При проектировании любого объекта учитывается множество факторов, которые в дальнейшем будут влиять на сам процесс строительства, оказывать воздействие на сооружение в ходе его эксплуатации. Кроме того, проектирование включает использование самых разных решений, которые повышают эффективность инженерных и технических систем, надежность работы объекта при его эксплуатации, увеличивают сроки эксплуатации, а также способствуют снижению затрат средств на строительство и общее водо-, тепло-, электропотребление, что крайне важно в условиях ограниченности как природных, так и экономических ресурсов.
Современные инженерные системы являются сложным комплексом технических решений. В целом современное инженерное сооружение можно считать объектом, пространство которого насыщено инженерными системами и элементами. Их объединение в единое целое является довольно сложной задачей. Огромное значение имеет их расположение и монтаж, которые в конечном итоге во многом определяют финансовую составляющую проектируемого объекта.
Выбор оптимальных решений важен как при проектировании систем водоснабжения, так и и водоотведения [3].
Проектирование закладывает основу создаваемых объектов и выполняется поэтапно, каждый этап подлежит согласованию с соответствующей организацией.
Проблема обеспечения надлежащего количества и качества воды является одной из наиболее важных и имеет глобальное значение.
Расчеты специалистов показывают, что ежегодный прирост безвозвратного водозабора воды составляет 4–5 %. При сохранении существующих темпов прироста населения и объемов производства человечеству грозит реальная опасность исчерпания пресноводных запасов воды. Данный факт свидетельствует о том, что необходимо сократить расход воды с помощью разработки новых методов технических решений при проектировании систем водоснабжения и водоотведения.
Существующая практика создания инженерных систем демонстрирует возрастающее внимание к уровню их эффективности [1].
Сокращение затрат и сроков на разработку и согласование проектных решений и их реализацию в ходе выполнения строительно-монтажных работ обеспечивает применение модульных решений в проектной и строительной практике.
Комплектные канализационные насосные станции (КНС), ставшие приоритетным решением водоотведения (канализования) за последние 5–10 лет, выпускаются готовыми к непосредственной установке в систему канализации. При наличии источника электроснабжения и возможности подать в резервуар сточную воду монтажа готовой к эксплуатации КНС может быть завершено через три недели строительно-монтажных и пусконаладочных работ.
Потребление этого типа изделий завоевывает все большую популярность. С учетом возрастающих требований к экологии в мегаполисах использование КНС позволяет исключить загрязнение окружающей среды. Повышающийся интерес проектных и строительно-монтажных организаций к КНС на базе стеклопластиковых резервуаров показывает перспективность данного направления в канализовании [4].
Примером внедрения модульных решений в проектную и строительную практику является применение модульных автоматизированных насосных станций (МАНС) для повышения давления (напора) в сетях внутреннего водопровода жилых, административных и производственных зданий.
При использовании МАНС предусматривается автоматическое подключение (отключение) рабочих насосных агрегатов (по схеме параллельной их работы) в соответствии с текущими условиями водопотребления (изменения расхода воды). В системах водоснабжения жилых и общественных зданий (относящихся к пространственным системам водоснабжения) считается правилом управление работой МАНС по критерию поддержания постоянного давления. Для обеспечения необходимого уровня энергоэффективности и плавности регулирования подачи при постоянном напоре (исходя из критерия поддержания постоянного давления при управлении работой насосов), с учетом характера эксплуатации МАНС в системах водоснабжения зданий, обязательно применение частотного регулирования привода насосных агрегатов [5].
Совмещение вопросов энергоэффективности и модульного проектирования инженерных систем в полной мере обеспечивается в случае применения в качестве основополагающего подхода при разработке и оценке таких систем методологии анализа стоимости жизненного цикла.
В теоретическом плане подход основан на учете стоимости жизненного цикла оцениваемого комплекса оборудования (инженерной системы) и предусматривает минимизацию совокупных затрат на строительство (реконструкцию), эксплуатацию и завершение использования. В общем виде стоимость жизненного цикла оборудования (инженерной системы) может быть описана следующей зависимостью:
LCC = CIC + CIN + CE + CO + CM + + CS + CENV + CD’+ 
,
где LCC – стоимость жизненного цикла;
CIC – начальные затраты (цена приобретения оборудования с сопутствующими принадлежностями);
CIN – затраты на монтаж оборудования и ввод в эксплуатацию (включая пуско-наладку и обучение персонала);
CE – затраты на электроэнергию (для функционирования системы, включая привод, средства управления, и любые дополнительные устройства);
CO – оплаты труда персонала, обеспечивающего текущее обслуживание системы;
CM – затраты на сервисное обслуживание и ремонт (регулярный сервис и плановый ремонт);
CS – затраты на непроизводственные потери (простои оборудования вне эксплуатации);
CENV – компенсация на устранение последствий от воздействия на окружающую природную среду (загрязнения от работы основного и вспомогательного оборудования);
CD – затраты на ликвидацию и утилизацию (включая восстановление окружающей среды и ликвидацию вспомогательного оборудования);
К/Тсл – амортизационные отчисления;
К – капитальные вложения;
Тсл – нормативный срок службы.
Значительная величина в стоимости жизненного цикла оборудования составляет затраты на электроэнергию и техническое обслуживание [2].
Анализ тенденций и потребностей в области систем водоснабжения и водоотведения жилых и общественных зданий (основанный на рассмотрении применяемого инженерного оборудования, в том числе насосных станций, систем управления, автоматизации и диспетчеризации) позволил определить ряд проектных решений, применение которых позволит существенно сократить стоимость жизненного цикла таких систем. Наиболее актуальной является разработка следующих типовых решений:
– насосные системы хозяйственно-питьевого водоснабжения для жилых и общественных зданий;
– насосные системы противопожарного водоснабжения для жилых и общественных зданий;
– насосные системы водоотведения жилых и общественных зданий;
– использование тепловых насосов (вода-вода, воздух-вода и т.д.) в жилых и общественных зданиях, в том числе для обеспечения горячего водоснабжения;
– водоразборные сооружения для подачи воды в жилые, общественные и производственные здания;
– реконструкция повысительных насосных станций жилых и общественных зданий;
– модульные совмещенные насосные станции объединенных нужд хозяйственно-питьевого и противопожарного водоснабжения;
– автоматизация, диспетчеризация и контроль инженерного оборудования жилых и общественных зданий с использованием передачи данных по коммуникационным системам и организации единого рабочего диспетчерского пункта на базе персонального компьютера.
На данный момент на рынке представлено значительное количество различных инженерных решений и оборудования, в том числе с применением зарубежного опыта, которые определяют подходы по подбору и использованию при проектировании инженерного оборудования, применяемого при организации систем водоснабжения и водоотведения. Решения базируются на современных принципах и требованиях к инженерным системам с учетом представленного на рынке оборудования и опыта его эксплуатации.
Нормальная работа систем внутреннего водоснабжения и канализации является важным фактором комфортности местопребывания людей, а в ряде случаев – и их безопасности (при совмещении с системой противопожарного водоснабжения). Оснащение системы инженерным оборудованием должно осуществляться с учетом имеющихся нормативных требований к обустройству жилых и общественных зданий. Отсутствие единых (общеустановленных) стандартов в данном направлении инженерного оснащения приводит к неопределенности требований технических заказчиков, отсутствию критериев должного уровня работы оборудования, ошибкам на различных этапах при подборе и его использовании в проекте. Последствиями существующего положения являются нарушения в вопросах безопасности и их функциональные недостатки, означающие необоснованное (неэффективное) расходование ресурсов и, следовательно, несоблюдение требований закона [1].
С учетом возросших требований к качеству жилья и уровня используемых водоразборных систем и оборудования в жилых и общественных зданиях необходимо определение уровня соответствующих эргономических параметров. Кроме основных параметров водопотребления (расход, напор и качество воды), также следует отметить необходимость однозначного определения вопросов обеспечения и контроля уровня звукового давления как в помещениях зоны размещения монтажа инженерного оборудования, так и в примыкающих к нему помещениях.
За последние годы произошли существенные изменения в подходе к подбору инженерного оборудования (в т.ч. в плане исключения избыточности параметров) и в техническом уровне доступности оборудования. Разработка оптимальных решений при разработке проектов строительства и реконструкции требует наличия методического и технического (диагностического) обеспечения.
Основные исходные требования, которые должны предъявляться к проектным решениям: энергоэффективность, актуальность (использование инновационной составляющей), должная степень автоматизации и автономности, надежность, обеспечение качественных услуг для потребителей, технико-экономическая обоснованность и целесообразность (с учетом полного цикла эксплуатации инженерных систем и всех сопутствующих затрат).
При разработке документации необходимо обеспечить общую структуру подачи информации: исходные данные (условия, при которых целесообразно применять решение); общее описание (пояснение выгоды применения решения); инструкция по проработке решения под конкретную задачу (основные характеристики оборудования, особенности подбора, оформление документации); варианты применения решения, включая основные схемы функционирования.
Разработка и внедрение в практику современных проектных решений – это реальный путь, обеспечивающий совмещение вопросов энергоэффективности и модульного построения инженерных систем в ходе проектирования и строительства.
Для реализации основных особенностей систем водоснабжения зданий повышенной комфортности c массовым пребыванием людей при разработке проектной документации, по сравнению с современной практикой проектирования систем, необходимо выполнять многовариантное проектирование, анализируя надежность, функциональность, ресурсосбережение на всех этапах проектирования.
На начальных стадиях проектирования необходимо обеспечить не только водный, но и водохозяйственный и энергетический баланс здания, которое по количеству и разнообразию потребителей сопоставимо с крупным микрорайоном обычной застройки. В балансе следует подробно рассмотреть потребности в воде с выделением питьевой, хозяйственной, технологической, противопожарной потребностей. Анализ нескольких вариантов балансов с использованием оборотных, последовательных схем водоснабжения, утилизации тепловых ресурсов, возобновляемых источников энергии позволит оптимизировать состав систем, нагрузки на них, снизить общее водо-, тепло-, электропотребление.
Для повышения надежности целесообразно разделять системы различного назначения, так как надежность специализированных систем обычно выше, чем универсальных [5].
Все насосные агрегаты и другое оборудование должны иметь системы автоматизации, диспетчеризации и управления с возможностью ручного и дистанционного управления. Желательно эти системы интегрировать в автоматизированную систему управления зданием.
Размеры помещения для размещения насосных агрегатов, трубопроводов, водопроводной арматуры, электрических щитов силового оборудования и автоматики необходимо определять в соответствии с нормативными документами, а также с учетом удобств эксплуатации инженерного оборудования, расположенного в помещении насосной станции.
Шум и вибрация в помещениях здания от насосных агрегатов (кроме пожарных) не должны превышать допустимых значений, установленных в санитарных нормах.
Для обеспечения бесперебойной подачи воды необходимого качества потребителям в течение длительной эксплуатации внутридомовых систем (более 50 лет) при изменяющихся параметрах внутренних и наружных водопроводных сетей необходимо повышать надежность систем по герметичности. В связи с большим количеством мест водоразбора на надежность системы по герметичности значительное влияние оказывает качество и долговечность уплотнительных элементов. На гидравлическую надежность системы водоснабжения большое влияние оказывают потери воды, которые перегружают водопроводные сети и сооружения, в результате чего часть высокорасположенных потребителей не получает воду. Борьба с потерями воды и рациональное ее использование повышают общую гидравлическую надежность системы [3].
Энергосбережение в водоснабжении и водоотведении должно строиться на основе следующих мероприятий: учет водоподачи, затрат на энергоснабжение и сокращение их потерь; сокращение количества непроизводительного ручного труда (сокращение численности обслуживающего персонала); повышение КПД технологического оборудования за счет энергосберегающих технологий; создание автоматизированных информационных систем сбора данных и управления инженерными сетями и объектами; оперативность и оптимальность управления технологическими объектами; информированость общественности о результатах реализации мероприятий по энерговодосбережению.