Материал: Система отопления для цеха обработки древесины

6. Определение количества вредностей поступающих в   помещение для трёх периодов года

Теплопоступления от людей

Теплопоступления от людей зависят от выделяемой людьми энергии при работе и температуры окружающего воздуха в помещении.

Теплопоступления от людей, Вт:

,                         (6.1)

где n - количество людей;

q_я - тепловыделения одним взрослым человеком (мужчиной) Вт, принимается в зависимости от температуры внутреннего воздуха и категории работ [3,табл.2.3];

k_л=1-для мужчин, k_л=0,85-для женщин, k_л=0,75-для детей.

Расчет теплопоступлений от людей приведен в таблице 6.1

Таблица 6.1 Расчет теплопоступлений от людей

Теплопоступления от искусственного освещения

Тепловыделения от источников искусственного освещения, если пренебречь частью энергии, нагревающей конструкции и уходящей через них, Вт:

,                           (6.2)

где Nосв. - суммарная мощность источников освещения, Вт.

Тепловыделения от источников искусственного освещения, если суммарная мощность источников освещения известна, Вт:

,                      (6.3)

где Е - нормируемая освещенность помещения, лк [3,табл.2.5];

qосв - удельные тепловыделения от ламп, Вт/(м² лк) [3,табл.2.6], для люминесцентных ламп расположенных в помещениях h>4м, и площадью >200м² - q_осв=0,87Вт/(м²лк);

F - площадь пола помещения, м²;

ηосв - доля теплоты, поступающей в помещение. В данном случае, ηосв=1, так как лампы установлены на некотором расстоянии от потолка..

В теплый период продолжительность светового дня больше, чем в холодный или переходный, поэтому будем считать, что в этот период теплопоступления от освещения нет. Расчет тепловыделений от искусственного освещения приведен в табл. 3.1.2

Таблица 6.2 Расчет тепловыделений от искусственного освещения

Теплопоступления через заполнение световых проемов

Теплопоступления через заполнение световых проемов складываются из теплопоступлений за счет солнечной радиации и за счет теплопередачи, Вт:

,                  (6.4)

Теплопоступления за счет солнечной радиации для вертикального заполнения световых проемов, Вт:

,                           (6.5)

где  F|| - площадь световых проемов, м², F||=7,68 м²;

q_║р - теплопоступления за счет солнечной радиации через 1 м² вертикального заполнения световых проемов, Вт/м²

,                   (6.6)

где  и  - количество теплоты прямой и рассеянной солнечной радиации, Вт/м², поступающей в помещение в расчетный час через одинарное вертикальное остекление световых проемов, принимаются в зависимости от географической широты и ориентации световых проемов по табл. 2.7 [3] (за расчетный принимается час, для которого значения  и  являются максимальными). Город находится на 54⁰ географической широты. Количество теплоты, поступающее от солнечной радиации максимально для 7-8 ч:

Таблица 6.3 Поступление теплоты от прямой и рассеянной солнечной радиации

 - коэффициент относительного проникания солнечной радиации через заполнение светового проема, отличающееся от обычного одинарного остекления [3,табл. 2.8], принимаем =0,83 - для светового проема без солнцезащитных устройств при толщине стекла 2,5-3,5мм;

 - коэффициент, учитывающий затенение светового проема переплетами [табл. 2.9, 3], принимаем =0,7 - для светового проема с тройным остеклением в металлических переплетах;

 - коэффициент инсоляции;

Коэффициент инсоляции для вертикального светового проема определяется по формуле:

,                  (6.7)

где   - размеры горизонтально и вертикально выступающих элементов   затенения, м (откосов) (рис.6.1)

Рис.6.1. К определению коэффициента инсоляции и коэффициента облучения

а, с - соответственно расстояния от горизонтального и вертикального элементов затенения до откоса светового проема;

H, B - высота и ширина светового проема, м,;

Принимаем Н=4м, В=4м, ,

 - азимут солнца, принимаемый в зависимости от географической широты, [3,табл.2.10], =85⁰ , h=30⁰;

 - солнечный азимут остекления [3,табл.2.11], для ЮВ =85-45=40⁰,  СЗ =135-85=50⁰, СВ =135-85=50⁰;

 - угол между вертикальной плоскостью остекления и проекцией солнечно луча на вертикальную плоскость, перпендикулярную рассматриваемой плоскости остекления.

,                     (6.8)

ЮВ =45,47⁰,

СЗ, СВ =48,07⁰

- коэффициент облучения

,                        (6.9)

К_обл=1·1=1

где , - соответственно коэффициенты облучения для горизонтальной и вертикальной солнцезащитной конструкции, принимаемые в зависимости от углов  и ,[3, рис 2.2.]

Угол :

,                        (6.10)

Угол :

,                       (6.11).

,

,

ЮВ: ,

СЗ, СВ: .

По таблице определяем: К_обл=1·1=1.

Для стен, ориентированных в разные стороны, определяем q_║р и :

ЮВ:  Вт/м²;

СЗ:  Вт/м²;

СВ:  Вт/м²;

ЮВ: F=64 м², Вт;

СЗ: F=48 м², Вт;

СВ: F=96 м², Вт;

Σ.

При расчетах необходимо учитывать, что часть теплоты, поступающей в помещение через заполнения световых проемов, аккумулируется ограждающими конструкциями. Расчетные теплопоступления определяются, Вт:

,                          (6.12)

где   - показатель поглощения теплового потока солнечной радиации внутренними ограждениями.

         Показатель  определяется в зависимости от отношения , где  - показатель суммарного усвоения теплоты ограждениями и оборудованием помещения, Вт/(м² °C);  - показатель интенсивности конвективного теплообмена в помещении, м.

,               (6.13)

где m₁,…, m₅ - коэффициенты, определяющие аккумулирующие способности стен, пола и потолка.

F₁,…, F₅ - соответственно площади внутренних стен, пола и потолка.

F₁=0, F₂=0, F₃=0, F₄= F₅ =897,9 м²

m₄₌m₅₌0,6

,м.

 Вт

Теплопоступления через заполнения световых проемов за счет теплопередачи, Вт:

,                           (6.14)

,                         (6.15)

где  - теплопоступления за счет теплопередачи через 1 м² вертикального заполнения световых проемов, Вт/м²;

 - температура воздуха внутри помещения, °C;

 - условная температура наружного воздуха, °C;

 - сопротивление теплопередаче заполнения светового проема, м²·°C/ Вт.

Величина теплопоступлений через заполнения световых проемов за счет теплопередачи невелика, и ее при выполнении курсового проекта можно не учитывать.

Теплопоступления через массивные ограждающие конструкции.

Теплопоступления через стены незначительны, и их при выполнении курсового проекта можно не учитывать.

Теплопоступления через покрытие, Вт:

,                     (6.16)

где    - среднее за сутки количество поступающей теплоты, Вт;

 - изменяющаяся в течении суток часть теплопоступлений, Вт.

,     (6.17)

К_покр=1/Rт=1/3=0,333 Вт/м²∙°C;

 - коэффициент теплоотдачи горизонтальной поверхности ограждения, Вт/(м²·°С)

,                          (6.18)

где   ν - минимальная скорость ветра за июль, для Гродно ν =1 м/с

 Вт/(м²·°С)

t_н^ср - средняя температура наружного воздуха в июле [2], t_н^ср=17,8°С;

 - коэффициент поглощения солнечной радиации поверхностью ограждающей конструкции, =0,9 (для рубероида);

q_ср^г - средние суточные количества теплоты суммарной солнечной радиации, поступающей на поверхность стены или покрытия (4, табл.2.12), q_ср^г=329 Вт/м²;

 - количество теплоты, равное разности суммарной солнечной радиации в каждый час (с учетом периода запаздывания температурных колебаний) и средней за сутки суммарной солнечной радиации, Вт/м²

,                          (6.19)

где   S_г, D_г - количество теплоты соответственно прямой и рассеянной радиации, поступающей в каждый 1ч расчетных суток на горизонтальную поверхность [4, табл.2.10]

;

t_впокр - температура воздуха под покрытием помещения, °С, принимаем t_впокр=t_ух=21°С;

β_II - коэффициент, учитывающий наличие в конструкции воздушной прослойки (при отсутствии прослойки β_II=1)[4];

 - суточная амплитуда температуры наружного воздуха для июля[5, табл.3.4];

β₂ - коэффициент, учитывающий гармоническое изменение температуры наружного воздуха [4, табл.2.9], зависит от периода запаздывания ε=2,7∙D-0,4=2,7∙3,6-0,4=8,24ч, β₂=-0,6;

-значения затухания колебаний температуры наружного воздуха в конструкции стены и покрытия

,            (6.20)

где  =3,6 (п.4);

е=2,718;

где S1, S2, ... , S_n - то же, что и в п. 4;

Y - коэффициент теплоусвоения, Вт/(м²·⁰С), определяем по формуле:

,                       (6.21)

Для 1-го слоя: ,

Где R₁, R₂, R₃, R₄, R₅ - то же что и в пункте 4,

Вт/(м²·⁰С),

 Вт/(м²·⁰С),

 Вт/(м²·⁰С),

 Вт/(м²·⁰С),

 Вт/(м²·⁰С).

;

Вт/м²,

Q_I=897,9∙8,18=7345 Вт.

Теплопоступления от электродвигателей станков и механизмов

В современном производстве практически все станки и механизмы приводятся в движение электродвигателями. Расходуемая станками механическая энергия, вследствие трения частей механизмов, трения обрабатываемых материалов переходит в теплоту.

Тепловыделения от установленных в общем помещении электродвигателей и приводимого ими в действие оборудования:

_эл.дв.=1000×SN_у×(1-h+hК_т)×К_с,                  (6.22)

где  SN_у- суммарная установочная мощность электродвигателей,

N₂=4,5кВт, N₃=7,5кВт, N₄=4кВт, N₅=8кВт,

SN_у=4,5∙2+7,5∙2+4∙2+8∙2=44кВт;

К_Т - коэффициент перехода теплоты в помещение, принимается по опытным данным. К_т=1 при работе металлорежущих станков без охлаждения резца эмульсией.

К_с - коэффициент спроса на электроэнергию, принимается по электротехнической части проекта в зависимости от вида производства, К_с=0,5;

h=0,82÷0,85 - коэффициент полезного действия электродвигателя._эл.дв.=1000∙44(1-0,83+1∙0,83)∙0,5=22000Вт.

Теплопоступления от нагретого оборудования

Количество теплоты, поступающей в помещение от нагретой поверхности, Вт:

отопление нагревательный прибор

Q_нп=Q_к+Q_л,                         (6.23)

где Q_к - количество теплоты, поступающей за счет конвекционного теплообмена:

,                     (6.24)

где   α_к - коэффициент теплоодачи конвекцией, Вт/(м²·⁰С)

t_п - температура поверхности, t_п=40 ºC,

t_в - температура окружающего воздуха, t_в=17ºC,

F - поверхность теплоотдачи, площадь вертикальной поверхности F_вер=24м², F_гор = 8 м².

Коэффициент теплоодачи α_к для вертикальной поверхности

,                       (6.25)

 Вт/(м²·⁰С).

Для горизонтальной поверхности, обращенной вверх, значение численного коэффициента - 1,86._л- количество теплоты, поступающей за счет радиационного теплообмена:

,                      (6.26)

где C_пр - приведенный коэффициент лучеиспускания, в практических расчетах C_пр=4,64Вт/(м²К⁴).

Теплопоступления от нагретой вертикальной поверхности для холодного и переходного периодов:

;

,

Теплопоступление от печи:

Q_нп = 13294+4536=17830Вт

Так как в цеху находятся три камеры для сушки древесины:_нп=17830∙3=53490Вт.

Теплопоступления от нагретой вертикальной поверхности для теплого периода:

;

,

Теплопоступление от печи:

Q_нп = 12071+4079=16150Вт

Так как в цеху находятся три камеры для сушки древесины:_нп=16150∙3=48450Вт.

Суммарные теплопоступления заносим в таблицу 6.4.

Таблицу 6.4 Теплопоступления поступающие в помещение

7. Составление теплового баланса и выбор системы отопления

Тепловой баланс составляют на основе расчетов теплопоступлений и теплопотерь во все периоды года. Составляем тепловой баланс, который сводится в таблицу 7.

Таблица 7: Тепловой баланс помещения

Период года          Суммарные теплопоступления, Вт            Теплопотери, ,

Дежурное отопление поддерживает температуру в помещении на уровне 5 ºС. Теплопотери при дежурном отоплении можно определить из пропорции, Вт:

Вт,

Исходя из данных теплового баланса помещения, необходимо запроектировать дежурную систему отопления, которая будет работать в нерабочее время (выходные дни, ночью). При этом в рабочее время будут избытки теплоты равные 50860 Вт, для разбавления которых будет подаваться приточный воздух, с температурой меньше температуры рабочей зоны.

8. Расчёт поверхности нагревательных приборов системы отопления

Для производственного здания запроектируем водяную систему отопления с чугунными радиаторами при температуре теплоносителя t_Г=130 ºС. Прокладку распределительных и сборных магистралей осуществляем открыто по стенам. Систему отопления проектируем тупиковую с верхней разводкой и горизонтальными стояками. Отопительные приборы размещаем под световыми проёмами и у наружных стен. Уклон труб должен быть по направлению движения теплоносителя.

Узел ввода промышленного цеха представляет собой две гребёнки: подающая и обратная, имеющая запорную арматуру и контрольно-измерительные приборы. Гребёнки подают тепло в систему отопления на технологические нужды и на воздушно-тепловую завесу.

Требуемый номинальный тепловой поток, Вт определяется по формуле:

,                           (8.1)

где  Q_пр - необходимая теплопередача прибора в помещение

,                          (8.2)

где  Q_т.п=Q_до. - теплопотери помещения при дежурном отоплении, Вт;- число мест установки отопительных приборов.

Теплоотдачу труб и подводок не учитываем.

Q_пр = 26350/13 = 2027 Вт

j_к - комплексный коэффициент приведения номинального теплового потока прибора к расчетным условиям:

,                   (8.3)

где Dt_ср - разность средней температуры воды в приборе и температуры окружающего воздуха:

,                      (8.4)

_пр - расход воды в приборе, м³/ч:

,                      (8.5)

- коэффициент учета атмосферного давления, для Беларуси b=0,994;

y - коэффициент учета направления движения теплоносителя

,                      (8.6)

где  а=0,006 - для радиаторов;

, p, c - экспериментальные числовые показатели, зависящие от расхода теплоносителя в приборе и от схемы подключения прибора, принимаем по таблице 9.2 [6]. Для радиатора чугунного секционного с направлением теплоносителя сверху вниз: n=0,3, p=0,02, c=1,039;

Определим число секций радиатора по формуле:

,                        (8.7)

где Q_ну - номинальный условный тепловой поток одной секции радиатора, согласно [6, табл. 9.7] для МС140 - 108 Q_ну =185 Вт;

b₃ - коэффициент учета числа секций радиатора, при числе секций до 15: b₃ =1;

b₄ - коэффициент учета способа установки радиатора, при открытой установке b₄=1;

9. Определение типа и производительности местных отсосов от технологического оборудования

Местные отсосы для деревообрабатывающих станков

Для удаления вредностей от станков применяют специальные местные полуоткрытые отсосы. Они представляют собой пылеприемник, встроенный в деревообрабатывающий станок. Объемы воздуха, удаляемого от различных деревообрабатывающих станков определяются по табл.9.1.[4]

Таблица 9.1 Аспирационные характеристики деревообрабатывающего оборудования

2∙V_ст.фуг.+2∙V_{ст.рейм.}+2∙V_{ст.фрез}.+2∙V_{ст.круглоп.}=2∙1500+2∙2500+2∙1350+2∙850=12400м³/ч

Укрытие шкафного типа

Данный вид местных отсосов применяется к камерам для сушки древесины. Количество воздуха, удаляемого через укрытие:

L=V_вс×f_жс×3600,                        (9.1)

где  V_вс - скорость воздуха в живом сечении, м/с, для камер сушки древесины V_вс=0,3-0,5 м/с.

f_жс - площадь живого сечения проема сушилки, f_жс =0,9∙1,8=1,62м².

L=3∙0,4×1,62×3600=3∙2333=6999≈7000 м³/ч,

L_общ=12400+7000=19400 м³/ч.

10. Расчет воздухообмена для теплого и холодного периода, переходных условий, выбор расчетного воздухообмена

Расход приточного воздуха необходимо определять отдельно для трех периодов по избыткам явной теплоты, избыткам влаги, по вредным веществам. В данном расчете расход определяется только по избыткам теплоты, так как эта вредность значительно преобладает над другими вредностями.

В основе расчета воздухообмена лежат законы сохранения массы воздуха, энергии и вредных веществ.

,

L_пр=L_ух+L_м.о.,

m_пр+m_i=m_мо+m_ух,

,6∑Q_изб+c,

Решая эти уравнения, определяем необходимое количество воздуха по борьбе с избытками теплоты

,               (10.1)

Тёплый период:

Q_изб=99710Вт,

L_мо=19400 м³/ч,

t_пр=t_н^А=21,7 ⁰С,

t_рз=25,7⁰С,

t_ух=t_пр+K_t(t_рз-t_пр)=21,7+1,2∙(25,7-21,7)=26,5⁰С,

где K_t - коэффициент воздухообмена следует принимать по нормативным документам для конкретных производств, по экспериментальным данным натурных или лабораторных исследований.

В теплый период удаление L_доп чаще всего осуществляется из верхней зоны крышными вентиляторами, через шахты с дефлекторами или с помощью аэрации. Приток летом обычно неорганизованный в рабочую зону через нижние фрамуги окон.

L_ух=L_пр-L_м.о.=65240-19400=45840м³/ч

Переходный период:

∑Q_изб=78240 кДж/ч,

L_мо=19400 м³/ч,

t_рз=17⁰С,

t_пр=8+1=9⁰С,

t_ух=21 ⁰С.

Воздух рекомендуется подавать организованно, приточными установками с механическим побуждением. Наружный воздух подается в помещение без подогрева

L_ух=25930-19400=6530 м³/ч.

В помещениях высотой более 6м расход уходящего воздуха в помещении с выделением вредных веществ должен быть не менее 6м³/ч на 1м² помещения.

L_ух=6F

F=886м²;

L_ух=6∙886=5316≈5320 м³/ч<6530 м³/ч.

Холодный период:

∑Q_изб=50860 кДж/ч,

L_мо=19400м³/ч,

L_пр=25930 м³/ч,

L_ух=6530 м³/ч,

t_рз=17⁰С,

t_ух=21 ⁰С.

Холодный период. Производительность приточной установки принимаем по переходному периоду. Искомой величиной является температура приточного воздуха, t_пр, которую определяем, составляя уравнение тепловоздушного баланса.

Определяют температуру приточного воздуха:

=10,5ºС;

Производительность приточной системы 25930 м³/ч, в теплый период недостаток в 65240-25930=39310 м³/ч будет подаваться через открытые проемы, окна, двери.

Подбираем дополнительно несколько крышных вентиляторов или дефлекторов, которые будут работать дополнительно в теплый период.

11. Описание принятых решений приточно-вытяжной вентиляции

В цехе предусмотрено наличие трех независимых систем местной вытяжной вентиляции, общеобменной приточно-вытяжной системы вентиляции.

Удаление пыли и стружки от станков производят с помощью двух системы аспирации, которые включают в себя: местные отсосы, встроенные в станки, воздуховоды, коллекторосборники, пылевые вентиляторы и циклоны. Схемы аспирации всасывающе-нагнетающие.

Удаление воздуха от сушильных шкафов осуществляется через отверстия, расположенные вверху укрытия, объединенными в одну механическую вытяжную систему В3.

Общеобменная приточно-вытяжная вентиляция предназначена для разбавления неуловленной местными отсосами части вредных веществ, а также ассимиляции теплоизбытков.

Приточный воздух подается сверху вниз через перфорированые воздуховоды равномерной раздачи типа ВПК. Приточная камера расположена на высоте на специальной площадке на отметке +3,0 м. Воздух забирается через проем в стене цеха. В этом проеме устанавливаются неподвижные штампованные жалюзийные решетки типа СТД.

Удаление воздуха производится через крышные осевые вентиляторы. Для летнего периода устанавливаются дополнительные вентиляторы.

Для предотвращения врывания в зимний период холодного наружного воздуха у ворот цеха предусмотрена воздушно-тепловая завеса.

12. Расчёт раздачи приточного воздуха

Расчёт раздачи приточного воздуха является одним из важнейших этапов при расчёте и проектировании систем вентиляции, так как является основным критерием, определяющим качество выполненных проектных работ. Назначение системы вентиляции в том, чтобы человек, находясь в помещении, чувствовал себя комфортно. Для этого необходимо, чтобы распределение воздуха в помещении было равномерным, не было застойных зон, а также параметры воздуха в рабочей зоне помещения соответствовали нормативным значениям.

В данной работе контролируемые параметры (скорость и избыточная температура на оси) определяют в точке входа струи в рабочую зону.

При входе приточной струи в рабочую зону скорость , м/с, и избыточная температура , ^оС, на оси струи должны соответствовать следующим требованиям:

,                         (12.1)

,                        (12.2)

где    - коэффициент перехода от нормируемой скорости к максимальному значению, зависит от того, какие параметры поддерживаются в помещении и от категории работ [3, табл. 2.18]. Для работы средней тяжести в зоне прямого действия приточной струи воздуха в пределах основного участка принимаем =1,8;

 - нормируемая скорость движения воздуха в помещении, м/с, =0,3м/с - для холодного и переходного периодов года;

 - нормируемая избыточная температура при входе струи в рабочую зону ^оС [4, табл.2.19]. Принимаем при ассимиляции избытков теплоты в помещении в зоне прямого воздействия приточной струи для производственных помещений =2^оС.

Тогда имеем:  м/с; ^оС.

Исходные данные:

Размеры помещения: 24,6х36,6х10 м ;

Температура приточного воздуха: =9 ^оС;

Нормируемая температура воздуха в помещении: =17 ^оС;

Необходимо распределить 25930 м³/ч воздуха перфорированным круглым ступенчатым воздухораспределителями равномерной раздачи типа ВПК, которые устанавливается на высоте 6 м от пола до низа воздухораспределителя.

Раздача воздуха осуществляется сверху вниз плоскими струями. Скорость выхода воздуха из ВПК рекомендуется в пределах 4-12 м/с.

Принимаем к установке 2 воздухораспределителя ВПК1.00.000-03 с А_о=0,4м², l=18128 м, x=1,6, L₀=5680-17000 м³/ч, d_н=710мм, d_ср=550мм, V_отв/V_о=0,55.

Расчёт:

Определяем скорость воздуха и избыточную температуру воздуха при выходе струи в рабочую зону по формулам для перфорированных воздуховодов:

,                     (12.3)

,                      (12.4)

где   - скоростной коэффициент воздухораспределителя;

- температурный коэффициент воздухораспределителя;

- скорость струи на выходе из отверстий, м/с;

- избыточная температура на выходе из воздухораспределителя, ^оС ();

 - средний диаметр воздухораспределителя, м;

 - коэффициент живого сечения;

- расстояние, которое проходит струя до входа в рабочую зону, м;

- коэффициент стеснения;

- коэффициент взаимодействия;

- коэффициент неизотермичности.

Скоростной  и температурный  коэффициенты зависят от эжекционной способности воздухораспределителя. Для воздухораспределителя ВПК1.00.000-03: =0,5 и =1,0.

Уточняем скорость в корне ВПК: v_о=12695/(3600∙0,4)=9,00 м/с, тогда =9∙0,55=4,95 м/с

=17-9=8 ^оС.

=0,4м² - для воздухораспределителя ВПК1.00.000-03.

=0,047 для ВПК1.

Подача приточного воздуха производится в виде рассредоточенной струи, схема которой представлена на рисунке 12.1:

Рисунок 12.1 Схема подачи приточного воздуха

Согласно схеме раздачи расстояние от места выпуска до рабочей зоны Х=6-0,55/2=5,725м.

Определим расстояние х, которое проходит струя до входа в рабочую зону. Расстояние прохождения струи до входа в рабочую зону (высота рабочей зоны =2м) определяем по формуле, м:

,                        (12.5)

м.

Коэффициент стеснения  для перфорированных воздуховодов определяется по табл. 17.7[7] в зависимости от величин

 и .

где   - ширина струи в месте поступления в рабочую зону, м, можно определить по формуле из [7]:

=2,6d_ср+0,44,                       (12.6)

=2,6∙0,55+0,44=1,87м.

- ширина обслуживаемого участка, м, =6м

,

,

=0,37.

Коэффициент взаимодействия  для перфорированных воздуховодов при расчете  и  принимается равным 1: =1.

Коэффициент неизотермичности  для перфорированных воздуховодов определяется по формуле:

,                   (12.7)

где знак «+» принимается при подаче охлажденного воздуха, знак «-» - при подаче нагретого воздуха;

а=0,192 при подаче по принятой схеме;

=1,6,

м/с,

 ^оС,

Сравниваем полученные значения:

; 0,24м/с<0,54м/с - верно;

; 1,36 ^оС <2 ^оС - верно.

Как очевидно, воздухораспределители подобраны правильно, раздача воздуха осуществлена таким образом, что скорость и избыточная температура при входе струи в рабочую зону соответствуют требуемым параметрам.

Потери давления в ВПК-1 находим по формуле:

                         (12.8)

где  V_о - скорость воздуха в начальном сечении м/с, V_о=9 м/с;

l - длина воздухораспределителя, l=18,128м;

 - коэффициент местного сопротивления, =1,6;

λ - коэффициент трения, при dср=0,55, λ=0,0475.

13. Аэродинамический расчёт приточной и вытяжной систем вентиляции с механическим побуждением

.1 Расчёт приточной системы вентиляции

Аэродинамический расчет вентиляционной системы производят для:

1)      подбора размеров поперечного сечения воздуховодов по рекомендуемым скоростям движения воздуха;

2)      определения потерь давления в системе.

Рекомендуемые скорости движения воздуха в системах вентиляции с механическим побуждением для промышленных зданий следующие:

ν_рек=12м/с - магистраль;

ν_рек=6м/с - ответвления;

ν_рек - зависит от типа воздухораспределителя.

Аэродинамический расчет систем вентиляции состоит из двух этапов:

1)      расчет участков основного направления (наиболее протяженного и нагруженного);

2)      увязка всех остальных ответвлений системы.

Расчет участков основного направления. Необходимо вычертить аксонометрическую схему воздуховодов (графическая часть), вентиляционную систему разбить на участки, На участках определить расход воздуха L, м³/ч. По расходу и рекомендуемым скоростям подбирают диаметры круглых воздуховодов, при этом необходимо давать 10% запаса по скорости.

К установке принимается воздуховод с площадью ближайшей к требуемой F_тр. Необходимо определить фактическую скорость движения воздуха в воздуховоде, м/с

Потери давления в системах вентиляции складываются из потерь давления на трение и потерь давления в местных сопротивлениях, Па

                     (13.1.1

Потери давления на трение, Па

                       (13.1.2)

где  R-удельные потери давления на трение, Па/м,;

l - длина участка воздуховода, м;

n - поправочный коэффициент, который зависит от абсолютной эквивалентной шероховатости воздуховодов k_э воздуховодов и скорости движения воздуха, [3,табл. 2.23]. Абсолютная эквивалентная шероховатость поверхности воздуховодов из стали k_э=1мм.

Удельные потери давления на трение, Па/м, в круглых воздуховодах определяются по формуле:

                       (13.1.3)

где   λ- коэффициент гидравлического сопротивления трения;

d- диаметр воздуховода, м

- динамическое давление, Па.

Коэффициент сопротивления трения λ рассчитывается по формуле Альтшуля:

                     (13.1.4)

где k_э- абсолютная эквивалентная шероховатость поверхности воздуховода;

Re- критерий Рейнольдса:

                          (13.1.5)

где   - скорость движения воздуха в воздуховоде, м/с;

- кинематическая вязкость воздуха, м²/с.

Динамическое давление, Па

                          (13.1.6)

где  - плотность воздуха, кг/м³.

При аэродинамическом расчете используют таблицу 22.15 [3], в которой на основании формул (13.3)-(13.6) определены удельные потери давления на трение R, Па/м; расход воздуха L, м³/ч, при различных скоростях для различных диаметров круглых металлических воздуховодов.

Потери давления в местных сопротивлениях, Па

                       (13.1.7)

где - сумма коэффициентов местных сопротивлений на расчетном участке воздуховода. Значения коэффициентов местных сопротивлений сведены в таблицы[7,табл.22.36, 22.37, 22.38]. Тройники, находящиеся на границе двух участков, следует относить к участкам с меньшим расходом.

Расчет воздухозаборных решеток

Скорость в воздухозаборных решетках v_р≤5м/с, принимаем v_р=5м/с.

Площадь живого сечения для прохода воздуха:

м²,

Принимаем к установке решетку АРН компании «Арктос» с размерами 1550×1950 и площадью живого сечения f_p=1,449 м². По номограмме, приведенной в каталоге этой компании приведены номограммы, по которым можно определить потери давления в воздухозаборных решетках и скорость воздуха.

Для данной решетки ΔР=32Па,

Действительная скорость в воздухозаборных решетках:

м/с.

Все расчеты сведены в таблицу 10.1.1:

В виду симметрии системы проводить увязку ответвления нет необходимости.

13.2 Расчёт системы аспирации

Целью расчета является определение диаметров участков, потерь давления в сети увязка ответвлений. Расчет ведется по таблицам для обычного воздуха. В дальнейшем потери давления в сети пересчитываются для смеси воздух-материал и, безусловно, возрастают по сравнению с потерями для чистого воздуха.

Расчет воздуховодов аспирации рекомендуется проводить по методу динамических давлений. В этом случае потери давления в воздуховодах на трение заменяются эквивалентными потерями на местные сопротивления, тогда:

,                       (13.2.1)

где    - сумма коэффициентов местных сопротивлений на участке;

 - скорость движения воздуха в воздуховоде.

Скорость движения частиц следует принимать больше скорости витания частиц пыли. Практические значения скорости в воздуховодах для перемещения различного транспортируемого материала приводится в табл. 22.57 [6], минимальная скорость в воздуховодах от различных станков указана в табл. 9.1[6].

Приведенный коэффициент трения

,                         (13.2.2)

где   λ - коэффициент сопротивления трения;

d - диаметр воздуховода, мм;

l - длина расчетного участка воздуховода, м

В данном проекте следует рассчитать воздуховод из листовой стали системы аспирации отделения, объединяющего рейсмусовые L=2500м³/ч и фуговальные L=1500м³/ч станки.

Расчеты ведем через самый отдаленный и загруженный станок.

Результаты сводим в таблицу 10.2.1

Ддя увязки ответвлений был увеличен объем воздуха, удаляемого от рейсмусового станка на 15%. Так же были установлены конусные диафрагмы на вертикальных участках.

Расчет конусных диафрагм

Диаметр горловины для конусной диафрагмы определяется по формуле:

,                          (13.2.3)

где   - отношение скорости в воздуховоде к скорости воздуха в горловине (определяется в зависимости от избыточного давления, которое требуется погасить диафрагмой, и принятого угла раскрытия конуса), таблица 22.50[7].

Длину конуса диафрагмы, мм, вычисляют по формуле:

l = (d₁-d₂)2tgα,                       (13.2.4)

tgα - тангенс угла раскрытия конуса, таблица 22.50[7].

Требуется погасить избыточное давление, равное 555,5Па, при скорости в ответвлении ν₁=16,14м/с и диаметре ответвления d₁=250мм.

Принимаем диафрагму с углом раскрытия α=35⁰ (tgα=0,7), ξ=3,14, при этом =0,4 (p=543,9Па).

мм.

l = (250-158)∙2∙0,7=129мм.

Подбор циклона

Производительность вентилятора с учетом 10% подсоса воздуха через неплотности воздуховодов и 10% подсоса через неплотности циклона составляет:

L_в=1,1∙1,1∙=10527м³/ч

Для очистки воздуха принимаем к установке циклон Ц-1150 Гипродревпрома с коэффициентом местного сопротивления ξ_ц=5,4 и площадью патрубка для выхода пыли 0,165м².

Для подбора циклона применим упрощенный способ, т.е. диаметр циклона выбираем исходя из скорости в его входном патрубке ν_вх,м/с. Где ν_вх следует принимать не более 20 м/с.

ν_вх=

Аэродинамическое сопротивление циклона определяем по формуле:

P_ц=,                      (13.2.5)

P_ц=Па.

Подбор пылевого вентилятора

Пересчитываем потери давления с учетом транспортирования смеси воздух - древесная пыль по формуле:

P_сети=1,1Σ(P_уч(1+kμ))+ Σl_вν,              (13.2.6)

где  P_уч(1+kμ) - суммарные потери давления на участках расчетного направления при перемещении воздуха с примесями, Па;

k - опытный коэффициент, зависящий от характера транспортируемого материала, для внутрицеховых систем примерно К=1,4;

μ - массовая концентрация смеси, при транспортировании древесных отходов μ =0,1;

P_сети=1,1∙2110,17∙(1+1,4∙0,1)=2646Па

Потери давления в системе аспирации:

ΔР_сист=ΔP_сети+ΔP_ц=2646+1017=3663Па

Подбираем вентилятор для системы аспирации

Производительность вентилятора L=10527м³/ч

Развиваемое полное давление вентилятора Р=1,1∙3663=4029,3Па.

По каталогу компании «Мовен» принимаем к установке радиальный пылевой вентилятор ВР-100-45-8 с частотой вращения рабочего колеса n=1810об/мин, КПД h_в=0,53 при максимальном КПД h_макс=0,58, установленном на одном валу с электродвигателем мощностью N=30 кВт. Тип электродвигателя АИР180М4, масса вентилятора с двигателем m=749кг. К установке принимаем вентилятор в пятом исполнении.

14. Подбор вентиляционного оборудования

.1 Подбор калорифера

Нагревание воздуха в приточных камерах вентиляционных систем производится в теплообменных аппаратах - калориферах.

В результате расчета калориферов определяется их тип, номер, количество, схемы соединения по воздуху и теплоносителю, аэродинамическое и гидравлическое сопротивление.

Исходные данные:

1) Объем приточного воздуха м³/ч;

) Расчетная температура наружного воздуха (для холодного периода года по параметрам Б) t_н=-22°С;

) Температура приточного воздуха t_п=10,5°С;

) Теплоноситель - горячая вода с параметрами t_гор =130⁰С _, t_обр =70⁰С.

Расчет:

1)      Находим начальную и конечную температуры приточного воздуха (до и после вентилятора): t_нач=t_н=-22°С. Учитывая нагрев воздуха в вентиляторе на 1⁰С, воздух в калориферах необходимо подогревать до температуры:t_кон=t_п-1=10,5-1=9,5⁰С.

2)      Расход теплоты, необходимый для нагрева приточного воздуха , Вт:

,                     (14.1.1)

где  L - расход нагреваемого воздуха, м³/ч;

с - удельная теплоемкость воздуха, с=1,005кДж/(кг∙⁰С);

- плотность воздуха при температуре t_п, кг/м³;

- температура воздуха до и после калорифера, ⁰С.

 кг/м³ ;

 Вт.

)        Задаемся массовой скоростью νρ': для калориферов КСк оптимальные значения кг/(м²∙с), допустимые - кг/(м²∙с). Принимаем кг/(м²∙с).

4)      Находим площадь фронтального сечения калориферной установки для прохода воздуха, м²:

 ,                        (14.1.2)

где кг/м³;

 м².

5)      По справочным данным [табл.2.28,3] подбираем калорифер с ближайшим значением площади живого сечения для прохода воздуха, принимаем к установке 4 калорифера КСк 3 - 6 параллельно соединенные:

- табличное значение площади фронтального сечения калорифера;

- живое сечение для прохода воды;

- поверхность нагрева одного калорифера.

6)      Находим действительную массовую скорость, кг/(м²∙с):

,                         (14.1.3)

 кг/(м²∙с).

7)      Находим расход воды в калориферной установке, кг/ч:

,                      (14.1.4)

где  _- удельная теплоемкость воды, кДж/(кг∙⁰С).

 кг/ч.

8)      Находим скорость воды в трубках калориферов, м/с:

,                      (14.1.5)

м/с.

)        По найденным значениям  и  находим для данного типа калорифера коэффициент теплопередачи k, Вт/(м²°С), [табл.2.29, 3]:

k= 56,94 Вт/(м²°С).

)        Определяем требуемую поверхность нагрева калорифера, м²:

 ,                        (14.1.6)

где - средняя температура теплоносителя , ⁰С;

=⁰С;

- средняя температура нагреваемого воздуха, ⁰С;

=⁰С.

 м² .

11)    Определяем общее число устанавливаемых калориферов :

,                          (14.1.7)

;

Тогда действительная площадь нагрева, м²:

,                         (14.1.8)

 м².

12)    Запас поверхности нагрева, %:

,                       (14.1.9)

 %.

)        Определяем аэродинамическое сопротивление калорифера [табл.2.29,3]: Па.

)        Гидравлическое сопротивление калорифера, Па :

,                        (14.1.10)

где А - коэффициент сопротивления [табл.2.28, 3], А=12,12;

 - скорость движения воды в трубках.

 кПа.

14.2 Подбор вентилятора

Вентиляторы подбираются по сводному графику и аэродинамическим характеристикам при известных величинах производительности и полного давления.

Исходные данные:

1)      Объем приточного воздуха L_сети=25930 м³/ч;

2)      Потери давления в сети, определенные на основании аэродинамического расчета воздуховодов, =129,91 Па;

)        Потери давления в калорифере, =263,89 Па.

Расчет:

1)   Величина полного давления, Па:

,                     (14.2.1)

где  - потери давления в сети воздуховодов, Па;

- потери давления в вентиляционном оборудовании(калорифере), Па.

==263,89Па;

Па.

)   Производительность вентилятора с учетом 10% запаса по производительности: ,м³/ч;

 м³/ч.

)   Согласно [7, прилож.1] принимаем вентилятор ВЦ 4-75-10 с диаметром рабочего колеса D=0,95∙D_ном, частотой вращения рабочего колеса n=720об/мин, КПД h_в=0,75 при максимальном КПД h_макс=0,84, установленном на одном валу с электродвигателем мощностью N=5,5 кВт. Тип электродвигателя 4А132М8, масса вентилятора с двигателем m=438кг. К установке принимаем вентилятор в первом исполнении с КПД передачи h_п=1 (непосредственная насадка вала вентилятора на колесо электродвигателя).

)    Требуемая мощность на валу электродвигателя, кВт:

,                    (14.2.2)

где  L_в - расход воздуха, принимаемый для подбора вентилятора, м³/ч;

P_в - расчетное сопротивление сети, Па;

h_в - коэффициент полезного действия вентилятора в рабочей точке;

h_п - коэффициент полезного действия передачи;

кВт.

4)      Установочная мощность электродвигателя, кВт:

,                         (14.2.3)

где К_з - коэффициент запаса мощности, К_з =1,15 для N-2-5кВт.

кВт.

Требуемая мощность электродвигателя с учетом запаса меньше мощности принятого электродвигателя.

Крышные вентиляторы

Крышные осевые вентиляторы могут применяться только в децентрализованных установках общеобменной вытяжной вентиляции без сети воздуховодов.

Необходимо подобрать вентиляторы для холодного (переходного) периода и дополнительные вентиляторы, которые будут работать только в теплый период. Первые будут работать круглогодично, а вторые - только в теплый период.

Холодный (переходный) период:

Расход воздуха L=6530м³/ч.

Принимаем к установке 2 крышных осевых вентилятора: ВКО-4 (2шт.) и ВКО-4(1шт.).

Теплый период:

Дополнительный расход воздуха в теплый период L=39310м³/ч.

Принимаем к установке 4 крышных осевых вентилятора: ВКО-6,3 (3шт.) и ВКО-4(1шт.).

14.3 Подбор воздушного фильтра

Воздушные фильтры представляют собой устройства для очистки приточного, а в ряде случаев и вытяжного воздуха.

Очистку приточного воздуха от пыли в системах механической вентиляции следует проектировать так, чтобы содержание пыли в подаваемом воздухе не превышало:

) ПДК в атмосферном воздухе населенных пунктов - при подаче его в помещения жилых и общественных зданий;

) 30% ПДК в воздухе рабочей зоны - при подаче его в помещения производственных и административно-бытовых зданий;

) допустимых концентраций по техническим условиям на вентиляционное оборудование и воздуховоды.

Конструкция фильтра определяется характеристиками улавливаемой пыли и условиями эксплуатации.

Исходные данные:

1)      Объем приточного воздуха м³/ч;

)        Режим работы односменный час;

)        Начальная запыленность воздуха для индустриальных районов: С_н=0,001г/м³

Расчет:

1)      Т.к. нет особых требований к санитарно-гигиеническому составу воздуха, для проектируемого объекта можно применить фильтры грубой очистки, например, ячейковые фильтры ФяРБ.

2)      Определяем характеристики фильтра [табл.2.25,3]:

- номинальная пропускная способность одной ячейки фильтра;

- эффективность очистки.

3)      Требуемое количество ячеек фильтра:

,                          (14.3.1)

.

4)      Общая площадь фильтра:

,                       (14.3.2)

где F_яч=0,22м² - площадь одной ячейки фильтра,

м².

5)      Действительная удельная воздушная нагрузка на фильтр, м³/(м²ч):

,                         (14.3.3)

м³/(м²ч).

)        Зная м³/(м²ч), определяем начальное сопротивление фильтра [рис.2.12,3]: .

)        Принимаем увеличение сопротивления фильтра в период его эксплуатации  Па (увеличение сопротивления фильтра можно принимать на 100 - 120 Па). .

Тогда пылеемкость фильтра составит [рис.2.13,3]: ПФ=2650г/м².

8)      Количество пыли, оседающей на фильтре за сутки:

,                      (14.3.4)

 г/сут.

)   Продолжительность работы фильтра без регенерации:

 ,                      (14.3.5)

сут.

15. Подбор и расчет воздушно-тепловых завес

Воздушные тепловые завесы устраивают в зданиях для обеспечения требуемой температуры воздуха в рабочей зоне и на постоянных рабочих местах, расположенных вблизи ворот, дверей и технологических проемов. В производственных зданиях наибольшее распространение получили боковые завесы шиберного типа периодического действия. Завесы шиберного типа в результате частичного перекрытия проема воздушной струёй сокращают прорыв наружного воздуха через открытый проем. Они устанавливаются у ворот, не имеющих тамбуров и открывающихся чаще 5 раз в смену. Температуру воздуха подаваемого завесой принимается не более 50⁰С у наружных дверей и 70⁰С у ворот и технологических проемов. Завесы шиберного типа, как правило, проектируют с двухсторонним выпуском воздуха и компонуют из двух самостоятельных агрегатов, состоящих из радиальных или осевых вентиляторов, калориферов и воздухораспределительных коробов. Агрегаты устанавливаются с 2-х сторон проема. Воздушная струя завесы выпускается обычно, под углом 30⁰ к плоскости проема.

Необходимо рассчитать воздушную боковую двухстороннюю завесу у наружных распашных ворот размером 3,6х4,2 м в одноэтажном производственном здании высотой 10м. Приток и вытяжка сбалансированы. Температура наружного воздуха (параметры Б) t_н=-22⁰С, температура в рабочей зоне t_рз=17⁰С. Барометрическое давление - 745мм.рт.ст. Работа средней тяжести (t_см=12°С). Расчетная скорость ветра (зимой) - v_в=5,6м/с.

Общий расход воздуха, подаваемого завесой при балансе притока и вытяжки, определяется по формуле:

,                     (15.1)

где   отношение количества воздуха, подаваемого завесой, к количеству воздуха, проходящего через ворота, примем =0,6;

m_пр - коэффициент расхода воздуха, проходящего через проем при работе завесы, для распашных ворот m_пр=0,27;

F_пр - площадь проема ворот, F_пр =3,6∙4,2=15,12 м²;

r_см - плотность смеси воздуха при температуре, нормируемой в районе     ворот, r_см=;

DP - разность воздуха с двух сторон наружного ограждения на уровне проема, оборудованного завесой, Па. Значение DP можно определить по формуле:

DP = DP_т+k₁DP_в,                        (15.2)

где  k₁ - поправочный коэффициент, учитывающий степень герметичности здания. Для зданий без аэрационных проемов k₁=0,2[6].

Гравитационное давление ΔP_т, Па находим по формуле:

DP_т=9,81h_расч(r_н-r_в),                      (15.3)

где  h_расч - расстояние по вертикали от центра проема оборудованного завесой до уровня нулевых давлений, где давление снаружи и внутри здания равны, м. Для зданий без аэрационных проемов можно принимать 0,5 высоты ворот, h_расч=2,1м.

r_н - плотность наружного воздуха зимой, r_н=;

r_в - плотность воздуха при t_в=17⁰С: r_в=;

Ветровое давление, Па находим по формуле:

DP_в=,                         (15.4)

где  с - расчетный аэродинамический коэффициент, значение которого для вертикального ограждения 0,8.

DP_т=9,81∙2,1∙(1,41-1,22)+0,2∙0,8∙5,6²∙1,41/2=7,45 Па.

Принимаем к установке завесу ЗВТ1.3-1 с параметрами:G_З=39000 кг/ч, Q_З=368200 Вт, F=F_З/F_щ=12 (т.е. m_пр=0,3).

Уточняем q_д:

q_д=39000/(5100∙0,3∙15,12)=0,56.

Требуемая температура воздуха, ⁰С завесы определяется на основании уравнения теплового баланса по формуле:

,                      (15,5)

где  отношение теплоты, теряемой с воздухом, уходящим через проем наружу, к тепловой мощности завесы (находим по рис.2.27,[3]),  .

Тепловая мощность калориферов воздушно-тепловой завесы, Вт:

,                    (15.6)

где  t_нач - температура воздуха, забираемого для завесы, принимаем равной t_см.

В нашем случае отклонение 7,6% от расчетной производительности (отклонение д.б. ⁺_-10%).

Список использованных источников

1.         СНБ 4.02.01-03. Отопление, вентиляция и кондиционирование. -Мн. 2004.

2.         СНБ 2.04.01-97 Строительная теплотехника

3.   Теплоснабжение и вентиляция. Курсовое и дипломное проектирование. /Под ред. проф. Б.М.Хрусталева - М.:Изд-во АСВ, 1997, 3-е издание исправленное и дополненное.

4.         Справочник проектировщика. Внутренние санитарно-технические устройства в 3ч. Ч.3 Вентиляция и кондиционирование воздуха Кн1. Под ред. Н. Н. Павлова и Ю.И. Шиллера- М.:Стройиздат, 1992. - 319с.

5.         СНБ 2.04.02-2000. Строительная климатология.- Мн.,2001.-40с.

6.         Справочник проектировщика. Внутренние санитарно-технические устройства в 3ч. Ч.1 Отопление Кн1. Под ред. И.Г.Староверова.- М.:Стройиздат, 1992. - 344с.

7.         Справочник проектировщика. Внутренние санитарно-технические устройства в 3ч. Ч.3 Вентиляция и кондиционирование воздуха Кн2. Под ред. Н. Н. Павлова и Ю.И. Шиллера - М.:Стройиздат, 1992.-416с.