всего применяются сплошные опоры; при меньшей

высоте и при диаметре резервуара >10 м предпочтение отдаётся сквозным или

комбинированным опорам [1 с. 12-13].

Форма опор водонапорных башен бывает различна (Рисунок 2): чаще всего

применяется форма цилиндра, довольно редко - форма усеченного конуса с расширением

или с сужением к основанию или форма гиперболоида.

Рисунок 2– Виды опор водонапорных башен по форме

а – цилиндрическая форма; б – форма усеченного конуса с расширением к основанию; в – форма усеченного конуса с сужением к основанию; д – форма гиперболоида.

52

Внутри опор располагают лестницы, металлические или железобетонные площадки.

Пространство внутри опоры использовалось для размещения служебных, конторских,

технических, производственных и других помещений [1, с. 6].

В водонапорных башнях применяются круглые в плане или кольцевые фундаменты,

так как такая форма является наиболее рациональной с точки зрения использования материалов и с точки зрения сопротивления нагрузке. Иногда форма фундамента в плане бывает многоугольной [3, с. 30].

По конструкции фундаменты водонапорных башен делятся на фундаменты с повышенной частью и фундаменты без повышенной части (Рисунок 3). Повышенная часть зачастую представляет из себя цилиндрическую стенку, которая соединяется с опорой башни. В том случае, когда внешний диаметр фундамента значительно больше диаметра опоры в крайнем нижнем сечении, повышенная часть конструируется в виде одной или нескольких конических оболочек. При опоре комбинированного типа под различные части опоры могут устраиваться различные фундаменты [1, с. 27].

Рисунок 3– Виды фундаментов водонапорных башен по конструкции

а – с повышенной частью; б – без повышенной части; в – в виде одной конической оболочки; д – в виде нескольких конических оболочек.

Результаты проведенной работы могут быть сведены в следующую таблицу.

Таблица 1 – Классификация водонапорных башен

По композиции

одиночные башни

башни с пристройкой

деревянные

По материалу

каменные

железобетонные

металлические

53

Продолжение таблицы 1

Итак, из таблицы можно ясно увидеть все разнообразие конструктивных и объемно-

планировочных решений водонапорных башен: архитектурных композиций; основных материалов, используемых в строительстве; форм, конструкций и иных характеристик основных элементов башни.

Список литературы

1.Бедов А.И. Инженерные сооружения башенного типа, технологические эстакады и опоры линий электропередачи: учебное пособие / А.И. Бедов, А.И. Габитов ; М-во образования и науки Рос. Федерации, Нац. исследоват. Моск. гос. строит. ун-т. — Москва : Изд-во Моск. гос. строит. ун-та, 2017. — 328 с.

2.Иванов, А. М. Водонапорные башни: конструкция и работа / А. М. Иванов // Academy. – 2019. – № 8(47). – С. 28-30.

3.Тимченко, Р. А. Расчет фундаментов-оболочек для сооружений башенного типа на воздействия неравномерных осадок основания / Р. А. Тимченко, В. Л. Седин, Д. А. Кришко // Вісник Придніпровської державної академії будівництва та архітектури. – 2015. – №

10(211). – С. 29-35.

54

УДК 620.9

ВОЗООБНОВЛЯЕМЫЕ ИСТОЧНИКИ ЭНЕРГИИ И ПЕРСПЕКТИВЫ ИХ РАЗВИТИЯ

Ерофеев Д.Э.1

1Нижегородский государственный архитектурно-строительный университет, Нижний Новгород, e-mail: d.erofeev02@mail.ru

Статья посвящена исследованию особенностей внедрения и эксплуатации возобновляемых источников энергии. В свете этой же темы рассмотрены, экономическая целесообразность повсеместного введения данного типа энергии, а также проблемы, которые существуют в данной сфере на данный момент.

Ключевые слова: энергетика, энергоэффективность, энергетические проблемы, экология, возобновляемые источники энергии.

RENEWABLE ENERGY SOURCES AND PROSPECTS FOR THEIR DEVELOPMENT

Erofeev D.E.1

1Nizhny Novgorod state University of architecture and construction, Nizhny Novgorod, e-mail: d.erofeev02@mail.ru

The article is devoted to the study of the features of the introduction and operation of renewable energy sources. In the light of the same topic, the economic feasibility of the widespread introduction of this type of energy, as well as the problems that exist in this area, are considered.

Keywords: energy, energy efficiency, energy problems, ecology, renewable energy sources.

Около 80% суммарного потребления энергии на данный момент формируется за счет не возобновляемых углеводородных ресурсов. В настоящее время более 90%

энергетического баланса Российской Федерации формируется за счет невозобновляемых углеводородных ресурсов. На долю возобновляемых источников энергии (ВИЭ)

приходится всего около 0,5% выработки электроэнергии и около 4% теплоснабжения. Эта тенденция сохраняется уже не менее десяти лет. Если в конце двадцатого века широкому использованию ВИЭ препятствовала огромная цена самих генерирующих установок по сравнению с традиционными электростанциями и производимой ими энергией, то сейчас цена стала более сбалансированной. Это во многом объясняется ужесточением экологических требований во многих странах, включая Российскую Федерацию, и

поддержкой возобновляемых источников энергии на национальном уровне [1].

Ресурсы ВИЭ обладают тремя типичными положительными характеристиками. Во-

первых, пока существует Солнечная система, они будут неисчерпаемы. Во-вторых, при их преобразовании во вторичную энергию и вторичные материалы (тепло, топливо,

электроэнергию) в окружающую среду не происходит выброса вредных веществ или, как в случае с биомассой, поглощенный в результате фотосинтеза СО2 замещается углекислым газом выделяется при сгорании биотоплива. В-третьих, возобновляемые источники энергии

55

могут использоваться полностью или частично (отдельные виды) в любом месте и могут быть использованы в месте потребления без необходимости использования длинных линий электропередач. В то же время при использовании возобновляемых источников энергии необходимо учитывать недостатки этих ресурсов - более низкий удельный потенциал по сравнению с ископаемым топливом и зависимость притока энергии от времени и природно-

климатических условий.

Благодаря интенсивному развитию и освоению промышленных технологий стоимость энергии, вырабатываемой ветряными турбинами, фотоэлектрическими системами и возобновляемыми источниками энергии. Стоимость установки снизилась во много раз. Из-за чего появилась тенденция к снижению стоимости энергии и данная тенденция будет вести к снижению стоимости возобновляемой энергии, которая будет продолжается по мере снижения цен на традиционные источники энергии. Пока цена на традиционные источники энергии будет только расти. Однако развитие возобновляемых источников энергии в России сильно затруднено из-за ряда факторов, таких как:

обилие углеводородных ресурсов,

отсутствие должной поддержки возобновляемых источников энергии на уровне государственной политики,

отсутствие достаточного количества квалифицированного персонала в области использования возобновляемых источников энергии

В настоящее время возобновляемые источники энергии в России используются в основном в регионах с дефицитом энергии и в районах, изолированных от линий электропередач. Данные условия позволяют возобновляемым источникам энергии быть конкурентоспособными в данной области. А именно из-за высокой стоимости энергии и проблем с его поставками. В то же время практически повсеместно в Российской Федерации в той или иной степени могут использоваться возобновляемые источники энергии. В большинстве регионов одновременно существует несколько экономически доступных возобновляемых источников энергии. Их полное развитие позволит в значительной степени удовлетворить потребности регионов в электроэнергии.

Однако несмотря на экономический фактор ВИЭ также в данный момент столкнулись с фундаментальными проблемами, которые не позволяют развивать данную сферу в полной мере. А именно:

Затраты на передачу данного вида энергии намного выше, чем у других видов электроэнергии, и в большинстве исследований не учитывается, что они никак не компенсируются. Исследования проведены Международным энергетическим агентством в

2014 году показывает, что стоимость передачи энергии ветра примерно в три раза выше,

56

чем стоимость передачи электроэнергии от угля или атомной энергии. Сумма перерасхода средств имеет тенденцию к увеличению, поскольку неустойчивые возобновляемые источники энергии занимают большую долю в общем объеме [3].

Вот несколько причин, по которым стоимость передачи энергии от ветра и солнца

выше:

Возобновляемая электроэнергия и установленное вспомогательное оборудование имеют другую степень контроля над всеми аспектами сети (сила тока, амплитуда и т д.),

чем электростанции, работающие на ископаемом топливе [4].

Между тем, где используется возобновляемая энергия, и тем, где она потребляется расстояние скорее всего будет намного больше, чем при обычном производстве. Так как данные установки должны будут находиться в местах доступных для эксплуатации специалистами необходимого уровня [5].

Для ветровых и солнечных электростанций необходимо построить непропорционально большое количество линий, поскольку линии электропередачи необходимо расширить до максимальной, а не до средней пропускной способности [6].

Широко рассматривается такой способ справиться с проблемой путём небольших изменений, таких как ценообразование по времени, «гибкие» энергосистемы и отключение электроэнергии для некоторых заранее выбранных промышленных потребителей, если для всех не хватает электроэнергии.

Такой подход теоретически возможен, если система основана на ископаемом топливе и ядерной энергии, с небольшим количеством возобновляемой энергии. По мере добавления возобновляемой энергии в сеть ситуация меняется [7].

Как только в сеть добавляется небольшая часть солнечной энергии, необходимы батареи, чтобы сгладить быстрый переход, который происходит в конце дня после того, как рабочие уходят домой, а солнечная энергия не является хорошим решением для северных регионов с недостаточным солнечным излучением.

Также следует учитывать перебои с электроэнергией из-за отключения ветрогенераторов во время штормов, что будет заметно жителям прибрежной зоны.

Сильные бури могут нарушить электроснабжение на несколько дней в любое время года.

По этой причине, если система будет работать только с возобновляемыми источниками энергии, необходимо иметь резервный источник, который сможет обеспечивать данный участок не менее двух недель, а лучше одного месяца, как это реализовано в топливных котельных.

Вопрос о разумности ветра и солнца требует тщательного анализа. Общей характеристикой энергетического продукта, имеющего значительные экономические

57

выгоды, является то, что его производство, как правило, является очень прибыльным.

Учитывая высокую рентабельность, правительство может облагать налогом производителей. Если бы возобновляемые источники энергии действительно обеспечивали прибыльную энергию для значительной части рынка, это не было бы областью субсидирования государства. Только при решении этих вопросов возобновляемые источники энергии могут стать достойным конкурентом, а в дальнейшем и альтернативой традиционным источникам энергии.

Список литературы

1.А. да Роза Возобновляемые источники энергии. Физико-технические основы; пер. с англ. под редакцией С.П. Малышенко, О.С. Попеля. - Долгопрудный: Издательский дом "Интеллект"; М.: Издательский дом МЭИ; 2010. -11-50 с.

2.В. В. Елистратов ВОЗОБНОВЛЯЕМАЯ ЭНЕРГЕТИКА. - СПб: СПбПУ, 2016. - 29-49 с.

3.IEA – International Energy Agency (2012). World Energy Outlook. Paris, 690 p.

4.IEA – International Energy Agency (2011). Methodology used to calculate T&D investment. World Energy Outlook. Paris, 4 p.

5.EIA - Energy Information Administration (2013). Annual Energy Outlook 2013. US Department of Energy. Washington DC, 244 p.

6.Lavagno, E. (Project coordinator) (2010). Risk of Energy Availability: Common Corridors for Europe Supply Security. Deliverable D2.1 & D3.1 ‘Captive’ and ‘Open Sea’

7.MIT (2011). The Future of Electric Grid. An interdisciplinary MIT Study, 280 p.

УДК 620.9

ЭНЕРГОСБЕРЕЖЕНИЕ И ПОВЫШЕНИЕ ЭНЕРГЕТИЧЕСКОЙ ЭФФЕКТИВНОСТИ

Ерофеев Д.Э.1

1Нижегородский государственный архитектурно-строительный университет, Нижний Новгород, e-mail: d.erofeev02@mail.ru

В статье рассматривается основная энергетическая проблема и разработанные стратегии её решения. Проанализирована и описана самая выгодная и перспективная стратегия повышения энергетической эффективности страны. Сделаны выводы об эффективности данной стратегии на территории России и даны рекомендации по улучшению и развитию данной энергетической политики.

Ключевые слова: энергия, энергоэффективность, экология, отопление, вентиляция, энергетические проблемы, энергосбережение.

ENERGY SAVING AND ENERGY EFFICIENCY IMPROVEMENT

Erofeev D.E.1

1Nizhny Novgorod state University of architecture and construction, Nizhny Novgorod, e-mail: d.erofeev02@mail.ru

The article discusses the main energy problem and the strategies developed to solve it. The most profitable and promising strategy for improving the country's energy efficiency is analyzed and described. Conclusions are drawn about the effectiveness of this strategy in Russia and recommendations are given for the improvement and development of this energy policy.

Keywords: energy, energy efficiency, ecology, heating, ventilation, energy problems, energy conservation.

58

Постоянный рост потребления энергии и энергоресурсов стал регулярной проблемой испытываемой человечеством, что приводит к локальным кризисам если в какой-либо момент доставки возникают неполадки, для решения этих проблем самым простым и логичным является наращивания объемов добычи и создание новых производственных цепочек. Мир обеспокоен данной проблемой так как со времен второй мировой войны произошло большое количество кризисов, которые нарушали поставки и останавливали производства, для решения данной проблемы был определен консенсус в данном вопросе. В качестве основных способов решения проблемы явно выделились: более глубокая интеграция научных баз стран мира; дальнейшее развитие атомной энергетики, а

именно реконструкция, дооснащение современным технологическим оборудованием существующих АЭС, а именно Ленинградской, Курской и Смоленской АЭС, также строительство новых; повышение эффективного использования возобновляемых и не возобновляемых источников энергии, на всех этапах их производственного цикла – от разведки месторождении, добычи, до поступления и преобразования ресурсов в тепловую и электрическую энергию, её транспортировку до пунктов приёма, распределения между технологическими потребителями коммунально-бытовыми; наращивание масштабов использования нетрадиционных возобновляемых источников энергии (энергии солнца,

ветра, малых водотоков, земных недр, биомассы, кинетической и низко потенциальной энергии вод морей и океанов); освоение нетрадиционных способов получения электрической и тепловой энергии, прежде всего, реализация в энергетических установках управляемой реакции термоядерного синтеза, выход на широкое применение энергетических реакторов на быстрых нейтронах и освоение замкнутого топливного цикла,

развитие водородной энергетики и прямых способов получения электрической энергии.

Все эти способы являются перспективными и востребованными в энергетической повестке стран. Но самым привлекательным для государств являются пункт повышение эффективного использования возобновляемых и не возобновляемых источников энергии.

Так как при сравнительно невысоких затратах времени и средств может дать быстрый и явный эффект и позволяет ослабить зависимость большого сектора экономики от своевременной поставки добываемого или закупаемого энергетического сырья. Показав свою эффективность, данный метод из простого метода рационализации превратились в перспективный научный проект, в который входят инициативы по проведению мероприятий по увеличению энергоэффективности во всех слоях населения, а также реконструкция и постройка энергоэффективных зданий или же “Пассивный домов”.

Данный метод вошёл в энергетическую политику стран, в России он в основном выражается в Федеральном законе от 23.11.2009 N 261-фз «Об энергосбережении и о

59