Отопление и вентиляция промышленного здания

Пояснительная записка

к курсовому проекту на тему:

Отопление и вентиляция промышленного здания

Выполнил

Шитик С.В.

Введение: краткое описание конструктивных особенностей здания и задачи, решаемые в проекте

Необходимо запроектировать приточно-вытяжную вентиляцию и систему отопления промышленного предприятия, которое имеет фрезеровочный цех. Проектируемый объект расположен в городе Минске. Здание имеет один этаж, без подвала и чердака. Высота от пола до низа фермы h=7,6 м. Фасад ориентирован на юго-запад. Стены выполнены из железобетонной панели с утеплителем из пенополистирольных плит.

Полы не утепленные на грунте.

Перекрытия выполнены из ребристых железобетонных плит с утеплителем из минераловатных плит повышенной жесткости. Остекление тройное в раздельно-спаренных переплетах. Окна размером 4x4м. В здании имеются ворота 3,6x3,2м, которые оборудованы воздушно-тепловыми завесами. Объект снабжается теплом от котельной. Параметры воды 150/70. Работа в цехах двухсменная. Число работающих в цеху - 24 человек. Работа средней тяжести IIб.

1. Описание технологического процесса и характеристика, выделяющихся вредностей

Рассматриваем фрезеровочный цех. В нем находится заточные станки мощностью 2кВт и двумя кругами диаметрами 300 мм каждый, сверлильные, токарные, фрезерные станки по 4 шт., с мощностью 3,5кВт, моечные машины с температурой поверхности 45 ͦС.

Основные выделяющиеся вредности следующие: металлическая пыль, выделяющееся при обработке металла на станках; конвективная теплота от моечных машин.

Над станками устанавливаются местные отсосы для улавливания пыли, а моечные машины оборудованы вытяжными зонтами над загрузочными отверстиями, столы для электросварочных работ оборудованы панелями равномерного всасывания конструкции С.А, Чернобережного.

Количество воздуха, удаляемое от станков определяется по справочным данным в зависимости от типа станка, там же указывается место подключения отсоса и рекомендуемые скорости.

Приточный воздух в переходный и холодный периоды подается наклонными струями в направлении рабочей зоны с высоты не более 4м.В теплый период года допустимо поступление наружного воздуха через фрамуги окон.

Для промышленного здания проектируем водяную систему отопления с чугунными радиаторами.

2. Принятые параметры для трех периодов года наружного и внутреннего воздуха

При проектировании вентиляционных промышленных зданий для теплого период года принимаем наружные параметры А, а для зимнего - Б.

Согласно [2, прил.8], для города Минска (52°с.ш.) для теплого периода А температура наружного воздуха t=21,2°C, теплосодержание I=49,8кДж/кг, скорость ветра v=4,2 м/с.

Для холодного периода Б -t= -24°С, I= -26 кДж/кг, v=4,5 м/с.

Переходный период, согласно [2], для промышленных зданий t=8°C, I=22,5кДж/кг, ц=70%.

В соответствии с [2], параметры внутреннего воздух разделяются на: оптимальные и допустимые. В данном проекте принимаем допустимые параметры, т.е. сочетание температуры, влажности и подвижности воздуха, при которых не возникает нарушения состояния здоровья, но может допускаться и некоторые понижение трудоспособности.

Согласно [2] допустимая температура на постоянных рабочих местах для холодного и переходного периодов года при работе средней тяжести принимается t_p._з =17- 23°С, v=0,3м/с.

Для данных участков принимаем t_pз =18°С, v =0,3м/с.

3. Теплотехнический расчет ограждений и расчет теплопотерь

3.1 Определение сопротивления теплопередаче ограждающих конструкций здания

вентиляция здание теплопотеря

Параметры воздуха в помещении проектируемого промышленного здания согласно [4] приняты: t_в=18°C, ц=65% - в холодный период года. Влажностный режим помещений и условия эксплуатации ограждающих конструкций зданий в холодный период принимаем по [4. табл.4.2.]. В нашем случае режим нормальный, условия эксплуатации Б. Сопротивление теплопередаче R, ограждающих конструкций, за исключением заполнений проемов и ограждающих конструкций помещений с избытком явной теплоты, следует принимать равным экономически целесообразному R_т^эк но не менее требуемого сопротивления теплопередаче R_т^тр и не менее нормативного сопротивления теплопередаче R_т^норм. Требуемое сопротивление теплопередаче R_T^тр м²°С/Вт, определяется по формуле:

                           (4.1)

где  - расчетная температура внутреннего воздуха, °С;

 - расчетная зимняя температура, °С;

- коэффициент, учитывающий положение наружной поверхности по отношению к наружному воздуху (для промышленных зданий без чердака n=1);[4]

- коэффициент теплопередачи, Вт/(м °С), внутренней поверхности ограждающей конструкции, =8,7 Вт/(м^2оС);

- расчетный перепад, °С, между температурой внутреннего воздуха и температурой внутренней поверхности ограждающей конструкции(для стен промзданий не более 8 °С).

Тепловая инерция определяется:

                          (4.2)

где - термическоесопротивление отдельных слоев ограждающей конструкции, м²°С/Вт;

-коэффициент теплоусвоения, Вт/(м^2оС), материала отдельных слоев ограждающей конструкции.

                                                    (4.3)

где -толщина n-го слоя ограждения ,м;

-коэффициент телопроизводительности n-го слоя , Вт/мс.[4]

При значении D до 1,5 (безинерционное ограждение) t_H в формуле (4.1)принимаем равной температуре наиболее холодных суток обеспеченностью0,98 (); При значении 1,5<D<4 (ограждение малой тепловой инерционности) t_H в формуле (4.1) принимаем равной температуре наиболее холодных суток обеспеченностью 0,92 (); При значении 4<D<7 (ограждение средней тепловой инерционности) t_H в формуле (4.1) принимаем равной средней температуре 3-х наиболее холодных суток ();

                                                  (4.4)

где - средняя температура холодной пятидневки ;

При D>7(ограждение большой тепловой инерционности) холодной пятидневки обеспеченностью 0,92.

Экономически целесообразное сопротивление теплопередаче R_т^эк, м²°С/Вт, определяется по формуле:

                      (4.5)

- стоимость тепловой энергии, руб/ГДж (по ценам 1991 года - С_тэ=3,35);

- продолжительность отопительного периода, сут.;

- средняя за отопительный период температура наружного воздуха, °С; '

-стоимость, руб/м³, материала однослойной или теплоизоляционного слоя многослойной ограждающей конструкции;

-коэффициент теплопроизводительности, Вт/(м°С), материала однослойной или теплоизоляционного слоя многослойной ограждающей конструкции [5].

Нормативное значение сопротивления теплопередаче ограждающей конструкции R_т^норм принимаем по табл. 10 [4]. Сравнивая полученные значения R_т^тр, R_т^эк и R_т^норм, выбираем большее и определяем толщину теплоизоляционного слоя ограждающей конструкции, используя формулу:

                                            (4.5)

где -коэффициент теплопередачи наружной поверхности ограждающей конструкции, для наружных стен, покрытий и перекрытий; =23 Вт/(м^2оС), табл.5.7 [5].

Определяем величину термического сопротивления и толщину утеплителя наружной стены крупнопанельного здания для строительства в г. Минске. Конструкция стены: 3-хслойная панель. Первый конструктивный - железобетон толщиной 𝛿=280 мм, л=2,04, S=19,7; второй слой - плиты из пенополистиролас=25 кг/м³; л=0,052; S_ут=0,39, третий защитный слой цементно-песчаной штукатурки 𝛿=10 мм, л=0,93,S=11,09 табл. А-1 [5]. Условия эксплуатации ограждения "Б" t_в=18 °С, ц_в=65%.

По [4] для г.Минскаt_н.от.=-l,6°C, Z_от=202 сут.

По формуле (4.1) находим  при этом t_в=18 °С, n=l; t_n принимаем при значении 1,5<D< 4 (ограждение малой тепловой инерционности), т.е. для наиболее холодных суток обеспеченностью 0,92. По [5] t_н=-28 °С; =6 °С; =8,7 Вт/(м² ̊С).

                              (4.5)

По формуле (4.2) определяем:

R_т^эк =0,5 0,88+5,4 10^-43,35 202(18+1,6)/(70,6 0,052 0,88)=2,66 м² °С/Вт;

Нормативное значение R_т^норм =2,5 м² °С/Вт [5].

Принимаем большее значение, т.е. R_т^эк =2,66 м² °С/Вт

Тогда толщина теплоизоляционного слоя

Определяем тепловую инерцию ограждения:

Определили величину термического сопротивления и толщину утеплителя перекрытия здания

-железобетонная плита 𝛿=0,05 м, л=2,04, S=19,7 [5];

-утеплитель - минераловатные плиты повышенной жесткости 𝛿=?, л=0,08, S=l,l1;

- 4 слоя рубероида 𝛿=0,01 м, л=0,17, S=3,53;

- слой гравия на битумной мастике

𝛿=0,01 м, л=l,05, S=16,43.

По формуле (4.3):

R_т^эк =0,5 0,88+5,4 10^-43,35 202(18+1,6)/(72,6 0,008 0,88)=1,84 м²°С/Вт;

По табл. 10 [5] для покрытий и перекрытий R_т^норм=3 м²°С/Вт - выбираем эту величину и определяем толщину утеплителя

Определяем тепловую инерцию ограждения

, что менее 4, значит t_н выбрана правильно.

Сопротивление теплопередачи заполнений наружных световых проемов (окон) следует в соответствии с табл. 10 [5] принимать -0,6 м²°С/Вт.

Для наружных деревянных дверей и ворот R=0,6 R_стены=0,6 2,66=1,596 м²°С/Вт.

Теплопотери через полы определяются по зонам. Для 1 -й полосы шириной 2 м, примыкающей к наружной стене R¹=2,2 м²°С/Вт; для 2-й полосы шириной 2 м, примыкающей к 1-й зоне R²=4,3 м²°С/Вт; для 3-й полосы шириной 2 м, примыкающей ко 2-й зоне R³=8,6 м²°С/Вт; для 4-й внутренней части помещения, ограниченной 3-ей зоной R⁴=14,2 м²°С/Вт.

3.2Определение потерь теплоты через ограждающие конструкции

Потери теплоты через ограждающие конструкции находим по формуле

                                          (4.7)

где - коэффициент теплопередачи*ограждающей конструкции, Вт/(м²К),

R- сопротивление теплопередаче;

 - расчётная температура внутреннего воздуха; При выборе следует учитывать распределение температуры воздуха по высоте: для стен высотой до 4м и для пола за расчётную принимается 8°С;для стен высотой от 4м и до покрытия (низа фермы)

; для покрытия .

Температура воздуха, удаляемого из помещения

где - температурный градиент, учитывающий повышение температуры воздуха по высоте помещения на каждый метр выше рабочей зоны;

Н- высота цеха, м;

Тогда

- расчетная температура холодного периода года (по параметру"Б");

n- коэффициент, учитывающий положение наружной поверхности по отношению к наружному воздуху (для промышленных зданий без чердака n=1);[5].

Добавка на ориентацию по сторонам света при наличии в помещении 2-ух и более наружных стен: С,СВ,В,СЗ - в=0,1; 3,ЮВ - в=0,05.

Добавочные теплопотери на нагрев наружного воздуха, поступающего путём инфильтрации при выполнении данного курсового проекта можно принимать равным 30% от основных.

Результаты расчёта потерь теплоты через ограждающие конструкции сводим в таблицу 1.

Теплопотери в переходный период для промзданий при t_H=8 °С:

                 (4.8)

Дежурное отопление, при t_В=5 °С

                      (4.9)

Таблица 1 Потери теплоты через ограждающие конструкции

Ограждение	Ориентация	Размер	Площадь,м2	Вт/(м2°С)	△t=tb-tн	Qтп, Вт	Добавка на ориентацию	∑Qтп, Вт
НС1	СЗ	24х7,6	182,4	0,412	42	3156,2	315,62	3471,82
НС2	ЮВ	24х7,6	182,4	0,412	42	3156,2	157,81	3317,01
О3	СВ	4х4х6	96	2	42	8064	806,4	8870,4
О4	ЮЗ	4х4х6	96	2	42	8064	-	8064
Пт	-	23,2х34,3	779,52	0,333	42	10902,37	-	10902,37
В1	ЮВ	3,6х3,2	11,52	0,686	42	331,91	16,6	348,51
В2	СЗ	3,6х3,2	11,52	0,686	42	331,91	33,2	365,11
1	-	54х4	233	0,455	42	4127,76	-	4127,76
2	-	46х4	184	0,233	42	1800,62	-	1800,62
3	-	38х4	152	0,116	42	727,78	-	727,78
4	-	66х4	264	0,07	42	776,16	-	776,16
								42768,54
С учетом потерь на инфильтрацию (30%)								55599,102

4. Определение количества вредностей поступающих в помещение для трех периодов года

 

.1 Теплопоступления от людей

Теплопоступление от человека зависит от характера выполняемой работы и температуры воздуха в помещении. В расчетах учитываем только явную теплоту, поскольку скрытая теплота, увеличивая энтальпию воздуха, заметного влияния на его температуру не оказывает.

Для переходного и холодного периода года при температуре в рабочей зоне t=+18 °С -выделение человеком влаги M=128 г/ч; явной теплоты Q_я=l17 Вт; углекислого газа СО₂=60 г/ч [2].Учтем что рабочие работаю посменно, тогда расчет вредностей считаем для одной из двух смен, т.е. для 12 человек.

M=128∙12=1536 г/ч

Q_я=l17∙12=1404 Вт

СО₂=60∙12=720 г/ч

Для летнего периода года при температуре в рабочей зоне t=+25,2°С -выделение человеком влаги M=185 г/ч; явной теплоты Q_я=70 Вт; углекислого газа СО₂=60 г/ч. [2]

M=185∙12=2220 г/ч

Q_я=70∙12=840 Вт

СО₂=60∙12=720 г/ч

 

.2 Тепловыделения от искусственного освещения

Вся энергия, затрачиваемая на освещение, переходит в теплоту, нагревающую воздух помещения. Частью энергии, нагревающей конструкции здания, можно пренебречь. Тепловыделение от источников искусственного освещения, Вт, определяется по формуле:

                 (5.1)

где  - нормируемая освещенность помещения, лк

- удельные тепловыделения от ламп, Вт/(м лк)

- площадь пола помещения, м т

- доля теплоты, поступающей в помещение. Если осветительная арматура и лампы установлены на некотором расстоянии от потолка =1.

Тепловыделения от источников искусственного освещения учитываются в холодный и переходные периоды года.

Люминесцентные лампы.

=200 лк, =833 м², =0,067Вт/(м лк),=1;

 

.3 Теплопоступления в результате солнечной радиации

Величина теплового потока солнечной радиации на плоскость, перпендикулярную солнечным лучам, за пределами земной атмосферы- 1600Вт/м². Атмосфера рассеивает этот поток и на плоскость на уровне земли солнечной теплоты попадает значительно меньше.

Тепловой поток солнечной радиации, попадая в помещение, в основном через окна, нагревает строительные конструкции и оборудование, а затем за счет конвекции повышает температуру внутреннего воздуха.

При проектировании системы вентиляции учитываем поступление теплоты солнечной радиации через световые проемы и покрытия с учетом занятости помещения людьми.

Расчет ведется по параметрам наружного воздуха "А" для теплого периода года.

Для зданий, у которых отсутствуют затеняющие устройства, в зависимости от расчетного часа суток и ориентации, остекление может облучаться солнцем или находиться в тени. Когда окна облучаются солнечной радиацией формула будет иметь вид:

                                               (5.2)

где - площадь заполнения световых проемов, освещенных солнцем, м

- коэффициент относительного проникновения солнечной радиации через заполнение светового проема, отличающееся от обычного одинарного остекления, (для тройного остекления можно принимать =0, 9).

- тепловой поток, поступающий в помещение через 1 м² одинарного стекла, освещенного солнцем, Вт/м² .

;                                       (5.3)

- поступление теплоты, Вт/м² , соответственно прямой и рассеянной солнечной радиации, определяемая по максимальным значениям или исходя из расчетного часа, в зависимости от географической широты и ориентации окон. [1]

коэффициент, учитывающий затенение остекления переплетами и загрязнение атмосферы. Для окон с двойным остеклением в металлических переплетах, облучаемых солнцем, =0,54.

- коэффициент, учитывающий затенение стекла: для промзданий=0,9.

Окна облучаются солнцем:

Для Ю-З:

Вт/м²; Вт/м²;

Qmax^B=314,4-96-0,9=27164,2 Вт.

Принимаем большее значение, т.е. Q_max=27164,2Вт.

Расчетные теплопоступления в помещение с учетом аккумуляции теплоты внутренними ограждающими конструкциями:

;                                    (5.4)

где - площади отдельных внутренних стен помещения, м²;

- соответственно площади потолка и пола, м²;

 -коэффициенты, учитывающие аккумуляцию теплоты внутренними стенами, потолком и полом.[1],

4.4 Теплопоступление через покрытие

При проектировании вентиляции теплопоступления через покрытие можно определить по среднесуточным значениям q₀, Вт:

;                                 (5.5)

- площадь покрытия, м² ;

сопротивление теплопередаче покрытия, (м²'К)/Вт, определяемое теплотехническим расчетом;

-условная среднесуточная температура наружного воздуха,°С, определяемая по формуле:

- средняя температура июля,°С;

-температура уходящего воздуха, определяемой по формуле:

с- коэффициент поглощения теплоты солнечной радиации наружной поверхности покрытия,

среднесуточный тепловой поток суммарной (прямой и рассеянной) солнечной радиации, поступающей в июле на горизонтальную поверхность, Вт/м ,зависит от географической широты,

коэффициент теплоотдачи наружной поверхности покрытия, Вт/(м²К):

v- расчетная скорость ветра для теплого периода года.

F=833 м², =3(м^2оС)/Вт,

;

 

.5 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.

Так как не вся энергия, поступающая в электродвигатель, используется полезно, коэффициент полезного действия электродвигателей всегда меньше единицы. Его величина зависит от мощности электродвигателя. Для N=3-10 кВт - з=0,8-0,95.

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

где - суммарная установочная мощность электродвигателей;

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

- коэффициент полезного действия электродвигателя.

Тепловой баланс составляют на основе расчетов теплопоступлений и теплопотерь во все периоды года. В разделе теплопоступлений в холодный и переходный периоды года учитывают теплопоступления от освещения, людей, оборудования, а также теплопоступления от дежурного отопления в холодный период и теплопотери в переходный период. В теплый период учитываются теплопоступления от солнечной радиации, людей и оборудования. Составляем тепловой баланс, который сводится в таблицу 2.

Таблица 2 Тепловой баланс

Цех	Период	Теплопотери, Вт	Тепловыделения от ДО, Вт	Сумма теплопоступлений, Вт	Избытки, недостатки тепла с учетом работы ДО, Вт	Избытки, недостатки тепла без учета работы ДО, Вт
фрез	теплый	-	-	+40674,4	-	+40674,4
	переходный	-13237,9	-	+40490,2	-	+27252,3
	холодный	-55599,1	+33636,8	+40490,2	+18527,9	-15108,9

Анализ данной таблицы показывает, что в цехе фрез следует применить дежурную систему отопления, которая будет работать круглосуточно в холодный период. Из-за не больших теплопоступлений 40490,2Вт можно применить систему отопления, которая в рабочее время будет полностью компенсировать теплопотери 55599,1Вт и обеспечит температуру рабочей зоны равной нормируемой с избытками теплоты 18527,9 Вт, которые можно разбавлять за счет недогрева приточного воздуха. В переходный период имеются значительные избытки тепла, даже при отсутствии системы дежурного отопления равные 27252,3Вт. Очевидно, что в рабочее время в этом цехе в переходный период система отопление должна быть отключена, а избытки теплоты в размере 27252,3 Вт следует разбавлять недогревом приточного воздуха

Для промышленного здания запроектируем водяную систему отопления с чугунными радиаторами. Прокладку распределителей и сборных магистралей осуществляем открыто, систему отопления проектируем тупиковую с горизонтальной разводкой, отопительные приборы размещаем под световыми проемами. Уклон труб устраиваем против направления движения воды.

Узел ввода теплосети в цех представляет собой 2 гребенки: подающую и обратная. Гребенки подают теплоноситель в систему отопления, на технологические нужды и в калориферы приточной камеры системы вентиляции.

5. Выбор и описание системы отопления. Расчет системы отопления поверхности нагревательных приборов и трубопроводов

Для производственного здания запроектируем систему отопления с чугунными радиаторами типа МС140-108

Систему отопления проектируем тупиковую с горизонтальной разводкой. Отопительные приборы размещаем под световыми проемами. Уклон труб устраивают против направления движения воды.

Узел ввода теплосети в промышленном цеху представляем собой две гребенки подающая и обратная, имеющие запорную арматуру и КИП.

Гребенки подают теплоноситель в систему отопления на технологические нужды и на калориферы.

Принимаем к установке чугунные радиаторы типа МС140- 108, установленные открыто в цеху промышленного здания. Параметры теплоносителя воды t_под=150°С , t_обр=70 ° С. Система отопления поддерживает в нерабочее время в цеху температура +5°С . Приборы подключены «сверху-вниз». Теплоотдачу труб и подводок не учитываем.

Нагрузка на систему отопления:

Требуемый номинальный тепловой поток :

где - необходимая теплопередача прибора в помещении, определяемая:

где- теплопотери помещения; m- число мест установки радиаторов;

- комплексный коэффициент при ведения номинального теплового потока прибора к расчетным условиям:

где - разница средней температуры воды в приборе и температуры окружающего воздуха

- расход воды в приборе:

- коэффициент учета атмосферного давления, для Беларуси;

- коэффициент учета направления движения ьеплоносителя:

где а=0,006 для радиаторов;

- температура воды входящей в прибор и выходящей из него, принимаем равными

экспериментальные числовые показатели, зависящие от расхода теплоносителя в приборе и от схемы подключения прибора:

Определим число секций радиатора:

где - номинальный условный тепловой поток одной секции радиатора, для МС140-108 равен 185Вт;

 - коэффициент учета числа секций радиатора, принимается равным 0,96.

6. Определение типа и производительности местных отсосов

Местная вытяжная вентиляция предназначена для удаления вредных веществ непосредственно у мест их выделения через специальные устройства (местные отсосы). При этом достигается максимальный эффект при минимальном количестве удаляемого воздуха.

В зависимости от взаимного расположения местного отсоса и источника вредностей различают

отсосы открытого типа, когда местный отсос находится на некотором расстоянии от источника вредностей и окружающий воздух свободно подтекает к отверстию местного отсоса (вытяжные зонты, зонты- козырьки, боковые и нижние отсосы); к - полуоткрытые отсосы представляют собой укрытие, внутри которого находится источник вредностй, укрытие имеет открытый проем (вытяжные шкафы, укрытия у вращающихся режущих инструментов); полностью закрытые укрытия представляют собой часть технологического оборудования с небольшими отверстиями или неплотностями для поступления через них воздуха из помещения.

Отдельную группу составляют активированные отсосы, представляющие собой комбинацию отсоса и местного притока воздуха, локализующего зону вредных выделений.

Эффективность местных отсосов зависит от их конструкции. При выборе конструкции отсоса необходимо учитывать следующие требования:

местный отсос должен быть максимально приближен к источнику вредностей, но при этом не мешать технологическому процессу; I - всасывающее отверстие должно располагаться так, чтобы поток вредностей минимально отклонялся от своего первоначального направления (горячие газы должны удаляться вверх, холодные, тяжелые газы и пыль - вниз), при этом удаляемый воздух не должен пересекать зону дыхания работающего человека; - конструкция местного отсоса должна быть простой и иметь небольшое аэродинамическое сопротивление.

При подборе местного отсоса необходимо выбрать его конструкцию и определить расход удаляемого воздуха.

Размеры зонта-козырька принимают конструктивно: вылет 1,4-1,8 высоты загрузочного отверстия, ширина равна ширине отверстия плюс 0,1 м с каждой стороны, температура воздуха, удаляемого через зонты-козырьки от проемов электропечей, при естественной тяге не должна превышать 350°С а при механической- 150°С (t_СМ) [18].

Рассчитаем зонт-козырек у загрузочного отверстия моечной машины. Размер отверстия b=0,8м, h=0,6м, t_в=18°С,температура в машине t_о=80°С. Воздух удаляется системой механической вентиляции t_см=60°С. Барометрическое давление 745 мм рт ст.

Плотности воздуха:

Коэффициент, определяющий какая часть отверстия(по высоте) работает на приток:

Высота рабочего отверстия.работающего на приток:

тогда площадь отверстия, работабщего на приток:

Среднее по высоте отверстия избыточное давление:

Скорость выхода газов из загрузочного отверстия:

Массовый расход газов:

Из уравнения теплового баланса

где  находим массовое количество воздуха:

Объемный расход смеси и газов:

Ширина зонта-козырька b_з=0,2+0,8=1 м; вылет l_з=0,6·1,4=0,84м.

Панели равномерного всасывания конструкции С.А. Чернобережного применяют у тепловых источников и при сварочных работах на стационарных постах: столы сварщика, электромонтажника и пайщика, ванна для закалки в масле, вулканизация и др. Панели бывают односторонние и двухсторонние, размеры, мм: 600x645; 750x645; 900x645; соответственно площадь живого сечения0,09; 0,11; 0,13 (для двухсторонних панелей площадь живого сечения в 2 раза больше). Ширина панели выбирается на 100-200 мм меньше ширины стола.

Для 4 сварочных столов расход удаляемого через панель (размером 900х650мм, f_ж.с=0,13м²) воздуха находится:

L=f_ж.с.·𝑣·3600=0,13·4·3600=1870·4стола=7480м³/ч;

Защитно-обеспыливающие кожухи устанавливаются над заточными станками. Расход воздуха, удаляемого местными отсосами м³/ч:

L=2d=2·300=600м³/ч;

Для двух дисков равен 1200м³/ч;

Общий расход воздуха удаляемый местными отсосами:

L_м.о.=7480+1200·4+1100·6=18880м³

7. Расчет воздухообмена для трех периодов года

Расчетная наружная температура зимой  летом

Суммарная производительность местных отсосов L_мо =26240 м³/ч. Объем цеха V=6330 м³, высота 7,6 м.

Поступление влаги и вредных веществ незначительны. Приточный воздух подается сверху-вниз воздухораспределителями, установленными на высоте 2,5 м, удаление воздуха- местными отсосами из рабочей зоны, и общеобменной вентиляцией из верхней зоны. Из-за наличия эффективных местных отсосов у станков поступление пыли в рабочую зону незначительно.

Теплый период:

t_р.з.=+25,2°C,∑Q_изб=40674,4кДж/ч.

Расход приточного воздуха определяем по выражению:

                              (8.1)

Кратность воздухообмена:

K=28990/6330=4,6

Следует, что установка крышных вентиляторов требуется, т.е. 28990 м³ /ч забирается из нижней зоны местными отсосами, а 10110м³ /ч из верхней зоны, крышными вентиляторами. Данное количество воздуха будет удалять два крышных вентилятора № 5. Приточный воздух в теплый период будет поступать в цех через нижние фрамуги окон за счет разряжения, создаваемого вытяжными установками.

Переходный период:

t_р.з.=18°C, ∑Q_изб= 27252,3 кДж/ч, t_np=9°C.

Как видно, в числителе второго слагаемого получается отрицательная величина.

Определяем расход воздуха для вентиляции верхней зоны. При высоте помещения 7,6 м из верхней зоны необходимо удалять не менее однократного часового воздухообмена так как в сварочных цехах выделяется значительное количество вредных газов, а часть из них, не уловленная местными отсосами, накапливается в верхней зоне помещения. Примем кратность для верхней зоны 1,5. Тогда L_ух=(6 • F)1,5= (833 • 6)1,5 =7520м³/ч, которую в этот период будут обоеспечиванить два вентилятора расчитанные по летнему периоду и при необходимости можно закрыть один.

Расход приточного воздуха:

L_np = L_мо + L_yx= 18880 + 7520 = 26400м³/ч.

Уточняем температуру

Холодный период: избытки явной теплоты в рабочее время при работающей системе дежурного отопления=18527,9кДж/ч.

Количество приточного воздуха принимаем по      переходному периоду L_np= 26400м³/ч

Искомой величиной является t_np:

Определяем расход теплоты на калориферы:

8. Описание принятых решений систем приточно-вытяжпой вентиляции в проектируемом здании

В летнее время удаление воздуха из верхней зоны обеспечивает два крышных вентилятора ВКР5,00.45.6 , с производительностью 5200 м³/ч каждый. Остальное количество воздуха удаляется из рабочей зоны местными отсосами от технологического оборудования.

Приток в теплый период- естественный через нижние фрамуги окон.

В переходный и зимний периоды удаление воздуха из верхней зоны обеспечивает также обеспечивает два крышных вентилятора ВКР5,00.45.6, из нижней зоны -местные отсосы.

Приточный воздух нагревается в калорифере и подается воздушными струями, наклоненными вниз под углом 15 °, через воздухораспределители приколонные регулируемые веерного типа- НВР, смонтированные на высоте 2,5 метра.

Приточная камера расположена на специальной площадке на отметке 3,5м. Воздухозаборные решетки -металлические, типа СТД5289, устанавливаются в наружной стене на отметке 4 метра.

9. Расчет раздачи приточного воздуха

В цехе фрез со сварочными столами с незначительными теплоизбытками и высотой Н_р=7,6 м принята раздача охлажденного воздуха струями, наклоненными вниз под углом 15 ̊,через приколонные регулируемые воздухораспределители веерного типа НРВ Кратность воздухообмена в помещении 4,5 1/час( из расчета воздухообмена). Подачу воздуха рекомендуется осуществлять с высоты не более 4 м при кратности 3-5 1/час при большей кратности с высоты более 4 м (высота установки ВР над рабочей зоной определяется расчетом). Модуль помещения выбранный для размещения ВР, -12х11,4. запроектировано установить по два ВР в каждом из 6 модулей. Расход воздуха на один ВР L_o=2930 м³/ч, значение которой рассчитано в зависимости от общего расхода и плошади приточной системы, △t₀=t_р.з.-t₀=2,1 ̊C. Работа средней тяжести IIб. V_H=0,4 м/с, △t_н=2 ̊С, K=1,8. Равномерное распределение параметров воздуха в рабочей зоне. и отсутствие плохо вентилируемых зон достигается в случае подачи воздуха по данной схеме при соотношение большей в=12 м и меньшей а=11,4 м сторон модуля меньше 2, т.е. в≤2а. Скоростной коэффициент m=2, температурный n=1,6 ,о=3.

Определим расчетную площадь ВР А₀, задаваясь V₀ м/с в рекомендуемых пределах 5-11 м/с [1]/ Принимаем V=6 м/c

тогда

Принимаем ближайший по площади НРВ-2

А₀=9(0,056∙2)=1,34 м².

Уточняем V₀=26400/(3600∙1,34)=5,5 м/с

Согласно [3], при данном способе раздачи воздуха коэффициенты К_с ,К_вК_н , К_с^т можно принять равными 1, путь развития струи Х принимаем равным 0,7 от длины половины диагонали модуля [3]

.

Находим скорость воздуха при входе в рабочую зону по формулам:

.

С учетом К=1,8V_x может быть 1,8х0,45=0,8 м/с.

;

Высоту установки ВР, обеспечивающую требуемую скорость движения воздуха и допускаемое отклонение температуры при входе струи в рабочую зону и начальном наклоне струи 15 ̊ к горизонтали при подаче охлажденного воздуха, определяем по формуле из [3]:

;

где Н- геометрическая характеристика струи , определяемая:

тогда

 или от пола 2,5 м

Что соответствует рекомендациям [3]. Потеря давления в НРВ-2 при о=3

10. Аэродинамический расчет приточной и 1-й вытяжной системы с механическим побуждением

Аэродинамический расчёт воздуховодов систем приточно-вытяжной вентиляции общего назначения осуществляют методом удельной потери давления. Расчет производится для определения давления вентилятора, обеспечивающего расчетный расход воздуха по всем участкам вентиляционной сети и размеров поперечных сечений воздуховодов при заданном расходе воздуха, L, м³/ч, и скорости,V, м/с, на участке.

Аэродинамический расчет вентиляционной системы состоит из двух этапов: расчета участков основного направления магистрали и увязки всех остальных участков системы.

Общие потери давления, Па, в сети воздуховодов для стандартного воздуха (t=18°C и с=1,2 кг/м³) определяется по формуле: Rl+Z,

R - потери давления на трение на расчетном участке сети, Па, 1м [1];

l - длина участка воздуховода,-м;

Z - потери давления на местные сопротивления на расчетном участке сети, Па:

∑о- сумма коэффициентов местных сопротивлений на расчетном участке воздуховода.

При расчете приточной установки применяются приколонные регулируемые воздухораспределители веерного типа НРВ. Приточная камера располагается на площадке на высоте 3,5 м от пола, при этом воздух забирается через оконный проем цеха. В этом проеме устанавливаются неподвижные штампованные жалюзийные решетки типа СТД о_реш=1,2, V_ж.с.-не более 5 м/с. Принимаем V_ж.с=4,8 м/с, тогда суммарное живое сечение для прохода воздуха:

Принимаем к установке решетку типа СТД 5289 размером 150x580 (h),, тогда число решеток  , уточняем

;

Устанавливаем решетки по вертикали в 2 ряда, по горизонтали- в 14 рядов. В этом случае размер приточного проема 1160x2100(h).

Расчет приточной установки П1 для цеха фрез приведён в таблице 4.

В качестве вытяжной системы рассчитываем установку В2.

К расчету принята вытяжная система В2 состоящая 4 панелей равномерного всасывания конструкции С.А.Чернобережного.

При увязке ответвлений расхождение в потерях давления не более 20%, если воздух поступает одно помещение(цех) и не более 10%, если в разные помещения.

Расчетные данные сводим в таблицу 3.

Расчет факельного выброса

Исходные данные: H_ф= 10,8м; наименьшая по периодам скорость ветра V_в=3,3м/с, диаметр подводящего патрубка D=0,5м, L=7480м³/ч. К.М.С. факельного выброса равен 1,6. Находим скорость воздуха на выходе из факельного выброса

V₀=0,53 H_фV_в/D=0,53·10,8·3,3/0,5=37,78 м/с.

Диаметр факельного выброса d_ф=1,88·10^-2·1,88·10^-2·

Потеря давления в факельном выбросе

.

Общая потеря давления в вентустановке, удаляющей воздух от сварочных постов:

P=P_сети+P_ф=1370+282,75=1652,75 Па.

Таблица 3. Аэродинамический расчет вытяжной системы В2

№уч.	L,м3/ч	l,м	d,мм	V, м/с	R, Па/м	Rl,Па	Рд,Па	Уо	Z=УоРд	Rln+Z
ПРВ	1870			4			9,60	1,2	11,52	11,52
1	1870	6,5	280	8,4	2,9	18,85	42,34	1,8	76,20	95,05
2	3740	2	355	10,6	3,21	6,42	67,42	0,6	40,45	46,87
3	7480	7	500	10,6	2,1	14,7	67,42	1,7	114,61	129,31
									У	282,75
Р4расп=У(Rln+Z)1,ПРВ=11,52+95,06=106,6 Па
ПРВ	1870			4			9,60	1,2	11,52	11,52
4	1870	2,5	280	8,4	2,6	6,5	42,34	1,8	76,20	82,70
									У	94,22
								Невязка	12	%
У(Rln+Z)1,2=У(Rln+Z)5,6= 153,44Па

Таблица 4Аэродинамический расчет приточной системы П1

№уч.	L,м3/ч	l,м	d,мм	V, м/с	R, Па/м	Rl,Па	Рд,Па	Уо	Z=УоРд	Rln+Z
НРВ-2	2930			5,50			18,15	3	54,45	54,45
1	2930	13,9	450	5,88	0,80	11,11	20,76	0,6	12,46	23,57
2	5860	11,4	560	6,39	0,71	8,10	24,51	0,65	15,93	24,03
3	8790	15	630	7,17	0,76	11,34	30,82	0,7	21,58	32,91
4	17580	6,3	710	9,29	0,91	5,71	51,73	0,6	31,04	36,75
5	26370	3,3	900	11,80	1,25	4,13	83,54	1,2	100,25	104,38
СТД 5289	26370			5,00			15,3	1,2	18,36	18,36
									У	294,45
Р6расп=У(Rln+Z)1,НРВ=78,02 Па
НРВ-2	2930			5,5			18,15	3	54,45	54,45
6	2930	3,5	450	5,88	0,80	2,80	20,74	0,75	15,56	18,36
									У	72,81
							Невязка	7	%
Р7расп=У(Rln+Z)2,1,НРВ=102,1 Па
НРВ-2	2930			5,5			18,15	3	54,45	54,45
7	2930	3,5	450	5,88	0,80	2,80	20,74	1,2	24,89	27,69
									У	82,14
					Невязка	38	%	диафрагма ø371 (о1,12)
У(Rln+Z)8,9,10=134,96 Па
НРВ-2	2930			5,5			18,15	3	54,45	54,45
8	2930	13,9	450	5,88	0,80	11,12	20,74	0,6	8,32	19,44
9	5860	11,4	560	6,39	0,71	8,09	24,50	0,65	15,92	24,02
10	8790	3,8	630	7,17	0,76	2,89	30,85	0,7	21,59	24,48
									У	122,39
								Невязка	9	%
Р 11,12,13расп=У(Rln+Z)4,3,2,1,НРВ=171,71 Па
НРВ-2	2930			5,5			18,15	3	54,45	54,45
11	2930	13,9	450	5,88	0,8	11,12	20,74	0,6	8,32	19,44
12	5860	11,4	560	6,39	0,71	8,09	24,50	0,65	15,92	24,02
13	8790	7,2	630	7,17	0,76	5,47	30,85	1	30,85	36,32
									У	134,23
								диафрагма ø506 (о1,3)

11. Подбор вентоборудования: вентилятора, калорифера

 

.1 Подбор калорифера

Необходимо подобрать калориферную установку для нагревания L=29100 м³/ч воздуха от температуры t_H=-24 °С до t_K=15,9 °С. Теплоноситель -перегретая вода с параметрами t_под=150 °С; t_обр=70 °С. Плотность воздуха при t_K=15,9 °С с=1,18 кг/м³.

Определяем количество теплоты, необходимой для подогрева приточного воздуха:

где L- объемное количество нагреваемого воздуха, м /ч;

 - плотность воздуха, кг/м , при температуре t_K;

с - удельная теплоемкость воздуха, равная 1, кДж/(кг°С);

t_к- температура воздуха после калорифера, °С;

t_н- температура воздуха до калорифера, °С

Задаемся массовой скоростью  и находим требуемое живое сечение калориферной установки для прохода воздуха

Принимаем к установке предварительно один калорифер КВС 11Б- П, для которого, , площадь сечения для прохода теплоносителя, площадь поверхности нагрева со стороны воздуха F_н= 80,3 м².

Одновременно будем вести расчет и для других типов калориферов: КВБ, КСк. Для КСк рекомендуется задаваться массовой скоростью в пределах 3-8 кг/(м²-с). Пусть , тогда

КВБ 10 Б-П , , F_н=37,48 м², А=16,91 м²;

КВС 11 Б-П , , F_н=80,3 м²,А=19,08 м²;

КСк 3-11, , F_н=83,12 м²,А=34,25 м²;

КСк 4-11, , F_н=110,05 м²,А=37,15 м².

Определяем действительную массовую скорость:

КВБ 10 Б-П

КВС 11 Б-П

КСк 3-11

КСк 4-11

Определяем массовый расход воды в калориферной установке:

где С_ж - удельная теплоемкость воды С_ж=4,19 кДж/(кг-°С);

Определяем скорость движения воды в трубках калорифера:

КВБ 10 Б-П        

КВС 11 Б-П       

КСк 3-11   

КСк 4-11   

По найденным значениям и находим коэффициенты теплопередачи калориферов:

КВБ 10 Б-П         =8,4кг/(м²·с); = 1м/с; К= 46,88 Вт/(м²-°С);

КВС 11 Б-П        =5,8 кг/(м²·с); = 0,4 м/с; К= 38,31 Вт/(м²-°С); ^:

КСк 3-11    =5,8кг/(м²·с); = 0,4 м/с; К= 54,94 Вт/(м²-°С);

КСк 4-11    =5,8кг/(м²·с); = 0,3 м/с; К= 51,16 Вт/(м²-°С);

Определяем требуемую поверхность нагрева калорифера:

КВБ 10 Б-П        

КВС 11 Б-П       

КСк 3-11   

КСк 4-11   

Определяем общее число устанавливаемых калориферов:

КВБ 10Б-П          n=

КВС 11 Б-П        n=

КСк 3-11    n=

КСк 4-11    n=

Округляем число калориферов до ближайшего целого и находим действительную площадь поверхности нагрева калориферной установки:

КВБ 10 Б-П        

КВС 11 Б-П       

КСк 3-11   

КСк 4-11   

Определяем процент запаса поверхности нагрева калориферных установок:

КВБ 10 Б-П        

КВС 11 Б-П       

КСк 3-11   

КСк 4-11   

Аэродинамическое сопротивление калориферных установок ∆Р_К, Па, зависящее только от массовой скорости:

КВБ10 Б-П          =9 кг/(м² с); ∆Р_К = 197,11·3=590 Па;

КВС 11 Б-П        = 9 кг/(м²-с); ∆Р_К = 91,91·2=180Па;

КСк 3-11    =6 кг/(м² с);    ∆Р_К = 161,26 Па;

КСк 4-11    =6 кг/(м²-с);    ∆Р_К = 187,94 Па;

Таблица 5. Подбор калориферов

Тип калорифера	Fд, м2	Fтр, м2	% запаса	Рк, Па
КВБ10 Б-П	112,44	80,2	40	590
КВС 11 Б-П	160,6	98,2	64	180
КСк 3-11	83,1	68,5	21	161,26
КСк 4-11	110,1	73,5	50	187,94

Из данной таблицы видно, что предпочтение следует отдать калориферу КСк 3-11 , как имеющему оптимальный процент запаса и наименьшее аэродинамическое сопротивление.

 

.2 Подбор вентилятора

Необходимо подобрать вентилятор и электродвигатель для приточной системы П1промышлен-ного здания при следующих параметрах: расход воздуха с учетом 10% запаса L=29100 м³/ч, развиваемое полное давление Р_с=510Па. По сводному графику характеристик вентиляторов ВЦ 4-75(исполнение 1) выбираем комплект Е10. 100-1. Комплект состоит из радиального вентилятора ВЦ 4-75 №10 на одном валу с электродвигателем 4А160S8 мощностью 7,5 кВт и числом оборотов 730об/мин, КПД вентилятора 0,81. Проверяем требуемую мощность на валу электродвигателя:

где  - КПД вентилятора в рабочей точке характеристики;

- КПД передачи  = 1- для исполнения 1.

С учетом коэффициента запаса мощности, зависящего от N и принимаемого при N>5кВт,

К_з=1,1, находим установочную мощность электродвигателя:

N_y=K₃-N= 1,1• 4,93 = 5,8кВт,

что меньше мощности принятого двигателя

Для вытяжной системы В2 к установке принимаем комплект E 6,3.105-2, состоящий из радиального вентилятора В.ЦП 4-75-6,3 с D_ном=1,05D с числом оборотов n=1455 об/мин, расположенном на одном валу с электродвигателем 4А132S4 мощностью 7,3 кВт и числом оборотов 1455 об/мин.

12. Расчет воздушно-тепловой завесы

Воздушные тепловые завесы устраивают в зданиях для обеспечения требуемой температуры воздуха рабочей зоны и на постоянных рабочих местах, расположенных вблизи ворот и у дверей.

У ворот промышленных зданий устраивают воздушные завесы шиберного типа, которые в результате частичного перекрытия проема воздушной струей, сокращают прорыв наружного воздуха через открытый проем, а в помещение поступает смесь холодного наружного с нагретым воздухом воздушной завесы. При этом температура смеси должна быть равна нормируемой температуре вблизи ворот. Температуру смеси воздуха, поступающего в помещение при работе воздушной завесы следует принимать не менее: 14°С- при легкой работе; 12°С- при работе средней тяжести; 8°С- при тяжелой работе.

У ворот промышленных зданий обычно устанавливают боковые двухсторонние завесы шиберного типа, с расположением вентилятора и калорифера на вертикальном коробе для выпуска воздуха. Воздушная струя направляется под углом 30° к плоскости проема. Высота щели равна высоте проема. Необходимо рассчитать боковую двухстороннюю завесу у наружных распашных ворот размером 3,6x3,2 м в одноэтажном производственном здании высотой 7,6м без фонарей. Приток и вытяжка сбалансированы. Температура наружного воздуха (параметры Б) t_H=-24°C, температура в рабочей зоне t_p.з=18°C. Работа относится к категории средней тяжести t_см=12⁰С.Расчетная скорость ветра зимой 𝑣_в = 3,1м/с.

Общий расход воздуха, кг/ч, подаваемой завесой шиберного типа, определяется по формуле

_;

где - отношение количества воздуха, подаваемого завесой, к количеству воздуха, проходящего через ворота, можно принимать q=0,6-0,7, принимаем 0,6 [3];

 - коэффициент расхода воздуха, проходящего через проем при работе завесы, принимаем jx_np=0,27;

 - площадь проема ворот, F_np =3,6x3,6=12,96 м²;

 - плотность смеси воздуха при температуре, нормируемой в районе ворот, кг/м³; р_см=353/Т=353/(273+12)=1,24кг/м³.

- разность давлений воздуха с двух сторон наружного ограждения на уровне проёма, оборудованного завесой, Па.

,

где  поправочный коэффициент, учитывающий степень герметичности здания. Для здания без аэрационных проёмов =0,2. Гравитационное давление находим по формуле:

,

где - расстояние по вертикали от центра проёма, оборудованного завесой, до уровня нулевых давлений, где давление снаружи и внутри здания равны, м. Для зданий без аэрационных проёмов  можно принимать 0,5 высоты ворот, =0,5-3,6=1,8м;

-плотность наружного воздуха зимой, кг/м³

=353/(273-24)=1,42кг/м³

 - плотность воздуха при температуре помещения 18⁰С, кг/м³;

=353/(273+18)=1,21кг/м³

Ветровое давление, Па

,

Тогда,

;

_;

Согласно [3] принимаем к установке воздушную завесу шиберного типа ЗВТ1.00.000-02: производительность по воздуху G₃=28800 кг/ч, по теплу Q₃=232600 Вт.

Находим действительное значение из формулы (13.1):

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

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

Тепловая мощность калориферов воздушно-тепловой завесы:

где  - температура воздуха, забираемого для завесы, принимаем равной

Это близко к расчетной производительности (отклонение 6,3%).

 

Список использованной литературы

1.      Внутренние санитарно-технические устройства. В 3 ч. Ч. 1. Вентиляция и кондиционирование воздуха. Кн. 1/Б.В. Барканов, Н.Н. Павлов,С.С. Амирджанов и др.; Под ред. Н.Н. Павлова и Ю.И. Шиллера.-4-е изд.,перераб. И доп.-М.: Стройиздат, 1992.-319с: и л.-(Справочникпроектировщика).

.        Внутренние санитарно-технические устройства. В 3 ч. Ч. 2. Вентиляция и кондиционирование воздуха. Кн. 2/Б.В. Барканов, Н.Н. Павлов, С.С. Амирджанов и др.; Под ред. Н.Н. Павлова и Ю.И. Шиллера.-4-е изд.,перераб. И доп.-М.: Стройиздат, 1992.-416с: и л.-(Справочникпроектировщика).

.        Теплоснабжение и вентиляция. Курсовое и дипломное проектирование./Под ред. Проф. Б.М. Хрусталева-М.:Изд-во АСВ, 2005.-576с.,129ил.

.        СНиП 2.01.01-82 Строительная климатология и геофизика. - М:Стройиздат, 1983.

.        СНБ 2.04.01-97 Строительная теплотехника. - Мн.: 1998.-34 с.

.        Проектирование вентиляции промышленного здания. /Под. ред О.Д. Волков Харьков Изд-во «Выща школа»- 1989,.240с.