Пирог - Теплоизоляция холодильников

ПРЕДИСЛОВИЕ

Рост холодильных емкостей в нашей стране осуществляется возрастающими темпами. В ближайшие годы будут введены в эксплуатацию новые холодильники. Для этого потребуется большое количество  теплоизоляционных материалов.

От качества изоляционных конструкций зависит срок  службы каждого холодильника, величина потерь при хранении. Если учесть, что затраты на изоляцию составляют около 25— 35% стоимости холодильника, то можно представить, какой  огромный объем капитальных вложений требуется при  выполнении теплоизоляционных работ.

Для осуществления такого объема работ должно быть  привлечено большое количество строительно-монтажных  организаций и специалистов.

Поэтому вопросы проектирования и создания изоляционных конструкций холодильников приобретают огромное значение. Многолетний опыт работы показывает, что даже опытные  строители не всегда знакомы с требованиями, которые  предъявляются в настоящее время к теплоизоляции холодильников. Новые конструктивные решения в связи с преимущественным применением сборности в строительстве, а также использование новых строительных и теплоизоляционных материалов, требуют от специалистов больших знаний в области теплоизоляционных конструкций.

В настоящей книге в отличие от предыдущего издания  отражены новые строительные нормы и правила, дополнен раздел «Специальные конструкции» новым видом, так называемой  динамической изоляцией, и уделено внимание холодильным  сооружениям в горных выработках. Обновлен весь материал книги в связи с изменением ГОСТов и возможностью применения  сборных теплоизоляционных конструкций наружных ограждений.

ГЛАВА I. ХАРАКТЕРИСТИКА ХОЛОДИЛЬНИКОВ

ТИПЫ ХОЛОДИЛЬНИКОВ

Холодильники — это сооружения, предназначенные для  охлаждения, замораживания и хранения скоропортящихся  продуктов.

По характеру конструктивных решений они относятся к  промышленным зданиям. Однако в отличие от обычных  промышленных сооружений в их. помещениях (камерах) поддерживаются постоянные низкие температуры в довольно широком диапазоне от -40 до +12° С при высокой влажности воздуха.

Требуется, чтобы температурно-влажностный режим в  камерах был постоянным, так как его нарушение приводит к  значительному повышению усушки и сверхнормативным потерям. Холодильники нормируются по отдельным строительным  правилам и нормам вследствие того, что к ним не применимы  общепринятые проектные решения, широко используемые при  разработке проектов других промышленных сооружений.

Так, при выборе конструктивных решений необходимо  стремиться к тому, чтобы ограждения имели малый коэффициент теплопроводности при невысокой их стоимости, а несущие  конструкции выдерживали большие нормативные полезные нагрузки.

Кроме того, конструкции должны быть устойчивыми к определенной температуре, влажности, способствовать правильному распределению воздуха и обеспечивать необходимые санитарные условия хранения продовольственных товаров.

В зависимости от выполняемых функций различают  несколько типов холодильников. Производственные холодильники. Они обычно строятся при предприятиях по производству и кратковременному хранению скоропортящихся продуктов и служат для первичной  термической обработки (охлаждения и замораживания) пищевых  продуктов.

Как правило, они являются частью предприятия:  мясокомбината, молочного комбината (завода), рыбоперерабатывающего завода и т. п.

Отличительная особенность этих холодильников — большие мощности по охлаждению и замораживанию и незначительные емкости для хранения продукции.

Заготовительные холодильники. Их сооружают в районах заготовок пищевых продуктов.

На них производится холодильная обработка, хранение и  подготовка к транспортированию продуктов. Распределительные холодильники. Такие холодильники  предназначены для равномерного обеспечения продуктами питания торговой сети и предприятий общественного питания в течение всего года. Их отличительная особенность — незначительные мощности по замораживанию продуктов и большие емкости для хранения.

Распределительные холодильники размещаются  непосредственно в населенных пунктах или вблизи них в виде отдельно стоящих самостоятельных зданий. В отдельных случаях им  придают производственные цехи по выработке мороженого, сухого или водного льда, переработке и заморозке плодов и ягод,  фасовке масла и др.

Помимо этих типов холодильников, существуют так  называемые базисные холодильники, которые  предназначаются для долгосрочного хранения продуктов, поступающих из производственных и заготовительных холодильников. Эти  холодильники обладают большой емкостью для хранения продуктов и незначительной для замораживания. Для них намного  повышаются требования по длительному поддержанию постоянного температурно-влажностного режима в охлаждаемых  помещениях.

Кроме указанных основных видов холодильников,  сооружаются холодильники в портах (портовые холодильники). Имеются также специальные холодильники для хранения  фруктов и винограда, а также охлаждения и  заморозки фруктов и овощей.

Холодильники малой емкости общего назначения. Это  холодильники, которые используются в торговой сети, промысловой кооперации, звероводческих совхозах и для других целей. По объемно-планировочным решениям холодильники  разделяют на одноэтажные и многоэтажные. В отдельных случаях, при благоприятных гидрогеологических условиях, строят  одноэтажные холодильники с подвалом.

Одноэтажные холодильники. Их проектируют в виде  параллелепипедов. Высота здания главного корпуса 4,8 м до низа балки покрытия; ширина принимается кратная 6 л« не менее 24м; длина — не менее 72 м. Сетка колонн рекомендуется 6 X 12 м.

Примером такого планировочного и объемного решения  одноэтажного холодильника может служить холодильник,  приведенный на рис. 1.

Конструкции холодильника должны подбираться из  каталожных унифицированных сборных железобетонных элементов. Из них комплектуются фундаменты, колонны, балки покрытия,  настил для покрытия холодильника и платформ. Стены самонесущие; они могут быть из кирпича с тепловой изоляцией из эффективных изоляционных материалов или из сборных  железобетонных изолированных панелей. Полы изолированные, с обогревом. Многоэтажные холодильники. Они проектируются  5—6-этажными без подвалов и с подвалами. В подвальном этаже  поддерживают температуру 0° С, чтобы избежать промерзания  грунтов под фундаментами и деформаций сооружения.

В многоэтажных зданиях высоту этажей железобетонного каркаса принимают 4,8 м и подвального этажа не ниже 3,6 м в зависимости от гидрогеологических условий. Пол первого  этажа поднимается на 1,35 м над уровнем головки рельса. В  многоэтажных холодильниках, кроме горизонтального перемещения грузов, применяют также вертикальное перемещение. В связи с этим при планировке таких холодильников предусмотрены лифты.

В плане холодильники имеют сетку колонн 6 X 6 м; полезная нагрузка на всех междуэтажных перекрытиях принята 2000 кг/м2.

Принципиальная планировочная схема многоэтажного холодильника представлена на рис. 2.

В настоящее время все многоэтажные холодильники строят по типовым проектам. Учитывая дальнейший рост индустриалилизации строительства, внедрение кооперирования  производственных предприятий, начиная с 1966 г. холодильники в основном будут строиться в комплексе с другими предприятиями. При этом будут применяться унифицированные типовые секции или габаритные схемы, утвержденные Госстроем СССР.

Выбор этажности холодильников зависит от его емкости и  решения всего строительного комплекса, в который включен  холодильник. Это может также зависеть от района застройки, в  котором будет размещено здание холодильника.

В холодильниках единовременно хранят от 12 до 16 тыс. т и по емкости их обычно подразделяют на мелкие до 250 т,  малые — 1 тыс. т, средние — 7 тыс. т, крупные — 16 тыс. т. В настоящее время крупные действующие холодильники  расширяют за счет пристройки к ним новых корпусов, в результате чего имеются холодильники, емкость которых возросла до 35 тыс. г единовременного хранения.

В зарубежной практике встречаются одноэтажные  холодильники специального назначения до 50 тыс. т и более. Целесообразность строительства холодильников такого типа должна строго обосновываться их технико-экономической  эффективностью.

Значительное влияние на технико-экономические показатели оказывает теплоизоляция, которая в общей стоимости  строительства холодильника составляет около 25—35%. Анализ затрат стоимости 1 т емкости для различных холодильников (рис. 3) показывает, что преимущества строительства очень  крупных холодильников, по капитальным затратам, незначительны. Больше того, если учесть увеличение радиуса доставки грузов и связанные с этим транспортные расходы, то преимущества будут еще меньше. Строительными нормами и правилами (СНиП II — П. 2—62 «Холодильники. Нормы проектирования») рекомендуется при. единовременном хранении до 10 тыс. т проектировать  одноэтажные холодильники, а 10 тыс. г и выше — многоэтажные. 

Многоэтажные холодильники могут проектироваться и для меньшей емкости при соответствующих технико-экономических  обоснованиях, при наличии специальных требований и условий, а также на участках застроенных или с резко выраженным рельефом.

Предпочтительное строительство одноэтажных холодильников- вызвано повышением эффективности механизации грузовых  операций по сравнению с многоэтажными и ускорением  строительства. Последнее обусловлено тем, что в одноэтажных  холодильниках вся нагрузка передается на грунт и поэтому достаточно- только одного железобетонного покрытия. В многоэтажных  холодильниках возрастает расход бетона на устройство  междуэтажных перекрытий под полезные нагрузки, принимаемые  обычно 2000—2500 кг/м2,и, следовательно, удлиняются сроки их строительства. Однако в настоящее время строить только  одноэтажные холодильники еще не удается, поэтому многоэтажные- холодильники пока широко применяются.

При выборе конструктивных решений и материалов для  холодильников большое влияние оказывает капитальность зданий. По капитальности, т. е. по совокупности степеней долговечности и огнестойкости несущих и ограждающих конструкций,  холодильники подразделяются на классы, приведенные в табл. 1.

При блокировании зданий холодильников с другими  производственными сооружениями капитальность их принимается по классам производственных сооружений.

ОСОБЕННОСТИ ОГРАЖДАЮЩИХ И НЕСУЩИХ КОНСТРУКЦИЙ ХОЛОДИЛЬНИКОВ

Низкие температуры и высокая влажность в камерах  оказывают большое влияние на ограждающие и несущие конструкции холодильников. Поэтому к их устройству и выбору строительных материалов для них предъявляется ряд требований. Стены  холодильников в отличие от стен обычных промышленных зданий выполняют слоеными. Наружный слой устраивают из кирпича толщиной 380 или 510 мм. На этот слой наносят теплоизоляцию, толщину которой определяют с расчетом на требуемое  сопротивление теплопередаче. Таким образом, кирпичный слой стены  является по существу несущим элементом стены холодильника и в то же время как бы ограждающим чехлом, который защищает более слабый теплоизоляционный слой от внешних повреждений.

При наличии в холодильниках стен из сборных  железобетонных панелей с теплоизоляцией роль самой железобетонной  панели в сопротивлении теплопередаче еще больше снижается. В этом случае она является только защитным слоем и служит для повышения стойкости теплоизоляции.

К ограждениям холодильников предъявляют такие требования: несгораемость, прочность, долговечность, капитальность(II и III классы в зависимости от емкости холодильника);  непрерывность теплоизоляции, достаточное сопротивление  теплопередаче и способность к защите от увлажнения; достаточная морозостойкость, биостойкость и стойкость против коррозии и повреждения грызунами; способность отражать солнечные лучи в целях снижения влияния инсоляции; возможность устройства из местных материалов и типовых унифицированных сборных элементов заводского изготовления; небольшие толщина и вес; невысокая стоимость.

Несущие конструкции холодильников в первую очередь  должны удовлетворять следующим требованиям: обеспечить  устройство гладких потолков которые позволяют создать  правильное распределение воздух в камерах, значительно лучшие  санитарные условия для хранения продуктов питания и качественное выполнение изоляционных конструкций. Кроме того, они  должны быть достаточно устойчивыми к высокой влажности и  низким температурам. Поэтому несущие конструкции зданий  холодильников при их капитальности по II и III классам выполняют из железобетонных элементов.

В многоэтажных зданиях нормативная полезная нагрузка на 1 м2 междуэтажного перекрытия достигает 2000—2500 кг/м2. Следовательно, исходя из этих условий конструкции  внутреннего каркаса холодильника должны еще обладать большой  несущей способностью при малой конструктивной высоте и высокими технико-экономическими показателями. Этим условиям  удовлетворяет пока единственная конструкция с безбалочными  перекрытиями. Она используется почти во всех многоэтажных  холодильниках. Междуэтажные перекрытия в холодильниках изолируются и должны иметь соответствующие коэффициенты теплопередачи в зависимости от температурных режимов смежных камер (по вертикали).

Перегородки, как и стеновые ограждения, выполняют также изолированными. К ним в основном предъявляют те же  требования, что и к наружным ограждениям. Устройство полов на грунтах зависит от гидрогеологических условий и степени пучинистости грунтов. Основное требование к ним — обеспечить защиту основания здания холодильника от промерзания и пучения (если здание сооружается на пучинистых грунтах).

Теплоизоляция полов не должна подвергаться гниению, ее необходимо защитить от увлажнения, а грунты основания  должны обогреваться для того, чтобы под подошвой фундаментов не могла возникнуть отрицательная температура.

Большое значение для ограждений, и в первую очередь для сохранности теплоизоляции, имеет правильное устройство пароизоляции и выбор высококачественных материалов для нее. Пароизоляция имеет решающее значение в защите теплоизоляции от увлажнения. По существу долговечность изоляционных  конструкций зависит от качества пароизоляции.

Большинство ограждающих конструкций, особенно наружные, подвергается в процессе эксплуатации местным  трудноустранимым перенапряжениям. К ним относятся периодические  изменения влажности материалов, вызывающие набухание и  высыхание, деформации от температуры и т. п. Эти явления приводят конструкции к ускоренному разрушению и сроки службы их  значительно меньше нормативных. Оценка качества и  долговечности ограждающих конструкций должна проводиться также по непроницаемости их для воздуха, влаги и агрессивных веществ.

Способность к непроницаемости утрачивается быстрее, чем  механические свойства конструкций. Так, очень быстро теряют  непроницаемость, разного рода тонкие пароизоляционные  покрытия типа пленок, окрасок при неглубокой пропитке и т. п.

Теряется непроницаемость при образовании мельчайших  трещин в поверхностных слоях, вызванных местными  перенапряжениями.

Может быть также несоответствие между капитальностью  несущих, ограждающих или других конструкций в одном и том же здании. Это имеет место в капитальных холодильниках, когда применяется теплоизоляция из материалов со сроком службы не более 25—30 лет.

В этих случаях при капитальных ремонтах зданий по мере потери физико-технических свойств такие конструктивные  элементы заменяются. Это может производиться несколько раз в течение срока службы основных несущих конструкций с более высоким классом капитальности.

Смена теплоизоляции частично или полностью требует  значительных затрат средств и вывода из строя предприятия на длительный срок. Поэтому более целесообразно при  строительстве здания строго продумывать конструктивные решения частей зданий и подбор материалов, исключающих разрыв в сроках службы между ограждениями и конструкциями (несущими и другими).

Изменения температуры и влажности внешней среды влияют на конструкции зданий и вызывают постепенное ослабление структуры материалов. Температурные напряжения и  деформации постепенно разрыхляют твердые хрупкие материалы.  Изменение влажностного состояния различных пористых,  теплоизоляционных и других материалов способствует еще более быстрой потере необходимых структурных качеств материала. Особенно быстро разрушаются материалы с открытыми порами. Изменения у гидрофобных материалов, применяемых в строительстве в виде листов, пленок, слоев, асфальтов, битумов,  рулонных материалов и других при малой толщине, носят несколько иной характер. Под воздействием внешней среды они с течением времени теряют свою эластичность, становятся хрупкими, происходит старение и постепенное разрушение конструктивных  элементов. Постепенное разрушение рулонных материалов, пропитанных битумом, связано с испарением летучих частей, а также с окислением и выделением свободного углерода. В результате этого образуются трещины и теряются гидропароизоляционные свойства рулонного ковра. По этой причине кровли из рулонных материалов при соответствующих климатических условиях  должны защищаться от солнечной радиации, температурных и других воздействий слоем гравия, втопленного в битум, или  специальными облицовочными плитками и другими средствами,  повышающими стойкость кровель из рулонных материалов.

Изменения прочности на разрыв рулонных кровельных  материалов с течением времени приведены на рис. 4. На рисунке показано, что стойкость рулонных кровельных материалов с  бумажной основой, пропитанной битумом, измеряется весьма  малым временем - около 8—15 лет.