Распространенной ошибкой проектировщиков является также использование в полах на технических этажах зданий в качестве упругого основания (виброизолирующего слоя) утеплителей из экструдированного полистирола. Результат этого - негативные последствия, возникающие при введении в эксплуатацию оборудования и сдаче объекта. Выясняется, что вибрационные колебания перекрытий при использовании этих материалов в виброзащитных полах могут не только снижаться, но и усиливаться, таким образом, вибрационные характеристики исключают их применение для виброизоляции оборудования.

Приведем пример ошибочного решения проектировщиков на одном крупном элитном объекте и последствий этого решения. Речь идет об установке многочисленного оборудования хладоцентра на 10-м техническом этаже площадью более 200 м2. На полу - упругий слой из экструдированного полистирола толщиной 125 мм. Обратите внимание на данные, приведенные на рис.3 и 4.

Рисунок 3. Уровни вибрации в офисе при работе холодильной машины:

1 - на колонне; 2 - на тумбочке; 3 - на столе; 4 - на полу

Рисунок 4. Уровни вибрации холодильной машины:

1 - на корпусе; 2 - на раме; 3 - на полу

На рис.3 представлены октавные уровни вибрации (виброускорения) и корректированные уровни (КУ), измеренные в офисе на 9-м этаже: на колонне, столе, полу и тумбочке.

Источником повышенной вибрации на рабочем месте в офисе является холодильная машина массой 13 т, установленная в хладоцентре над офисом. Как видно на рис.3 и 4, характер вибрации пола у источника и на рабочем месте совпадает, а ее уровни у машины несколько ниже.

Как и следовало ожидать, акустические условия в офисе не соответствуют нормативным требованиям, поэтому ошибку необходимо устранять. Нетрудно представить масштаб работ, связанных с заменой одного материала на другой по всей площади пола хладоцентра на этом действующем объекте, и, соответственно, объем дополнительных средств.

Оптимальные материалы

Оптимальные с точки зрения обеспечения необходимой или требуемой виброизоляции параметры и свойства при использовании в полах на упругом основании имеют волокнистые и эластомерные материалы. Ниже представлены некоторые из таких материалов и их основные характеристики, учитываемые при оценке эффективности виброизоляции оборудования ИС.

Плотность используемых волокнистых материалов, изготавливаемых на основе стекловолокна и базальтовых пород, может быть 90-150 кг/м3. Основная вибрационная характеристика этих материалов - динамический модуль упругости (Ед) - по данным института при нагрузке 2 КПа находится в пределах от 0,27 до 0,5 МПа, а при нагрузке 5 КПа Ед = 0,3-0,65 МПа. Они характеризуются высокой относительной деформацией или сжатием (е), зависящим от плотности материала и от нагрузки на него. При первой указанной выше нагрузке е = 0,4-0,5, а при второй е = 0,47-0,7. Необходимая (требуемая) толщина виброизолирующего слоя из этих материалов может достигать 150-200 мм (в необжатом состоянии), что может служить некоторым ограничением при их применении.

Эластомерные материалы - это материалы на основе пенополиэтилена, пенополипропилена, полиуретана. К первым двум относятся, например, хорошо известные отечественные материалы этафом, изолон, вилатерм, термофлекс и некоторые другие, а к третьим импортный эластомер типа Silomer. Динамические модули упругости отечественных эластомеров находятся в пределах от 0,2 до 0,66 МПа при нагрузке 2 КПа и 0,34-0,85 МПа, когда нагрузка составляет 5 КПа. Относительное сжатие этих материалов существенно ниже, чем у волокнистых, и при указанных нагрузках е= 0,05-0,15 и е = 0,1-0,2 соответственно.

К недостаткам отечественных эластомеров можно отнести, пожалуй, высокую остаточную деформацию (после снятия нагрузки) и отсутствие данных по долговечности (сохранению динамических характеристик с течением времени).

В отличие от названных пенополиэтиленовых и пенополипропиленовых материалов, полиуретановый эластомер типа Silomer - это группа из девяти эластомеров с разными цветами и динамическими модулями упругости, которые находятся в пределах от 0,15 до 10,8 МПа. Каждый из них сопровождается полным набором вибрационных характеристик. Кроме упомянутых в него входят твердость, рабочий диапазон нагрузок, предельная статическая нагрузка, коэффициент трения при контакте со сталью и бетоном и др. Общий недостаток этих материалов по сравнению с аналогичными по акустическим свойствам отечественными материалами - высокая стоимость.

Ожидаемый эффект от осуществления пола на упругом основании ("плавающего пола") достигается только при условии выполнения следующих рекомендаций. Плита пола (5), указанная на рис.2, должна быть тщательно изолирована от стен, несущей плиты перекрытия (пола подвала) и других конструкций здания, а также от различных коробов, включая короба для электропроводки. Образование даже небольших жестких мостиков между плитой и строительными конструкциями может существенно ухудшить виброизолирующие качества. Уплотнитель (7) может быть изготовлен как из волокнистого, так и из эластомерного (эластичного) материала. Разделительный шов перед укладкой уплотнителя тщательно зачищается. Поверхность стяжки на перекрытии (2) должна быть ровной и гладкой. Гидроизоляция (4) над виброизолирующим материалом (3) предназначена для исключения образования жестких мостиков между ним и плитой пола (5) - армированной стяжкой (при ее изготовлении).

В зданиях с жесткими акустическими требованиями (в жилых, офисных с апартаментами, а также в учебных и лечебных зданиях) устройство полов на упругом основании во всех технических помещениях - обязательная мера. Без нее практически невозможно добиться требуемого снижения структурного шума.

Следующий шаг - это установка всего имеющегося (проектируемого) в техническом помещении вентиляционного оборудования, включая соединительные трубы, воздуховоды, шумоглушители, на подготовленный виброизолирующий пол.

Виброизолирующие подвесы

Подвешивать оборудование к потолку в таких зданиях допустимо только в крайних случаях и при условии использования специальных заводских виброизолирующих подвесов с известными акустическими характеристиками или изготовленного специалистами-монтажниками оборудования на основе надежных инструктивных данных.

Эффективность этих средств снижения передачи вибрации на перекрытия зависит не только от ее частоты и физико-механических свойств используемых виброизолирующих материалов, но и от нагрузки на них. Иллюстрацией тому могут служить результаты наших лабораторных испытаний виброподвесов типа виброфлекс 1/30 А на базе эластомера Silomer L и прокладок из пенофола (рис.5 и 6).

Рисунок 5. Эффективность виброизоляторов при разной нагрузке:

1 - 7,5 кг; 2 - 15 кг; 3 - 20 кг; 4 - 30 кг

Рисунок 6. Эффект установки прокладок из пенофола при нагрузке 500 кг/м2. Толщина: 1 - 10 мм; 2 - 20 мм

Как видно на рис.5, эффективность подвесов существенно изменяется с частотой. В звуковом диапазоне при нагрузке 20 кг ее минимальные значения меняются в пределах от 7 до 10 дБ, а максимальные от 15 до 20 дБ. При нагрузке 30 кг наблюдается снижение пределов. Тенденция к их снижению сохраняется при нагрузках 7 и 15 кг.

Виброизоляция прокладок в диапазоне низких частот (до 250 Гц) практически отрицательная (рис.6), затем, с ростом частоты, она плавно возрастает (без минимумов и максимумов) и достигает 9-12 дБ на частоте 4 000, что значительно ниже, чем у подвесов.

Полученные данные свидетельствуют о необходимости проведения испытаний прежде, чем рекомендовать тот или иной материал для виброизоляции.

Оптимизация затрат

Оптимальные затраты, направленные на устранение негативного воздействия оборудования ИС (вибрации и сопровождающего ее структурного шума), и ожидаемый результат на любом по назначению объекте достигаются при условии:

если меры разрабатываются на стадии проектирования объекта (на действующем объекте затраты на их выполнение увеличиваются во много раз);

если применяется комплексный (системный) подход, обеспечивающий устранение всех путей передачи вибрации на строительные конструкции.

В самом деле, устранение повышенной вибрации и структурного шума на действующем объекте связано с трудностями разного характера (с контрольными вскрытиями, выявлением причин и путей передачи вибрации на строительные конструкции, со строительными работами по переделке технических решений и др.). Понятно, что преодоление этих трудностей неизбежно и связано со значительными материальными затратами. Они не требуются, когда на стадии проектирования объекта акустическая ситуация получила правильную оценку специалиста, позволяющую определить необходимый и достаточный набор мероприятий. Если хотя бы один агрегат, соединительная труба, воздуховод и т.п. остается не виброизолированным, осуществление других защитных мер не приведет к ожидаемому эффекту, а связанные с ними затраты окажутся по сути напрасными.

Существуют и противоположные факты, когда проектировщикам, имеющим некоторые знания и определенный опыт проектирования вибро-, шумозащиты, удается решить проблемы негативного воздействия ИС. Их секрет прост: чтобы избежать ошибки, они закладывают в проект весь известный из литературы набор средств по виброизоляции и снижению структурного шума, разумеется, без учета характеристик источников вибрации и ситуационных данных. Движение по такому пути стало возможным, вероятно, из-за отсутствия контроля со стороны инвесторов затрат на проекты или, наоборот, при наличии у них полного доверия к проектировщикам. В противном случае, они пользовались бы услугами специалистов-акустиков, принимающих решения на основе достоверных знаний и расчетов, задача которых не только прогнозирование, оценка акустической ситуации на объекте, получение исходных данных, но и определение оптимальных с точки зрения акустики и экономики систем (комплексов) защитных мер. Кстати, на решение всех перечисленных задач направлены квалифицированные акустические расчеты, предусмотренные уже упомянутым нормативным документом [1]. К сожалению, в последнее время для выполнения расчетов используются различные программы, не обеспечивающие достоверные результаты. Они могут быть лицензированы, но кем? - организациями и специалистами, деятельность которых никогда не была связана ни с акустикой, ни с защитой от шума.

В многолетней практической работе лаборатории для виброизоляции машин и оборудования ИС на многочисленных, разных по назначению и значимости объектах мегаполиса использовались и используются для внедрения разнообразные средства, в том числе:

амортизаторы пружинные, рабочий элемент которых - одна или несколько (в одной сборке) стальных винтовых пружин, цилиндрических или конических, параллельно с которыми иногда устанавливаются демпферы вязкого трения;

амортизаторы резиновые и резинометаллические, рабочий элемент которых - резиновое тело;

прокладки из резины, резиновые коврики, амортизаторы в виде профилированного слоя упругого материала;

гибкие вставки, патрубки, рукава на трубах и воздуховодах;

гибкие (демпферные) участки на кабелях электропитания;

локальные фундаменты под агрегаты в технических подпольях (в подземной части зданий), отделенные от конструкций зданий;

полы на упругом основании ("плавающие полы"), с упругим слоем из волокнистых и эластомерных материалов.

Набор и количество средств определяется прогнозируемой или реальной ситуацией. При решении акустических задач на наиболее важных объектах вибрационные характеристики защитных средств, элементов и материалов, рекомендуемых для виброизоляции оборудования ИС, при необходимости предварительно проверяются на испытательных стендах института. Динамические модули упругости, эффективности виброизоляции определяются по инициативе заводов - изготовителей материалов и конструкций. К сожалению, результаты испытаний не всегда правильно интерпретируются заказчиками, а иногда корректируются или искажаются в рекламных целях.

Список литературы