Совершенствование технологии монтажа и повышение надежности систем вентиляции и кондиционирования с помощью применения индустриально выполненных изолированных воздуховодов прямоугольного сечения

ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ. СТРОИТЕЛЬСТВО

УДК 624.05/ 697.912/ 692.74

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИИ МОНТАЖА И ПОВЫШЕНИЕ НАДЕЖНОСТИ СИСТЕМ ВЕНТИЛЯЦИИ И КОНДИЦИОНИРОВАНИЯ С ПОМОЩЬЮ ПРИМЕНЕНИЯ ИНДУСТРИАЛЬНО ВЫПОЛНЕННЫХ

ИЗОЛИРОВАННЫХ ВОЗДУХОВОДОВ ПРЯМОУГОЛЬНОГО СЕЧЕНИЯ

© А.В. Выгонец

Рассмотрены особенности устройства и технология изготовления тепло-огне-шумоизоляции воздуховодов систем вентиляции и кондиционирования воздуха. Представлено описание проблем, возникающих при устройстве и эксплуатации тепло-огнезащищенных воздуховодов. Предложены способы оптимизации, совершенствования технологии монтажа, производства и повышения надежности систем вентиляции и кондиционирования с целью снижения трудовых, материальных и временных затрат на устройство изолированных воздуховодов. Рассмотрены варианты оптимальной конструкции изолированных воздуховодов полной заводской готовности.

Ключевые слова: технология монтажа воздуховодов; теплоизоляция воздуховодов; шумоизолированные воздуховоды; огнезащищенные воздуховоды; монтаж вентиляции.

INSTALLATION PROCEDURE DEVELOPMENT AND THE INCREASE OF RELIABILITY IN VENTILATION AND CONDITIONING SYSTEMS WITH THE USE OF INDUSTRIALLY PERFORMED ISOLATED AIR PIPES OF RECTANGULAR

SECTION

© A.V. Vygonets

We considered peculiarities of organization and production technology of heating, light and noise insulation of air pipes in the systems of air ventilation and conditioning. We presented the problems descriptions which appear during the organization and exploitation of heating and fire resistant air pipes. We offered the ways of optimization, development of installation procedure, production and increase in reliability of ventilation and conditioning systems to reduce labor, material and time expenses for the organization of isolated air pipes. We also considered the ways of optimal construction of isolated air pipes of the full factory readiness.

Key words: technology of air pipes installation; heat proof of air pipes; sound insulated air pipes; fire resistant air pipes; installation of ventilation.

Главной целью организации систем вентиляции и кондиционирования является создание максимально комфортного климатического режима в помещениях с минимальными энергетическими затратами. Частично решение этой проблемы обеспечивает качественная изоляция воздуховодов вентиляционных систем. Объемные детали различной геометрической формы-воздуховоды - соединяются в определенной последовательности между собой и образуют сети вентиляционных систем и систем кондиционирования. По своей стоимости воздуховоды могут составлять до 2/3 стоимости всей сети, не считая вентиляционного оборудования. Трудоемкость их монтажа достигает 60% общей трудоемкости устройства вентиляционной сети.

Системы вентиляции и кондиционирования, использующиеся в жилых, общественных, административных зданиях, зачастую имеют значительную протяженность воздуховодов. При этом прокладка воздуховодов как внутри, так и снаружи здания в соответствии с проектными решениями выполняется с использованием тепло-огнезащитной изоляции.

Несмотря на совершенствование технологии заводского изготовления комплектующих изделий воздуховодов, применения фланцев быстрого изготовления, установки и соединения, освоением и выпуском в больших количествах промышленностью новых и уже давно хорошо себя зарекомендовавших тепло-огнеизоляционных материалов, технология их нанесения на устройства осталась практически неизменной. Не изменилась и трудоемкость данного процесса: он является продолжительным и зачастую занимает больше времени, чем монтаж самих воздуховодов. Устройство изоляции, как правило, выполняется на установленных в проектное положение воздуховодах, что нередко вызывает наличие различных дефектов, таких как не изолированные участки, повреждение наружного защитного гидроизоляционного слоя и других.

Теплоизоляция воздуховодов актуальна для систем приточной и вытяжной вентиляции, а также систем центрального кондиционирования воздуха. Так как температура и влажность перемещаемого по воздуховодам воздуха отличается от температуры и влажности воздуха, находящегося снаружи воздуховода. Причем температура перемещаемого по воздуховодам воздуха может быть как больше, так и меньше температуры воздуха с наружи воздуховода, соответственно вызывая образование конденсата, как на наружной, так и на внутренней поверхности воздуховода. В зимнее время такая разница температур может достигать десятков градусов. Кроме образования конденсата на внутренней и наружной поверхности воздуховода возникают неизбежные потери тепла или холода от стенок воздуховода, приводящие к дополнительным энергетическим затратам на нагрев или охлаждение транспортируемого воздуха и дополнительным энергетическим затратам на обогрев помещений, через которые проходят воздуховоды.

Образование конденсата на внутренней поверхности не изолированного вертикального вытяжного воздуховода и его выходом конденсата наружу показано на рис. 1.

Рис. 1. Неизолированный участок вытяжного оцинкованного воздуховода, расположенный на наружной стене здания, и последствия его использования

Применяемая в настоящее время при устройстве систем вентиляции и кондиционирования воздуха тепло-огнезащитная изоляция не позволяет сократить трудоемкость выполняемых работ по ее устройству и обеспечить устройство качественного, надежного и долго служащего покрытия.

Не качественный монтаж тепловой изоляции приводит к возникновению различных дефектов, таких как:

- неравномерность нанесения изоляции, часто возникающей в местах соединения воздуховодовпри помощи реек и фланцев. При этом в местах, где изоляция отсутствует или ее толщина не соответствует требуемой, происходит образование мостиков холода. Температура поверхности воздуховода в этом случае может опуститься ниже или быть равной температуре точки росы, что приводит к снижению общего термического сопротивления конструкции, образованию поверхностей, на которых конденсируется влага;

- присутствие мест излишнего уплотнения тепловой изоляции, так же как и неравномерность нанесения, снижает термическое сопротивление изоляции, приводит к увеличению потерь тепла через стенки воздуховода;

- повреждение верхнего защитного слоя, препятствующего попаданию атмосферной влаги в поры тепловой изоляции, что приводит к увлажнению тепловой изоляции, увеличению коэффициента теплопроводности, повреждению ее структуры при замерзании воды;

- не качественная герметизация мест крепления приводит к увлажнению изоляции;

- локальное отслаивание тепловой изоляции от поверхности воздуховода.

Наглядным примером некачественно выполненной тепловой изоляции наружной

вытяжной вентиляционной шахты, идущей по наружной стене здания, являются рис. 2 и рис. 3.

Рис. 2

Рис. 3. Некачественно выполненный монтаж тепловой изоляции вытяжной шахты

на наружной стене здания

Применение тепловой изоляции для воздуховодов систем вентиляции и кондиционирования в настоящее время регламентируется требованиями норм [1, 2, 3, 4] и в соответствии с ними выполняется для следующих основных целей:

- в системах вентиляции и кондиционирования воздуха, расположенных в помещении, теплоизоляционные конструкции должны предотвращать конденсацию влаги из наружного воздуха на поверхности конструкции;

- для воздуховодов, прокладываемых на открытом воздухе, чтобы предотвращать конденсацию влаги на внутренних поверхностях воздуховодов.

Требования о предотвращении конденсации влаги из наружного воздуха на поверхности тепловой изоляции актуальны, если по воздуховодам систем вентиляции и кондиционирования планируется перемещать воздух с температурой ниже температуры воздуха внутри помещения. Для систем кондиционирования, это специальным образом подготовленный в центральном или местном кондиционере приточный воздух, перемещаемый по воздуховодам, после секции охладителя, как правило, круглый год. Относится это требование и к участку воздуховода, перемещающему воздух в холодный период года от заборного уличного устройства до секции нагрева приточной камеры. Для систем вентиляции, как правило, это только участок воздуховода от заборного устройства до калорифера. Причем если участок воздуховода в системах кондиционирования после калорифера имеет небольшой температурный перепад в приделах 8-12 0С и требует изоляцию небольшой толщины, то перепад температур на участках воздуховода, транспортирующих наружный воздух до калорифера, ограничивается только температурами наружного воздуха. Так при расчетной температуре наружного воздуха для города Иркутска в соответствии с [5] равной минус 36 0С, при прокладке участка воздуховода через помещения административного или общественного помещения с температурой в соответствии с [6] равной 18 0С, перепад температур в холодный период года будет равен 54 0С, что соответственно приводит к необходимости применения изоляции большей толщины и в некоторых

случаях ограничивает, либо усложняет (требует использования многослойной изоляции) применение тепловой изоляции из вспененного полиэтилена и каучука.

Для воздуховодов, прокладываемых снаружи здания, требования к тепловой изоляции по предотвращению конденсации влаги на внутренних поверхностях воздуховода вызваны необходимостью защиты воздуховода, стыков соединения воздуховода, внутренней отделки помещения и материала самой изоляции от влаги. Актуальность данного типа изоляции выражена в холодный период года, когда перепад температур такой же, как и в случае с участком воздуховода, транспортирующим воздух с наружи здания до калорифера, а в некоторых случаях, при наличие теплоизбытков в помещении, может быть еще больший. При этом, кроме большого перепада температур, транспортируемый по воздуховодам воздух иметь относительную влажность, достигающую 60 %, а для воздуховодов, транспортирующих воздух, удаляемый из помещений душевых, ванных комнат, моечных и воздуховодов, транспортирующих воздух от местных вытяжных устройств (местных вытяжек): кухонь, моек и т. д. может быть даже выше 65 %. К тому же прокладка теплоизолированных воздуховодов снаружи здания вызывает действие на изоляцию неблагоприятных внешних факторов, таких как атмосферные осадки, низкие температуры, ультрафиолетовое излучение, ветер и воздействие животных. Ввиду вышесказанного данное требование по предотвращению конденсации на внутренней поверхности воздуховода является решающим и требует тщательной проработки при выборе типа, конструкции и толщины тепловой изоляции.

На рис. 4. показаны зависимости изменения требуемой толщины тепловой изоляции от относительной влажности, транспортируемого по воздуховодам воздуха, для предотвращения конденсации влаги на внутренних поверхностях воздуховода. На примере тепловой изоляции ENERGOFLEX BlackStar DUCT, устанавливаемой на воздуховоде сечением 150х150 и 800х800 мм и скорости во внутреннем сечении воздуховода 1,5, 4, 6, 8, 12 м/с для климатических условий г. Иркутска. Для наглядности приняты наиболее распространенные периметры и скорости движения воздуха для жилых, общественных, административных и производственных помещений, рекомендованная скорость движения воздуха в воздуховодах с естественным побуждением - 1,5 м/с; для систем вентиляции с механическим побуждением: 4, 6, 8 м/с - для жилых и административных; 12м/с - для производственных помещений. Область графика находящаяся правее линии, проведенной через значение относительной влажности, равной 60 %, показывает рабочую область принимаемых для расчетов требуемых значений толщин изоляции.

График наглядно показывает сильную зависимость значений толщин изоляции от скоростей движения воздуха по воздуховодам и поперечного сечения прямоугольного воздуховода, точнее, его ёэкв - эквивалентного диаметра. Причем требуемая толщина тепловой изоляции растет с уменьшением скорости движения воздуха, и, в некоторых случаях, может находиться в пределах 50 до 80 мм. Применение для прокладки снаружи здания шахт естественной вентиляции требует, кроме увеличенных площадей живого сечения воздуховода, и, следовательно, его металлоемкости, а также применения изоляций больших толщин, что сильно ограничивает их применяемый вид. Изменение толщины тепловой изоляции от сечения воздуховода выражается в увеличении требуемых ее значений с ростом эквивалентного диаметра.

Толщина огнезащитной изоляции зависит от требуемого предела огнестойкости, времени, в течение которого обработанный изоляцией участок воздуховода гарантированно выдержит воздействию огня и не допустит его разрушения. Толщину и тип изоляции для огнезащиты принимают по рекомендациям самих производителей изоляции с учетом требований [7].

Рис. 4. График зависимостей изменения требуемой толщины тепловой изоляции от относительной влажности, транспортируемого по воздуховодам воздуха для предотвращения конденсации влаги на внутренних поверхностях воздуховода. На примере тепловой изоляции ENERGOFLEX BlackStar DUCT, устанавливаемой на воздуховоде сечением 150 х 150 и 800 х 800 мм, и скорости во внутреннем сечении воздуховода 1,5, 4, 6, 8, 12 м/с для климатических условий г. Иркутска

К монтажу допускается только огнезащитная изоляция, которая имеет действующий пожарный сертификат, а сам процесс ее устройства ведется в строгом соответствии с рекомендациями производителя. Наиболее пригодным для использования в качестве огнезащитной изоляции являются минераловатные плиты и маты из базальтовых пород (базальтового супертонкого штапельного волокна без связующего). Такая изоляция способна выдерживать большие, по сравнению с другими типами изоляций, температуры, дости-

гающие до 900 0С. Сами маты могут кашироваться алюминиевой фольгой или другим видом покрывного материала (металлическая сетка, стеклянные, базальтовые или кремнеземные ткани и пр.), для улучшения внешнего вида и защиты от разрушения и намокания. Пределы огнестойкости огнезащитной изоляции варьируются в диапазоне от 15 минут до 2,5-3 часов (от Е1 15 до Е1 180).

Таким образом, можно определить необходимую, требуемую толщину и тип тепловой и огнезащитной изоляции, входящей в состав изолированного индустриального воздуховода. Выбор оптимального типа тепло-огнеизоляционного материала, применимого для индустриального изготовления воздуховодов, позволит сократить трудозатраты и продолжительность работ, выполняемых непосредственно на месте монтажа, зачастую в стесненных, неблагоприятных условиях производства и при негативном влиянии окружающей среды. Процесс совершенствования технологии устройства изолированных воздуховодов, кроме того, позволит повысить качество выполняемых работ при устройстве систем вентиляции и кондиционирования, уменьшить уровень отрицательного воздействия производственных процессов на окружающую среду и здоровье персонала.

Организация изготовления специальных изолированных воздуховодов с использованием различных заполнителей в качестве изоляционного слоя позволит удовлетворить сразу ряду требований по тепло-, огне-, шумоизоляции, а также герметичности.

Применение огне-теплоизолированных воздуховодов индустриального изготовления с герметичной защитной наружной оболочкой, позволит:

- предотвратить образование различных дефектов монтажа;

- снизить затраты, вызванные энергетическими потерями;

- предотвратить образование конденсата на внутренней поверхности воздуховода;

- предотвратить образование конденсата на наружной поверхности изоляции;

- улучшить герметизацию воздуховода;

- увеличить шумоизоляцию;

- снизить уровень шума в воздуховоде (шумоглушение).

Причем с большинством этих проблем можно будет одновременно бороться, по сути, используя воздуховод одного и того же типа с одним и тем же видом изоляции, что унифицирует его производство и облегчит заготовительные работы, упростит выпуск изолированных фасонных частей, облегчит и сократит сроки выполнения монтажных работ.

Применение таких воздуховодов, позволяет решить проблемы по прокладке вытяжных вентиляционных шахт по наружным стенам здания. При этом предлагаемый теп-ло-шумоизолированный воздуховод имеет защиту от внешней атмосферы, защиту тепловой изоляции от ультрафиолета, от атмосферных осадков (оцинкованная сталь надежно защитит изоляцию от атмосферной воды, не давая ей намокать и тем самым увеличить теплопроводность), механическую защиту тепловой изоляции от слёживания, смятия, повреждения животными, падающими сосульками, снегом.

На рис. 5 показана предлагаемая конструкция тепло- огне- шумоизоляционного воздуховода заводского изготовления. Конструкция является универсальной и требует только незначительных изменений в зависимости оттого, для каких конкретно задач будет использоваться.

Использование заводским способом выполненного изолированного воздуховода позволит перенести ряд самых трудоемких операций по изоляции воздуховодов из построечных в заводские (полигонные) условия, что обеспечит снижение общих трудозатрат, обеспечит повышение производительности труда в заготовительном производстве, позволит снизить стоимость монтажа, улучшит качество выполняемых изоляционных работ, позволит выполнить качественную шумоизоляцию, а также необходимую герметичность воздуховодов.

Рис. 5. Предлагаемая конструкция тепло- огне- шумоизоляционного воздуховода заводского изготовления: 1- внутренний воздуховод (*перфорированный при использовании в качестве шумоглушащего); 2- наружная защитная оболочка;

3 - изоляционный материал; 4 - внутреннее соединение; 5 - внешнее соединение;

6 -защитная прокладка (обработка) торца изоляции

Организация устройства изоляции на воздуховодах в заводских или цеховых условиях сократит трудозатраты по ее устройству, позволит сократить ее стоимость, улучшит качество выполняемых изоляционных работ.

Статья поступила 10.08.2015 г.

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1. СП 61.13330.2012.Тепловая изоляция оборудования и трубопроводов. Актуализированная редакция СНиП 41-03-2003. М., 2012..

2. СП 41-103-2000. Проектирование тепловой изоляции оборудования и трубопроводов. М., 2001.

3. СП 41-103-2000. Проектирование тепловой изоляции оборудования и трубопроводов. М., 2001.

4. СП 60.13330.2012. Отопление, вентиляция и кондиционирование. Актуализированная редакция СНиП 41-01-2003.

5. СНиП 23-01-99* Строительная климатология.

6. ГОСТ 30494-2011. Здания жилые и общественные. Параметры микроклимата в помещениях.

7. СП 7.13130.2013. Отопление, вентиляция и кондиционирование. Требования пожарной безопасности.

8. Звукоизоляция и звукопоглощение : учеб. пособие для студентов вузов / Л.Г. Осипова, В.Н. Бобылев, Л.А. Борисов и др.; под ред. Г.Л. Осипова, В.Н. Бобылева. М.: АСТ: Астрель, 2004. 450 с. 14 с.

9. АВОК № 8 2005. Теплоизоляция воздуховодов.

10. Баймачев Е.Э. Определение минимальных затрат эксергии на отопление и естественную вентиляцию жилых зданий //Известия высших учебных заведений. Строительство. 2014. № 7 (667).

Информация об авторе

Выгонец Алексей Викторович, магистрант, тел.: (3952) 625-074, е-mail: hvac.irk@mail.ru, Иркутский национальный исследовательский технический университет, 664074, Россия, г. Иркутск, ул. Лермонтова, 83.

Information about the author

Vygonets A.V., candidate for a master's degree, tel.: (3952) 625-074, е-mail: hvac.irk@mail.ru, Irkutsk National Research Technical University, 83 Lermontov St., Irkutsk, 664074, Russia.

УДК 628.35.001.24

ДОСТОВЕРНОСТЬ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ДАННЫХ ПРИ ОПРЕДЕЛЕНИИ ЭФФЕКТИВНОСТИ ВОДО-ВОЗДУШНОЙ РЕГЕНЕРАЦИИ ИММОБИЛИЗОВАННОГО ИЛА В БИОРЕАКТОРЕ

© В.Н. Кульков, Е.Ю. Солопанов, А.М. Зеленин

Проведена оценка достоверности экспериментальных данных, полученных для определения эффективности водо-воздушной регенерации иммобилизованного ила на ершовой загрузке с использованием физической модели аэротенка-биореактора. Показано хорошее согласие данных эксперимента по измерению интенсивности освещенности водно-иловой жидкости и концентрации свободно плавающего ила, полученной с помощью калибровочного графика с нормальным распределением. Полученные результаты проведенного регрессионного анализа свидетельствует о том, что данные проведенных экспериментов хорошо согласуются с представлением их в виде кусочно-линейной и квадратичной регрессионных моделей.

Ключевые слова: аэротенк-биореактор; статистика; нормальное распределение; водо-воздушнаярегенерация; синтетическая ершовая загрузка; иммобилизованный ил.

CONSISTENCY OF EXPERIMENTAL DATA AT THE EFFICIENCY DEFINING OF WATER-AND-AIR REGENERATION OF IMMOBILIZED SILT IN BIOREACTOR

© V.N. Kulkov, E.Iu. Solopanov, A.M. Zelenin

We have assessed the consistency of experimental data given to define the efficiency of water-and-air regeneration of immobilized silt at the brush loading using physical model of aero-