ОСОБЕННОСТИ ОБЕСПЕЧЕНИЯ НОРМИРУЕМЫХ ПАРАМЕТРОВ МИКРОКЛИМАТА В ЗРИТЕЛЬНЫХ ЗАЛАХ НЕСТАНДАРТНОЙ ОБЪЕМНО-ПЛАНИРОВОЧНОЙ СТРУКТУРЫ

В статье рассматриваются актуальные проблемы обеспечения нормируемых параметров микроклимата в зрительных залах, имеющих нестандартную объемно-планировочную структуру, на примере цилиндрической формы.

Современная архитектура общественных зданий все чаще использует сложные геометрические формы, включая криволинейные и цилиндрические объемы, для создания выразительных пространств. Эти решения, обладая высокой эстетической ценностью, формируют серьезные инженерные вызовы, особенно для систем, ответственных за микроклимат. Наиболее критично это для помещений с плотным и постоянным пребыванием людей, таких как зрительный зал, где параметры воздуха строго регламентированы. Нормативные документы — СП 60.13330.2020, СП 118.13330.2022 и СанПиН 1.2.3685-21 — устанавливают жесткие требования к температуре (около +20 °C в холодный период), скорости воздуха (не более 0,15–0,2 м/с) и качеству воздухообмена (не менее 20 м³/ч на человека) в подобных помещениях. Однако действующие методики расчета теплопотерь, инфильтрации и воздухораспределения, закрепленные в нормативах, были разработаны для помещений с плоскостными ограждениями. Их прямое применение к объектам нестандартной геометрии, например, к цилиндрическому зрительному залу, может привести к существенным ошибкам, что в результате выливается в нарушение санитарных норм, дискомфорт для зрителей и перерасход энергоресурсов.

Ключевая проблема заключается в принципиальном отличии физики процессов на криволинейных поверхностях. Если для прямоугольного здания распределение ветрового давления носит ярко выраженный зональный характер (четкое разделение на наветренные и подветренные фасады), то для цилиндрического объема картина иная. Его обтекание характеризуется плавным, непрерывным изменением давления по периметру: от максимума в точке прямого воздействия ветра до значительного разрежения в боковых секциях и сложного турбулентного следа с подветренной стороны. Это приводит к крайне неравномерной инфильтрации наружного воздуха. Стандартная методика, основанная на усреднении, в таком случае не отражает реальности: фактические теплопотери через разные участки одной и той же криволинейной стены будут радикально отличаться.

Следствием является и изменение характера внутреннего теплообмена. Неравномерное охлаждение внешней стены приводит к тому, что температура ее внутренней поверхности будет разной в различных точках периметра. У наиболее охлажденных участков возникают интенсивные нисходящие конвективные потоки, которые, взаимодействуя с общей циркуляцией воздуха в зале, создают предпосылки для формирования локальных дискомфортных зон — «карманов» с повышенной скоростью воздуха и пониженной температурой, даже при формально соблюденных средних параметрах в объеме помещения.

Таким образом, традиционный проектный алгоритм, основанный на нормативных расчетах, для зданий нестандартной формы становится некорректным. Понятия «ориентация по сторонам света» или «усредненный коэффициент» теряют физический смысл применительно к криволинейному ограждению. Проектирование, опирающееся только на эти методы, несет в себе высокий риск ошибки, которая компенсируется либо избыточной мощностью систем (ведущей к перерасходу энергии), либо, что хуже, хроническим дискомфортом пользователей.

Один из эффективных способов получения прогнозов о микроклимате в помещениях с такими условиями является применение методов численного моделирования и анализа поведения жидкости и газов (CFD-моделирования). Примерами таких программами являются: «ANSYS Fluent», «Ansys CFX», «Логос», «SolidWorks Flow Simulation», «Comsol Multiphysics» и другие. Данные инструменты позволяют в виртуальной среде учесть всю пространственную сложность задачи: реальную трехмерную геометрию, специфику ветрового обтекания, теплофизику ограждений и работу инженерных систем. В результате расчета формируются детальные поля скоростей, температур и давлений, которые дают проектировщику качественно новую информацию. С ее помощью можно количественно оценить реальное распределение инфильтрации, спрогнозировать зоны возможного дискомфорта, оптимизировать расположение воздухораспределителей и принять инженерные решения по усилению теплозащиты в наиболее уязвимых местах фасада.

Следовательно, обеспечение нормируемых параметров в уникальных архитектурных объемах требует смены парадигмы проектирования. Интеграция CFD-анализа из разряда специальных исследований должна перейти в категорию необходимых стандартных процедур на ранних стадиях разработки проекта. Это позволит перейти от усредненных, часто ошибочных оценок к точному, научно обоснованному прогнозу, гарантирующему одновременное достижение целей энергоэффективности и безусловного теплового комфорта в общественных пространствах современной архитектуры.

В прямоугольном зале воздухораспределители, отопительные приборы могут быть равномерно распределены вдоль плоских стен или интегрированы в подшивной потолок. В цилиндрическом пространстве классическая линейная разводка воздуховодов или ряд радиаторов становятся архитектурно и технически нецелесообразными. Это требует разработки нестандартных решений: например, организации подачи воздуха через перфорированные кольцевые фальшпанели в нижней или верхней части зала, использования напольных конвекторов скрытого монтажа по периметру или применения систем лучевого отопления с центрально расположенными панелями. Каждое из этих решений, в свою очередь, по-разному взаимодействует с аэродинамикой помещения и конвективными потоками от стен, что также невозможно корректно оценить без пространственного моделирования.

Следовательно, проектирование для нестандартной формы — это всегда задача синтеза, где инженерное решение должно быть не просто рассчитано, а гармонично вписано в архитектурную концепцию, что еще раз подчеркивает необходимость современных инструментов анализа на самых ранних этапах диалога архитектора и инженера.