Особенности архитектуры и проектирования в северных регионах
Архитектурные формы жилища северных районов сложились с учетом средств защиты жилых, подсобных, хозяйственных помещений от низких температур воздуха и снежных заносов.
Традиционный северный дом имеет компактный объем, высоко поднятый над уровнем земли и суммирующий в одно целое помещения жилья и хозяйственного назначения, в том числе хлев для домашних животных и птицы. В двухэтажной северной избе хозяйственные помещения размещены в первом этаже — в подклети (кладовые для хранения продуктов, помещения для домашних животных, птицы, скотный двор и др.). Для снижения теплопотерь в домах делают уменьшенные проемы и минимальное число входов, сени или прихожую. На уменьшение теплопотерь направлены и укрупненные нерасчлененные архитектурные формы жилого дома.
Перечисленные средства формообразования, учитывающие специфику сельского быта в условиях холодного Севера, творчески использованы при разработке типовых проектов серии 139. В лучших проектах запоминающийся облик жилища создан с помощью лаконичных форм, устройства дома "на ножках" для предотвращения заносов, характерного силуэта здания с крутыми скатами крыш. Выразительности облика здания способствуют удачные соотношения объемов дома и пристроек, пропорциональное взаиморасположение проемов и плоскостей стен между ними, сочетание вставок каменной кладки с деревянными панелями, соответствующая северному пейзажу цветовая гамма.
Россия - страна северная, больше половины ее территории находится в зоне распространения многолетней мерзлоты, а русская зима во всем мире воспринимается как эталон сурового климата. При всем при этом северные регионы России играют важную роль в экономике страны: именно здесь находятся основные запасы многих полезных ископаемых, крупные перерабатывающие предприятия, транспортные узлы, города и поселки. А неотъемлемой частью любого промышленного или коммунального объекта - будь то завод, город или целый регион, являются многочисленные трубопроводные сети - технологические, водо- и газопроводные, канализационные, теплоснабжения и др.
Северная специфика
Основные проблемы проектирования, строительства и эксплуатации зданий в северных регионах связаны с широким распространением многолетнемерзлых грунтов. Прежде всего, наличие мерзлоты сильно осложняет обеспечение проектного положения трубопроводов. Значительная - до двух метров и более - глубина слоя сезонного протаивания, низкая несущая способность талых грунтов и нестабильность мерзлоты, интенсивные мерзлотные процессы вынуждают практически все трубопроводы прокладывать над поверхностью грунта - на опорах или по эстакадам. Трубопровод, проложенный над поверхностью грунта. подвергается гораздо более сильным колебаниям температуры, чем при подземной прокладке. Особенно критичными при этом оказываются зимние холода, когда тепловые потери с поверхности труб возрастают до недопустимых значений, и угроза их замерзания становится более чем реальной. Это вынуждает теплоизолировать грубы, прокладывать водопроводы с теплоспутниками. строить промежуточные котельные на водоводах и т.п. Все эти меры, во-первых, требуют немалых затрат, во-вторых, не обеспечивают полной безаварийности сетей... Любая остановка подачи воды в зимний период может обернуться аварией с тяжелыми последствиями, связанной с размораживанием труб и выходом их из строя… Еще одна особенность эксплуатации водопроводов и теплотрасс в северных регионах связана с особенностями гидрохимического состава природных вод, характерными для заболоченных ландшафтов, в частности, с низкими значениями рН и высоким содержанием железа. Стальные трубы, транспортирующие такую воду, подвергаются интенсивному зарастанию и служат значительно меньше своего нормативного срока.
Возможности применения полимерных труб
Перспективы применения полимерных труб для строительства трубопроводов в северных регионах определяются в конечном итоге их (труб) эксплуатационными характеристиками и способностью работать в условиях низких температур. Современные марки трубного полиэтилена - наиболее распространенного материала для производства труб для наружных сетей - обладают высокой хладостойкостью (температура хрупкости не выше -10°С), поэтому работоспособность изготовленных из них труб в условиях Севера не вызывает сомнений. Самый поверхностный анализ показывает, что во многих случаях полимерные трубы могут с успехом заменить традиционно используемые стальные - в водо-, газо- и теплоснабжении, при строительстве технологических трубопроводов. Более того, в подавляющем большинстве случаев такая замена будет экономически целесообразна.
Газоснабжение
Несмотря на то, что в строительстве газ о распределительных сетей полиэтиленовые трубы (ГОСТ 50S33) заняли уже довольно прочные позиции, их применение в северных регионах представляется, пожалуй, наиболее проблематичным и сдерживается, главным образом, действующими нормативными документами. Так, СНиП 42-01-2002 "Газораспределительные системы" предписывает для наземных и надземных газопроводов применять стальные трубы (п.4.11). а подземная прокладка в условиях многолетней мерзлоты сопряжена со значительными трудностями и материальными затратами. Тот же документ не разрешает прокладывать газопроводы из полиэтиленовых труб "при температуре стенки газопровода в условиях эксплуатации ниже минус 15"См (п.5.2.4). В ряде случаев это ограничение позволяет обойти подземная прокладка - с глубиной температурные колебания сглаживаются, и во многих районах на глубине заложения трубопровода температура стенки трубы не опускается до таких значений. Кроме того, СНиП повышает требования к прочностным характеристикам труб и усложняет процедуру их монтажа и приемки: "...в районах многолетне мерзлых грунтов для полиэтиленовых газопроводов должны применяться трубы с коэффициентом запаса прочности не менее 2.8. Сварные стыковые соединения должны проходить 100%-ный контроль физическими методами" (п. 5.6.6). Все эти ограничения приводят к повышению стоимости полиэтиленовых газа пределов, но вряд ли могут серьезно повлиять на перспективы их более широкого применения.
Водоснабжение и канализация
Использование полиэтиленовых труб (ГОСТ 18599) в сетях водоснабжения и канализации в северных регионах не только целесообразно, но и по целому ряду причин предпочтительнее стальных. Помимо таких стандартных преимуществ полимерных труб, как устойчивость к коррозии, долговечность, высокие гидравлические характеристики и быстрота монтажа, в условиях холодного климата особое значение приобретают такие свойства полиэтилена, как низкая теплопроводность (на два порядка меньше, чем у углеродистой стали) и, что особенно актуально, гибкость, благодаря которой полиэтиленовая труба не разрушается при замерзании находящейся в ней воды и полностью восстанавливает работоспособность после оттаивания. В отличие от стальной трубы полимерная не зарастает изнутри, поэтому срок ее службы измеряется десятками лет. Большая гибкость делает ее менее уязвимой к мерзлотным процессам: термокарсту, пучению и просадкам грунта и т.п. Особо следует отметить новые виды полимерных труб, разработанные специально для условий Севера. В первую очередь, это гибкие полиэтиленовые трубы для незамерзающих водоводов - с теплоизоляцией и электрообогревом (ТУ 2246-019-40270293-2002). Они представляют собой многослойную конструкцию из полиэтиленовой напорной трубы, теплоизоляции и защитной полиэтиленовой оболочки. По внешней поверхности напорной трубы проложен саморегулирующийся нагревательный кабель, линейная мощность которого позволяет компенсировать тепловые потери при самых жестких условиях эксплуатации, не допуская промерзания трубы. Такие трубы не требуют компенсаторов и рассчитаны на бесканальную лрокладку.
Их применение особенно эффективно при строительстве водоводов в условиях Крайнего Севера, поскольку не требует строительства эстакад, промежуточных котельных и прокладки теплоспутников. Использование таких труб позволяет решить проблему холодного водоснабжения северных городов и поселков и перейти на энергосберегающие технологии теплоснабжения: предусматривающие строительство автономных котельных и отказ от протяженных тепловых сетей. Горячее водоснабжение и отопление. В России применение полимерных труб е ГВС и отоплении долгое время ограничивалось внутренними сетями. В 2002 году московское ЗАО "Завод АНД Газтрубпласт" начало выпуск труб "Профлекс" по TУ 2248-015-0270293-2002, предназначенных для наружных тепловых сетей. Напорная труба в них изготовлена из сшитого полиэтилена, имеет барьерный слой, предотвращающий диффузию кислорода через стенку трубы, теплоизоляцию из пенополиуретана и защитную полиэтиленовую оболочку. Сотни километров труб "Профлекс", проложенных в Москве, позволяют говорить о начале масштабного использования полимерных труб в наружных сетях ГВС и отопления в России. Поскольку новые трубы гораздо менее требовательны к условиям прокладки по сравнению со стальными трубами (не требуют строительства канала, термокомпенсации: установки неподвижных опор и т.п.), их использование позволит существенно снизить затраты на строительство тепловых сетей на многолетнемерзлых грунтах. Поэтому можно с уверенностью утверждать, что они найдут широкое применение и в северных регионах.
Технологические трубопроводы
Эксплуатационные характеристики труб из полимерных материалов позволяют использовать их не только в газораспределительных и коммунальных сетях. В настоящее время всть немало примеров успешного применения полиэтиленовых труб на нефтепромыслах - для транспортировки высокоагрессивных пластовых вод и попутного газа: в строительстве пульпопроводов (абразивная стойкость современных марок полиэтилена в несколько раз выше, чем у стали) для транспортировки агрессивных растворов (солей, кислот, щелочей). Судя по тем усилиям, которые пришлось затратить на то, чтобы эти ныне успешно работающие трубопроводы были построены именно из полимерных труб, можно предположить, что основной причиной недостаточно широкого их применения является "привычка строить из металла". Слабая информированность проектировщиков и заказчиков о новых полимерных материалах и их свойствах, недостаток опыта их использования "у соседей" сдерживают внедрение полимерных труб. Не вызывает сомнения, что со временем очевидные преимущества и экономический эффект от применения полимерных технологий, а также накапливающийся опыт приведут к быстрому росту спроса на них. И северные регионы, где проблемы строительства и эксплуатации трубопроводов проявляются наиболее остро, станут весьма обширным и ёмким рынком сбыта полимерных труб.