Вентиляция и кондиционирование типографий - УКЦ
Первый в истории кондиционер был собран в 1902 году американцем Уиллисом Карриером для бруклинской типографии. Предназначался он не для охлаждения, а для осушения воздуха. С тех пор прошло более ста лет, в течение которых менялась технология печати, совершенствовалось оборудование для кондиционирования и вентиляции. Сегодня проектирование климатических систем для типографий превратилось в нетривиальную задачу, некоторым аспектам решения которой посвящена эта статья.
Особенности и проблемы проектирования климатических систем типографийДля таких объектов, как типографии, характерно наличие большого количества бумаги и краски, печатных станков различных типов, сушильных и складских помещений, брошюровочных и переплетных цехов. В каждом помещении предъявляются свои требования к микроклимату и воздухообмену: в одном случае необходимо обеспечить длительное хранение бумаги без ее порчи, в другом — удаление из рабочей зоны вредных веществ, в третьем — просушку отпечатанных листов… При этом станки выделяют большое количество тепла, которое необходимо отводить.
Основная проблема при проектировании систем вентиляции и кондиционирования типографий — отсутствие специализированных нормативов. Как правило, ссылаются на следующие четыре документа:
- ОНТП 6–85 «Общесоюзные нормы технологического проектирования предприятий полиграфической промышленности. Производство офсетной печати».
- ВНТП-08–87 «Ведомственные нормы технологического проектирования предприятий полиграфической промышленности — складские и вспомогательные помещения».
- ВНТП 5–85 «Ведомственные нормы технологического проектирования предприятий полиграфической промышленности — брошюровочно-переплетное и отделочное производство».
- ПОТ РО 29–001–2002 «Правила по охране труда для полиграфических предприятий».
Однако первые три документа, выпущенные в 1985–1987 годах, во многом устарели. Кроме того, они предназначены для больших типографских фабрик, характерных для советского времени, а не для современных частных типографий. Сказывается и прогресс в области печатных станков: новое оборудование более компактно и производительно, а это повышает удельные выбросы вредных веществ.
Но перед тем как обсудить требования к системам вентиляции и кондиционирования типографий, посмотрим, чем грозит недостаток в их мощности или полное отсутствие.
Особенности помещений, в которых хранится бумагаПродукция, выпускаемая типографиями, довольно требовательна к микроклимату помещений, где она производится и брошюруется. Для бумаги очень важно соблюдение заданных показателей температуры и влажности.
Очевидно, что наиболее сложной проблемой является поддержание влажности, особенно в зимнее время. Нарушение влажностного режима приводит к плачевным результатам. Во-первых, бумага с только что нанесенной краской имеет повышенную влажность. В сухом помещении бумага уменьшается в размерах, что затрудняет процесс печати в несколько прогонов. Во-вторых, сухая бумага способна накапливать статическое электричество, что усложняет работу типографии. В-третьих, сухая бумага более ломка, она чаще рвется. Наконец, сухой воздух вызывает коробление бумаги при хранении в стопке, так как края бумаги сохнут быстрее середины листа. Аналогичное явление происходит и при большой разнице температур бумаги и воздуха в помещении.
Производители бумаги вправе указывать собственные требования к ее хранению. Обычно заявляется температура 17–19 °C и относительная влажность 30–50 %. При этом следует помнить, что бумага гигроскопична: она быстро впитывает и отдает накопленную влагу. Влажность ниже 30 % грозит разрушением бумаги, а выше 60 % — поражением грибком и микроорганизмами. Допустимое суточное колебание температуры — не более 3 °C, влажности — не более 5 %.
Примеси в воздухе также оказывают негативное действие на бумагу. Например, оксид серы, азота и озон впитываются бумагой и реагируют с влагой, образуя кислоты, разрушающие структуру бумаги. Запыленность, дым и грязь затемняют бумагу и стирают краску.
С точки зрения кондиционирования отметим, что если в помещение вносится свеженапечатанная продукция, то система охлаждения должна быть способной охладить ее. При этом в расчетах принимают теплоемкость бумаги, равной 1500 Дж/(кг•°C). Плотность бумаги варьируется в зависимости от качества и составляет от 650 до 950 кг/м³ (в среднем 800 кг/м³). Рекомендуемое время акклиматизации бумаги приведено в таблице 1.
В качестве примера рассчитаем, какую нагрузку на систему кондиционирования создают 400 кубометров бумаги в упаковках по 1 м 3 , если их нужно охладить с 55 до 20 °C.
Из таблицы 1 следует, что для разности температур 35 °C длительность акклиматизации упаковки 1 м 3 составляет t = 115 часов.
Таблица 1. Длительность акклиматизации бумаги (нагретой в результате печати), ч. (Источник – журнал “Курсив”, 2000 г) Объем бумаги, м 3 Разница температуры, С°C 5 7.5 10 15 20 25 30 35 0.2 4 7 9 15 21 28 41 62 0.4 7 12 17 26 36 41 44 92 0.6 9 15 20 31 42 55 76 106 1 12 18 23 33 46 63 84 115 2 13 19 24 35 49 66 90 123
Тепло, которое необходимо отвести:
Тепловая мощность: N = Q/t = 16,8 ГДж/115 ч ≈ 40,6 кВт.
Рис. 2
Итак, расчетный теплоприток составил 40,6 кВт.
Архитектура систем вентиляции и кондиционирования в помещениях, где хранится бумажная продукция, как правило, не отличается от аналогичных систем других объектов. При проектировании необходимо расположить приточные и вытяжные решетки, а также блоки кондиционеров так, чтобы потоки воздуха, особенно холодного, не были направлены на бумагу. Направление движения воздуха в помещении следует проектировать, исходя из размещения стеллажей с продукцией, чтобы воздух двигался поперек стеллажей, обеспечивая их равномерный продув. Таким образом, приточные и вытяжные воздуховоды будут чередоваться от прохода к проходу (см. рис. 1). При указанной схеме следует устанавливать воздухораспределительные устройства с направлением потока вертикально вниз (или с небольшим конусом), чтобы поток доставал до пола. При наличии окон желательно применять специальные пленки для защиты бумаги от попадания прямых солнечных лучей. Это позволит сохранить качество бумаги, а также снизит тепловую нагрузку на систему охлаждения.
Особенности технологических помещений ВентиляцияС точки зрения вентиляции основной проблемой помещений с печатными станками является удаление образующихся вредных веществ. Системы вентиляции здесь, как правило, самые мощные на объекте. Кратность воздухообмена там может быть более 10.
При этом каких-либо норм по воздухообмену в типографских цехах нет. Здесь следует ориентироваться только на технико-экологические характеристики используемого оборудования: тепловыделение и объемы выделения вредных веществ.
Среди вредных веществ наиболее часто встречаются озон, бутанол, толуол. Их предельно допустимые концентрации указаны в табл. 2.
Таблица 2. ПДК наиболее часто встречающихся в типографиях веществ Наименование вещества Формула Величина ПДК, мг/м 3 Класс опасности Бутанол C4H10O 30/10 3 Калий бромид BrK 3 3 Натрия гидрооксид NaOH 0.5 2 Натрия сульфид Na2S 0.2 2 Озон O3 0.1 1 Тетрахлорэтилен C2Cl4 30/10 3 Толуол C6H5-CH3 50 Углерод оксид CO 20 Уксусная кислота CH3COOH 5 * В числителе указана максимальная разовая ПДК, в знаменателе – среднесменная ПДК. Если указано одно значение, то нормами установлена только максимальная разовая ПДК
С точки зрения организации воздухообмена данные помещения достаточно специфичны, поэтому предложить какие-либо стандартные схемы не представляется возможным. Здесь часто применяются местные отсосы, встроенные непосредственно в типографское оборудование. При наличии рабочих мест, в процессе работы которых выделяются вредные вещества, например на участках промывки и травления, следует использовать вытяжные зонты.
В частности, большое распространение получили зонты серии 4.904–37 «Местные отсосы при ручной электросварке» (рис. 2). Они устанавливаются над рабочим столом, а всасывающая поверхность находится под углом так, чтобы не мешать работе и в то же время обеспечивать равномерный воздушный поток в горизонтальной плоскости непосредственно над столом. В таблице 3 приводятся данные по расчету типоразмера зонта в зависимости от требуемой производительности.
Таблица 3. Данные для расчета вытяжных зонтов по серии 4.904-37 Тип зонта Диаметр подводящего воздуховода Ширина зонта L(мм) Живое сечение зонта FЖ.С.(М 2 ) Масса (кг) Расход воздуха при V=4м/с 1.П6 200 600 0.086 24.2 1240 1.П7,5 315 750 0.11 30.0 1580 1.П9 315 900 0.13 33.9 1870
Кроме того, помещения, где производится печать, часто имеют повышенную взрыво и пожароопасность. С точки зрения вентиляции это означает, что нужна изоляция воздуховодов, установка клапанов и проведение других противопожарных мероприятий.
Подача большого количества воздуха на малых площадях также является непростой задачей. Во избежание негативного влияния на процессы печати расчетная скорость воздуха не должна превышать 0,5 м/с. Кроме того, скорость воздуха также является одним из критериев для создания оптимального микроклимата для постоянных рабочих мест. Рекомендуемая подвижность составляет 0,2 м/с.
Низкая скорость при высоком его расходе достигается использованием специальных воздухораспределителей, выдающих не прямую дальнобойную струю, а турбулизированный поток. Это позволяет подавать большие объемы воздуха на минимальном расстоянии от рабочей зоны. Приведем два варианта реализации такого решения.
Во-первых, это использование устройств типа 1 ВПТ/1 ВПТР (см. рис. 3). Форма ячеек и их взаимное расположение позволяют создавать закрученную струю воздуха различных типов благодаря возможности индивидуального поворота каждой ячейки. При этом получаются конические, 1-, 2-, 3-, 4 сторонние веерные, настилающиеся и закрученные струи воздуха.
Во-вторых, с поставленной задачей хорошо справляются воздухораспределители в виде перфорированных воздуховодов диаметром от 200 до 500 мм.
Вариант этого решения — применение текстильных воздуховодов, изготовленных не из оцинкованной стали, а из ткани — проницаемой или непроницаемой. В первом случае воздух выходит равномерно по всей поверхности воздуховода, во втором — через ряд специально проделанных отверстий. Рекомендуемая скорость на входе в проницаемый текстильный воздуховод составляет 5–7 м/с, в непроницаемый — 7–12 м/с, скорость выходящего воздуха равна соответственно 0,02–0,5 и 4–10 м/с.
Кондиционирование Рис. 3. Турбулизирующие воздухораспределители 1 ВПТ, 1 ВПТР компании “Арктос”Говоря о кондиционировании, еще раз отметим высокое тепловыделение от агрегатов, что предполагает достаточно мощную систему охлаждения.
Большое значение имеет и точность поддержания температуры. Так, печать при растущей температуре, например с 19 °C утром до 23 °C днем, нанесет гораздо более существенный вред, чем работа при постоянной, пусть и более высокой температуре. При изменении температуры меняются вязкость краски, характеристики ее взаимодействия с бумагой, показатели растискивания. Изменяется и размер бумаги, и состав увлажняющего раствора, что станет очевидным после печати второго слоя.
Более того, новое термальное оборудование CtP (Comuter-to-Plate) требует заведомо более точного поддержания температуры, для чего следует применять прецизионные кондиционеры.
При проектировании системы кондиционирования следует иметь в виду, что для непосредственного охлаждения в некоторых станках предусмотрены присоединительные отверстия для подводки ответных трубопроводов с теплоносителем. И еще — учитывая высокую кратность воздухообмена, имеет смысл встраивать модули охлаждения непосредственно в воздуховод. Во-первых, в технологические помещения не рекомендуется подавать теплый воздух с улицы, так как это ведет к понижению точности поддержания температуры. Во-вторых, за счет 10 кратного воздухообмена, например, в помещении площадью 200 м 2 (объем 800 м 3 , расход 8000 м 3 /ч) можно дополнительно отвести до 15 кВт тепла. Необходимая мощность охладителей при этом составит около 26 кВт.
Требования к микроклимату в помещениях типографииВ целом требования к микроклимату помещений типографии можно сформулировать следующим образом: там, где производятся изготовление и подготовка форм, температура должна быть в пределах 18–22 °C, относительная влажность — 50–60 %; на участках фальцовки, обрезки, склейки — 18–22 °C, 60–70 %; в цехах пробной печати — 20–22 °C, 70–80 %; офсетной печати: 20–24 °C, 50–60 %.