А что будет, если действительно потеплеет? Сильно потеплеет? И что, если потом сразу похолодает? Значительно похолодает? При строительстве своего дома нужно быть готовым к любому ходу событий. Тем более, что такая возможность есть - инженеры и производители строительных материалов испытывают свои решения в экстремальных условиях, например в рамках важного российского проекта – реконструкции антарктической станции «Восток».
Она была построена в 1957 году и за прошедшее время пережила две реконструкции, три консервации, а к настоящему времени изношена на 90% и занесена снегом. В 2019 году на заседании Попечительского совета Русского географического общества был представлен проект создания нового зимовочного комплекса. Его инфраструктура рассчитана на экстремальные условия эксплуатации и обеспечивает полную безопасность полярников.
Станция «Восток» (на верхней фото) и проект нового зимовочного комплекса (на нижней иллюстрации)
История одного проекта
Новый комплекс предполагается расположить на снежной поверхности ледяного плато Центральной Антарктиды в 1410 км от станции Мирный и в 1260 км от ближайшего морского побережья. Толщина ледяного покрова здесь – 3700 м. Зимой температура опускается до -89 °С, летом поднимается до -36 °С, а среднегодовое давление воздуха – 468 мм рт. ст (при норме 760 мм рт. ст).
Изначальный проект станции, предложенный немецкой компанией Ramboll, пришлось переработать. При пересмотре документации выяснилось, что архитектурно-планировочное решение противоречит нормам РФ и не устраивает людей, которые будут жить и эксплуатировать станцию.
«В частности, в иностранном проекте были применены горючие материалы для отделки стен и потолков, не учтено огромное выделение статического электричества, что влечет за собой выход из строя всей электронной техники. В связи с этим, конструкции стен, полов и потолков были полностью переделаны. Организованы выходы на кровлю для обслуживания оборудования, а также предусмотрены механизмы для подъема грузов на станцию», – уточняет Елена Фокина, главный архитектор проекта станции «Восток».
Новый проект разработал авторский коллектив компании «Запсибгазпром». В результате от первоначальной идеи осталась только модульная система из пяти блоков.
«Модульность конструкции обусловлена необходимостью автономной работы каждого из блоков в случае непредвиденной ситуации. Для этих же целей было разнесено расположение резервных дизель-генераторов для обеспечения жизнедеятельности. Был учтен печальный опыт, связанный с заносом уже существующей станции. Новый зимовочный комплекс “Восток” представляет собой цепочку мобильных блоков на гидравлических опорах, которые дают возможность поднимать и опускать модули в зависимости от количества выпавшего снега. По аналогичной схеме, например, выполнена станция Halley VI», – говорит Елена Фокина.
В модулях станции расположены лаборатории с новейшим научно-исследовательским оборудованием, медблок с возможностью проведения полостных операций, общественные помещения, включающие в себя бильярдную, тренажерный зал, сауну, курительную комнату и др., технологические помещения кухни и технические помещения. Также в отдельных модулях располагаются основной и резервный энергоблоки – настоящее «сердце» станции, дающее жизнь всем окружающим системам.
Модули зимовочного комплекса станции «Восток», вид сверху
Подробнее о модулях новой станции «Восток»
Главное здание представляет собой прямоугольный в плане объем. Общий размер здания 13,49 х 139,89 м. Максимальная высота блоков А и D – 14,05 м, блоков В и С – 17,47 м. За отметку +0.000 принята отметка низа металлического контейнера.
Блок А: законсервированный блок с температурным режимом -40 °С. Включает в себя шесть резервуаров хранения дизельного топлива, аварийный генератор и насосную станцию.
Блок В: жилые, медицинские, общественные и административные помещения на отметках 0.000 и +3.400, технические помещения на отметках -2.720 и +6.480
Блок С: жилые и общественные помещения на отметках 0.000 и +3.400, технические помещения на отметках -2.720 и +6.480
Блок D: технические помещения. Блок-модуль состоит из шести резервуаров для хранения дизельного топлива, помещения аварийного генератора, насосной станции, а также трех холодных и двух теплоизолированных складов.
Блок Е: технические помещения и гараж.
Помимо основного здания, в непосредственной близости находятся два блок-модуля, соединенных трубопроводами с основным зданием для питания генераторов на станции.
Энергетический центр станции «Восток»
В главном энергоцентре зимовочного комплекса антарктической станции «Восток» установлены четыре дизель-генераторных установки (ДГУ) мощностью 200 кВт каждый. Предусмотрено еще два резервных дизель-генератора аналогичной мощности. Все оборудование выпущено российской компанией КамАЗ и Баранчинским заводом. Предполагаемая расчетная станции составит 146 кВт. Эту мощность способна обеспечить одна машина при 75%-ой загрузке. Энергоцентр рассчитан на 25-30 лет безаварийной работы, но тем не менее, на станции сделали резервный, полностью идентичный основному, комплекс оборудования. Если что-то пойдет не по плану, полярники точно будут снабжены электроэнергией и теплом в течение всей зимовки.
Также на новой станции предполагается использование солнечных батарей для дополнительного получения энергии.
«Все инженерное оснащение станции организовано таким образом, чтобы потребности в энергоресурсах при эксплуатации были минимальны. В инженерных системах особое место занимают решения по утилизации тепла. При проектировании был выполнен расчет годового потребления топлива, учитывающий абсолютно всех потребителей энергии на станции», – дополняет Маргарита Выборнова, руководитель группы ОВ и ВК проектного подразделения ЗАО «Запсибгазпром».
Тепло и безопасность на новой станции
Несмотря на экстремальные климатические условия, в которых предстоит работать зимовочному комплексу, внутри станции поддерживается комфортная для проживающих температура – в помещениях можно ходить в футболках. Все инженерные системы станции автономны и компьютеризированы.
«Отопление и теплоснабжение станции осуществляется за счет котлов на дизельном топливе и энергии, вырабатываемой дизель-генераторами, с применением специализированного комплекса утилизации тепла от дымовых газов и корпуса ДГУ и использованием полученного тепла в системе теплоснабжения», – рассказывает Маргарита Выборнова. Дополнительно предусмотрена электрическая система отопления – теплые полы и конвекторы.
Чтобы работа систем отопления и теплоснабжения была максимально эффективной, и комфортная атмосфера поддерживалась в помещениях длительное время, стены каждого узла превратили в эффективные многослойные системы утепления. Для этого модули по периметру изнутри изолировали несколькими слоями каменной ваты
ROCKWOOL, которая заполнила все пустоты в конструкции. Также выполнено наружное утепление каменной ватой. Для стен и потолков выбраны материалы ВЕНТИ БАТТС, для полов – плиты серии РУФ, в отдельных местах уложен утеплитель ЛАЙТ БАТТС.
«Благодаря теплотехническим характеристикам каменной ваты, такое решение обеспечивает максимальную эффективность – теплоизоляция превращает каждый отдельный модуль в своеобразный «термос», который хранит тепло даже в условиях Антарктиды. При этом натуральное происхождение и содержащийся в материалах воздух позволяют конструкциям «дышать» без образования разрушительного конденсата. Выбранный материал долговечен и надежен. Его срок службы превышает 50 лет, и в течение этого времени каменная вата сохраняет свою форму и исходные теплотехнические характеристики. Это чрезвычайно важно в условиях столь отдаленной эксплуатации станции – в случае проявления строительных дефектов, у компаний не будет возможности оперативно эвакуировать людей и пересмотреть принятые решения», – поясняет Андрей Петров, ведущий инженер компании ROCKWOOL.
Сборка модулей зимовочного комплекса станции «Восток»
Снаружи слои утеплителя защищены фасадными панелями, а изнутри – негорючими стекломагниевыми листами. Суммарная толщина наружных стен достигает 650 мм. Такое решение не просто помогает создать и поддержать комфортную для полярников температуру, но и обеспечивает их максимальную безопасность. К сожалению, ранее действовавшая станция «Восток» известна печальным событием – в апреле 1982 года из-за короткого замыкания случился пожар, унесший за собой жизнь одного из полярников. Строение станции – домик из деревянных щитов, обшитый снаружи алюминием, а изнутри пенопластом (для звукоизоляции) сгорел всего за 15 минут. Полностью вышли из строя основные и резервные дизель-генераторы, пропал свет, обесточились научные приборы, остыли батареи. Экспедицию спасли усилия геофизиков, которым удалось запустить найденный на свалке дизель-генератор. Зимовщики не просто выжили, но и продолжили свои эксперименты. Это уникальный случай, но повторение подобного недопустимо. Именно поэтому все системы на станции проверены по несколько десятков раз, а стены тепло- и звукоизолированы негорючим материалом, волокна которого выдерживают температуры свыше 1000 °С, в критической ситуации сдерживая распространение огня.
Контрольная сборка в г. Гатчина. Фасад нового зимовочного комплекса станции «Восток». Фотография © Ольга Стефанова
Вентиляция станции
С системами отопления неразрывно связаны системы приточно-вытяжной вентиляции. Они заслуживают отдельного внимания, ведь большинство существующих программ подбора оборудования просто не рассчитаны на крайне низкие температуры внешнего воздуха, а барометрическое давление в них задано постоянно равным 101,325 кПа. Для грамотных расчетов и подбора оборудования нужно было кропотливо учитывать каждый параметр, отличный от стандартного.
«Из особенностей для данных систем можно выделить использование в приточных установках калориферов преднагрева наружного воздуха до температуры -50 °С для недопущения замерзания теплообмеников пропиленгликоля, тэновый подогрев всех возможных клапанов и жалюзийных решеток, соприкасающихся с наружным воздухом», – говорит Маргарита Выборнова.
Первая ступень нагрева воздуха от наружной температуры до -50 °С электрическая, далее воздух греют до +20 °С пропиленгликолем. Автоматические системы климат-контроля позволяют затем нагреть поступающий воздух до +35 °С.
Для объекта было разработано специальное оборудование Aircut:
• Вентиляционные установки с системой утилизации тепла;
• Узлы регулирования для воздухонагревателей;
• Вентиляторы;
• Воздушно-тепловые завесы;
• Воздушные клапаны с тэновым подогревом и канальные элементы.
Важно, что установки сверхкомпактные и расположены в техническом модуле, то есть, строительство дополнительного узла не потребовалось. Кроме того, поставленное оборудование отличается высокой энергоэффективностью – общее годовое потребление тепловой и электрической энергии ниже, чем у типовых устройств на 37%.
«Все воздуховоды и трубопроводы дополнительно изолированы навивными цилиндрами из каменной ваты ROCKWOOL 100 и базальтовыми матами WIRED MAT 80, а для огнезащиты систем вентиляции смонтированы негорючие решения ALU1 WIRED MAT 105 с покрытием неармированной алюминиевой фольгой. Такой комплекс решений обеспечивает надежную защиту и изоляцию трубопроводов, существенно сокращая тепловые потери, а также сохраняет долговечность труб, препятствуя образованию на них конденсата», – комментирует Роман Бочков, менеджер по развитию направления «Техническая изоляция и огнезащита» компании ROCKWOOL.
Сопутствующие системы
Работу станции и комфорт пребывающих полярников обеспечивает множество других инженерных систем. Так, питьевую воду в Антарктике добывают изо льда, затем фильтруют и очищают.
«Согласно Мадридскому Протоколу по охране окружающей среды к Договору об Антарктиде сточную воду также необходимо очищать, чтобы она не загрязняла окружающую среду. На все эти мероприятия тратится большое количество энергии, поэтому экономия воды жизненно важна для станции. В зимний период предполагается расход всего 500 л в сутки на 15 человек. “Черные” канализационные стоки проходят очистку в системе очистки хозяйственно-фекальных стоков, откуда очищенная техническая вода поступает на доочистку станции “серых” стоков, или пускаются на технические нужды. Сухой остаток собирается в контейнеры для последующего вывоза с территории континента», – делится деталями Маргарита Выборнова.
Прочие твердые отходы также предполагается складировать и вывозить из Антарктиды.
Условия, в которых жили (на верхней фото) и будут жить (на нижней иллюстрации) российские полярники
Все конструкции нового зимовочного комплекса изготовил и собрал «Опытный завод строительных конструкций» в Гатчине. Комплекс разобрали на 133 блок-модуля, погрузили на атомный лихтеровоз «Севморпуть» и отправили на юный континент. Однако, в октябре 2020 года возникли сложности с транспортировкой модулей, поэтому доставку грузов перенесли на 2021 год. Предполагается, что после запуска нового комплекса в «зимний» период, то есть с февраля по октябрь, на станции будет проживать до 15 человек, а «летом», с ноября по январь – 35 человек. Благодаря принятым техническим и инженерным решениям, люди смогут находиться на станции десять месяцев в году без сообщения с внешним миром.
Текст: Ирина Побокина
Строительство и ремонт:
