Чтобы всё сделать правильно, инженеру нужно решить пять главных проблем, которые отличают кондитерскую фабрику от любого другого завода:

1. Климат как ингредиент. Для каждого продукта нужен свой идеальный воздух. Например, для застывания шоколада или сушки пастилы температура и влажность так же важны, как сахар или какао. Малейшая ошибка — и вся партия испорчена.
2. Стерильная чистота. Воздух в цехах должен быть идеально чистым, чтобы в продукцию не попали микробы. Также важно, чтобы пыль с мукой из одного цеха не долетела до другого, где упаковывают готовые изделия. Гигиена здесь — закон.
3. Борьба с жарой и паром. Печи, варочные котлы и мойки создают в цехах настоящую баню. Вентиляция должна быть очень мощной, чтобы постоянно убирать это огромное количество тепла и влаги.
4. Риск взрыва. Мучная и сахарная пыль, висящая в воздухе, может взорваться от малейшей искры. Поэтому всё вентиляционное оборудование должно быть специальным — взрывобезопасным.
5. Экономия энергии. Такие мощные климатические системы «едят» очень много электричества. Важно спроектировать их умными и энергоэффективными, чтобы счета за энергию не разорили фабрику.

В этой статье мы по шагам разберем, как инженеры решают все эти задачи, опираясь на правила и реальный опыт.

Раздел 1. С чего начать: план, правила и зоны

Прежде чем проектировать вентиляцию, инженеру нужно сделать три важные вещи: получить точный план от технологов, изучить все правила и разделить фабрику на зоны по чистоте.

1.1. Главный документ — задание от технологов (ТЗ)

Представьте, что вы строите дом. Вы не начнете без чертежа архитектора. Здесь то же самое. Техническое задание (ТЗ) — это главный чертеж от технологов, которые знают всё о производстве конфет. Без него начинать работу нельзя.

В этом документе должны быть ответы на главные вопросы:

Что и где? Список всех помещений и что в каждом из них делают.

Где «горячо»? План расстановки всех печей, котлов и машин с указанием, сколько тепла, пара и пыли они выделяют.

Когда работают? График работы оборудования и людей.

Какой климат нужен? Самое важное: какая точная температура и влажность нужны в каждом цехе. Например, в зоне, где шоколад покрывают глазурью, не должно быть сквозняков.

Насколько чисто? Требования по чистоте для каждого помещения

1.2. Анализ нормативно-технической документации.

• ВНТП 21-92 «Нормы технологического проектирования предприятий кондитерской промышленности»: Является основным отраслевым документом для определения технологических параметров микроклимата. Именно в нем содержатся требования к температуре и влажности для конкретных процессов: подготовки сырья, производства полуфабрикатов, формования, охлаждения и упаковки различных видов изделий.
• СП 2.3.4.3258-15 «Санитарно-эпидемиологические требования…»: Ключевой документ, регламентирующий санитарно-гигиенические аспекты. Он устанавливает требования к организации воздушных потоков (предотвращение перетоков из «грязных» зон в «чистые»), необходимости очистки воздуха, материалам воздуховодов и их отделке для обеспечения возможности мойки и дезинфекции.
• СП 60.13330.2020 «Отопление, вентиляция и кондиционирование воздуха»: Фундаментальный стандарт, определяющий общие правила расчета и проектирования систем ОВиК, требования к оборудованию, энергоэффективности и безопасности.
• ГОСТ 12.1.005-88 «ССБТ. Общие санитарно-гигиенические требования к воздуху рабочей зоны»: Устанавливает предельно допустимые концентрации (ПДК) вредных веществ и оптимальные/допустимые параметры микроклимата для обеспечения безопасных условий труда персонала. Его требования должны быть обеспечены наряду с технологическими.
• СП 56.13330 «Производственные здания»: Содержит требования к зданиям в целом, включая категорирование помещений по взрывопожарной и пожарной опасности, что напрямую влияет на выбор исполнения вентиляционного оборудования (например, взрывозащищенного для складов муки).

1.3. Принцип функционального зонирования.

Перед началом расчетов необходимо разделить все помещения фабрики на функциональные зоны, исходя из их назначения и класса чистоты. Это позволяет выстроить правильную логику воздушных потоков.

• «Грязная» зона: Склады сырья в мешках, зоны распаковки, мойки оборотной тары.
• «Производственная» зона: Горячие цеха (печные, варочные), участки с пылевыделением (просеивание муки, дробление сахара).
• «Чистая» технологическая зона: Здесь происходят деликатные процессы — готовят крем, покрывают конфеты глазурью, охлаждают изделия.
• «Особо чистая» зона: Помещения финишной упаковки готовой продукции, контактирующей с воздушной средой.
• Вспомогательные зоны: Административно-бытовые помещения, лаборатории, венткамеры, электрощитовые.

Зонирование является основой для последующего расчета воздушных балансов и создания каскадов давления.

Раздел 2. Методология расчетов.

2.1. Определение расчетных параметров воздушной среды.

На основе анализа ТЗ и нормативных документов составляется сводная таблица расчетных параметров для каждого помещения. В случае расхождения требований приоритет устанавливается в следующем порядке:

1. Технология (ВНТП 21-92): Качество продукта — главнее всего. Если для рецепта нужна температура +18°C, значит, будет +18°C.
2. Гигиена (СП 2.3.4.3258-15): Требования гигиены должны соблюдаться неукоснительно.
3. Условия труда (ГОСТ 12.1.005-88): Если технологические параметры выходят за рамки допустимых для человека, предусматриваются локальные решения (воздушное душирование, средства индивидуальной защиты).

2.2. Расчет тепловых нагрузок и влагопоступлений.

Производится детальный расчет всех тепло- и влагопоступлений. Особое внимание уделяется скрытой теплоте (влаговыделениям) от варочных котлов с открытой поверхностью, моечных машин, пара и самого продукта (например, при выпечке). Недооценка влагопоступлений является распространенной ошибкой, ведущей к неспособности системы поддерживать заданную влажность.

2.3. Расчет требуемых воздухообменов.

Расход приточного и вытяжного воздуха для каждого помещения определяется на основании нескольких расчетов:

• По ассимиляции тепло- и влагоизбытков: Расчет необходимого количества воздуха для поглощения избыточной явной и скрытой теплоты.
• По разбавлению вредностей до ПДК: Расчет для участков с выделением пыли, аэрозолей или газов.
• По нормативным кратностям: Если они заданы в СП 2.3.4.3258-15 или ВНТП 21-92.

После трёх расчётов мы получаем три разные цифры. Для проекта всегда берём самую большую из них, чтобы система точно справилась с самой сложной задачей.

2.3.1. Практический пример расчета воздухообмена (варочный цех)

Рассмотрим условный пример для варочного цеха, чтобы продемонстрировать методику выбора итогового воздухообмена.

Исходные данные:

Помещение: Варочный цех размерами 15 х 10 м, высота 4,5 м. Объем (V) = 675 м³.

Параметры в помещении (требуемые): t_вн = +25°C; φ_вн = 60%. Из I-d диаграммы, влагосодержание d_вн = 12,0 г/кг.

Параметры приточного воздуха (после обработки в кондиционере): t_пр = +16°C. Влагосодержание d_пр = 10,2 г/кг (соответствует φ ≈ 90% при данной температуре).

Теплоизбытки (явная теплота): Q_изб = 32 000 Вт (от варочных котлов, персонала, освещения).

Влагоизбытки (скрытая теплота): W_изб = 15 кг/ч = 15 000 г/ч (от открытых поверхностей кипения).

Нормативная кратность: Согласно отраслевым рекомендациям, для подобных цехов принимаем нормативную кратность n = 10 1/ч.

Шаг 1. Расчет воздухообмена по ассимиляции явной теплоты (L_q)

Используем формулу: L = Q_изб / (ρ * c * (t_вн - t_пр))

Где ρ — плотность воздуха (~1,2 кг/м³), c — теплоемкость воздуха (~1,005 кДж/кг·°C).

Для удобства инженерных расчетов часто используется упрощенная формула:

L [м³/ч] = Q_изб [Вт] / (0,334 * (t_вн - t_пр))

L_q = 32 000 / (0,334 * (25 - 16)) = 32 000 / (0,334 * 9) ≈ 10 645 м³/ч

Шаг 2. Расчет воздухообмена по ассимиляции влагоизбытков (L_w)

Используем формулу: L = W_изб / (ρ * (d_вн - d_пр))

Где W_изб в [г/ч], ρ в [кг/м³], d в [г/кг].

L_w = 15 000 / (1,2 * (12,0 - 10,2)) = 15 000 / (1,2 * 1,8) = 15 000 / 2,16 ≈ 6 945 м³/ч

Примечание: Этот расчет наглядно показывает, почему для влажных помещений необходима подача не просто охлажденного, а осушенного воздуха. Если бы мы подавали наружный летний воздух без осушения (например, с влагосодержанием 12 г/кг), разница (d_вн - d_пр) была бы равна нулю, и ассимиляция влаги была бы невозможна.

Шаг 3. Расчет воздухообмена по нормативной кратности (L_n)

Используем формулу: L = V * n

L_n = 675 * 10 = 6 750 м³/ч

Шаг 4. Выбор итогового значения

Сравниваем полученные результаты:

L по теплу (L_q) = 10 645 м³/ч

L по влаге (L_w) = 6 945 м³/ч

L по кратности (L_n) = 6 750 м³/ч

Вывод: В соответствии с методикой, для дальнейшего проектирования принимается максимальное из полученных значений. В данном случае определяющим фактором являются избытки явной теплоты.

Принимаемый к расчету расход воздуха: L = 10 645 м³/ч.

Этот пример показывает, что для каждого конкретного помещения необходимо выполнять все три расчета, так как в зависимости от технологического процесса определяющим фактором может стать как тепло, так и влага или нормативные требования.

2.4. Расчет и организация воздушного баланса.

Ключевой принцип для пищевых производств – организация каскадного перетока воздуха, при котором воздушные массы движутся из зон с более высоким классом чистоты в зоны с более низким, исключая обратное движение загрязнителей.

Это достигается путем создания разности давлений за счет дисбаланса притока и вытяжки:

• Избыточное давление (положительный дисбаланс): Создается в «особо чистых» зонах (упаковка, +10…+15 Па) и «чистых» (коридоры, +5 Па).
• Равенство (баланс): В нейтральных производственных помещениях (0 Па).
• Разрежение (отрицательный дисбаланс): В «грязных» и горячих зонах с обильными выделениями (мойки, варочные, санузлы, -5…-10 Па).

Раздел 3. Проектные решения для основных производственных зон.

3.1. Горячие цеха (варочные, пекарные).

Решение: Максимальная локализация выделений. Применяются локализующие вытяжные системы (зонты над котлами, укрытия печей) для удаления тепла и пара непосредственно от источника. Общеобменная вентиляция рассчитывается на ассимиляцию остаточных теплоизбытков. Для персонала организуется воздушное душирование охлажденным воздухом на постоянных рабочих местах.

3.2. Участки с выделением пыли (склады и подготовка сыпучего сырья).

Решение: Проектирование систем аспирации с отсосами от узлов пересыпки, просеивателей, дробилок. Вентиляционное оборудование, воздуховоды и фильтры на данных участках должны быть в взрывозащищенном исполнении в соответствии с категорией помещения по СП 56.13330.

3.3. Зоны, требующие осушения и охлаждения (шоколадное производство, глазировка).

Решение: Применение центральных кондиционеров с секциями охлаждения и глубокого осушения (например, на базе фреоновых или гликолевых воздухоохладителей). Распределение воздуха организуется через низкоскоростные воздухораспределители (например, перфорированные или тканевые) для обеспечения равномерного поля температур без создания сквозняков, способных повредить продукт.

3.4. Помещения упаковки готовой продукции.

Решение: Подача приточного воздуха, прошедшего многоступенчатую фильтрацию, включая фильтры тонкой очистки (F9) и, при необходимости, HEPA-фильтры (H11-H14). Обеспечение стабильного избыточного давления. Воздуховоды и воздухораспределители в этих зонах выполняются из материалов, легко поддающихся очистке и дезинфекции (нержавеющая сталь).

Раздел 4. Подбор оборудования и компонентов систем.

4.1. Вентиляционные установки и центральные кондиционеры.

Для пищевых производств стандартным решением является применение оборудования в гигиеническом исполнении. Это подразумевает:

1. Идеально гладкие внутри: чтобы грязи и микробам негде было спрятаться.
2. Без щелей и углов: все углы скруглены, чтобы их было легко мыть.
3. Сделаны из прочных материалов, которые не боятся химии для мойки и дезинфекции.
4. Легко разбираются, чтобы можно было почистить каждый уголок.

4.2. Системы фильтрации воздуха.

Применяется многоступенчатая схема очистки:

1-я ступень: Фильтры грубой очистки (G4) на заборе наружного воздуха.

2-я ступень: Фильтры тонкой очистки (F7-F9) в составе приточной установки.

3-я ступень (при необходимости): HEPA-фильтры (H11-H14) устанавливаются непосредственно перед подачей воздуха в «особо чистые» зоны.

4.3. Воздуховоды и воздухораспределительные устройства.

Материал воздуховодов выбирается в зависимости от среды: оцинкованная сталь для общих и сухих зон; нержавеющая сталь (AISI 304, 316) для влажных, агрессивных и «чистых» зон. Конструкция должна обеспечивать герметичность и гладкость внутренней поверхности.

4.4. Технологии энергосбережения.

В соответствии с СП 60.13330.2020, применение энергосберегающих решений является обязательным. Наиболее эффективны:

• Системы утилизации тепла: Пластинчатые, роторные или гликолевые рекуператоры для утилизации тепла (и холода) вытяжного воздуха.
• VAV-системы (Variable Air Volume): Системы с переменным расходом воздуха, регулирующие воздухообмен в зависимости от реальной нагрузки в помещении.
• Частотно-регулируемые приводы (ЧРП): Установка на двигатели вентиляторов и насосов для гибкого регулирования производительности и значительной экономии электроэнергии.

4.5. Системы автоматизации и диспетчеризации.

Современная система ОВиК немыслима без комплексной автоматизации:

• Точное поддержание заданных параметров температуры и влажности.

• Динамическое управление воздушными клапанами для поддержания каскада давлений.

• Работу систем по расписанию в соответствии с технологическими циклами.

• Контроль состояния фильтров, аварийную сигнализацию и мониторинг энергопотребления.

Заключение. Ключевые факторы успешного проекта.

Чтобы создать идеальную систему вентиляции для кондитерской фабрики, нужно помнить три простые вещи:

1. Интеграция с технологией: Рассмотрение системы вентиляции не как отдельной инженерной сети, а как части единого производственного механизма.
2. Приоритет гигиены: Реализация проектных решений, гарантирующих чистоту воздушной среды и предотвращающих риски контаминации продукции.
3. Энергетическая эффективность: Выбор решений, направленных на снижение эксплуатационных затрат на протяжении всего жизненного цикла объекта.

И самое главное: проект получится успешным только тогда, когда инженер-проектировщик, технологи фабрики и сам заказчик работают как одна слаженная команда на всех этапах.