Проект опалення виробничого приміщення інфрачервоними трубчастими газовими обігрівачами

Проект опалення виробничого приміщення інфрачервоними трубчастими газовими обігрівачами

Міністерство освіти і науки України

ДЕРЖАВНИЙ ВИЩИЙ НАВЧАЛЬНИЙ ЗАКЛАД

«Придніпровська державна академія будівництва та архітектури»

Кафедра теплотехніки і газопостачання

КурсовИЙ ПРОЕКТ

з курсу «Удосконалення систем ТГПВ»

Варіант 11

Виконала:

Маскаль Т.

Перевірила:

доц. Солод Л.В.

Дніпропетровськ, 2013

Зміст

Вступ

Вихідні дані

. Визначення розрахункових теплових навантажень на теплопостачання об'єкта

. Попередній розрахунок економічного ефекту від застосування ІТГО для опалення об'єкту

. Підбір і розміщення обігрівачів

. Розрахунок поверхневої щільності променистого теплового потоку

. Розрахунок температурних подовжень ІТГО

. Розрахунок теплових потоків і середньої променистої складової ІТГО

. Розрахунок складу газоповітряної суміші

Література

Вступ

Теплопостачання виробничих приміщень завжди вважалося неординарним завданням. Завдання опалювання виробничих приміщень часто ускладнюється з причини того, що кожне виробниче приміщення створювалося під конкретний технологічний процес і на відміну від адміністративних і побутових приміщень вражає своїми розмірами і висотою. Дуже рідко можна зустріти виробниче приміщення що має в плані менше декількох тисяч квадратних метрів. Висота таких приміщень як правило складає 6-7 м, не винятком є і висота в 14-24 м. при цьому висота робочої зони, що власне і потрібно обігріти, складає всього 2 м.

Опалити традиційними способами такі будівельні монстри практично неможливо. Висока вартість обслуговування і низький ККД всієї системи зводить нанівець всі спроби опалювання виробничих приміщень. Кілометри трубопроводів схильних до електрохімічної корозії через наявність великої кількості блукаючих струмів, низька гідравлічна стійкість системи, висока інерційність просто розоряє власника такого приміщення.

Світова практика показує і доводить ефективність вживання децентралізованих систем теплопостачання. Одним з таких напрямів є використання для опалювання високих приміщень інфрачервоних обігрівачів. При використанні традиційних систем опалювання усе нагріте повітря спрямовується до перекриттів приміщення де і відбуваються втрати теплоти через верхній пояс периметра конструкцій, що захищають, не утеплену покрівлю і розбиті ліхтарі. Саме на ці тепловтрати доводиться 70-80% робіт системи теплопостачання. Інфрачервоні обігрівачі, розташовані в основному під перекриттям приміщення, працюють в інфрачервоному спектрі і не нагрівають повітря. Завдання інфрачервоних обігрівачів доставити тепло робочим і всьому що розташоване під ними шляхом випромінювання. Нагрітий випромінюючий елемент випускає нешкідливі електромагнітні хвилі які поглинаються твердими предметами, підвищуючи їх внутрішню енергію, які стають джерелами тепла безпосередньо на робочих місцях. Циркуляція повітря на висоті 2-2,5 м від рівня підлоги виключає теплообмін нагрітого повітря з холодними стінами і стелею приміщення, знижує тепловтрати і тим самим підвищує ефективність роботи системи інфрачервоного опалювання.

Система автоматичного управління, яка не вимагає постійного обслуговуючого персоналу, в сукупності з низькою інерційністю інфрачервоних обігрівачів дозволяє найефективніше підтримувати заданий температурний режим в опалювальному приміщенні і виключити перевитрату палива в нічний період, а також у вихідні дні. Надійна автоматика відстежує температуру приміщення з точністю до 0,5^оС і реагує на коливання температури зовнішнього повітря дозволяючи економити енергоресурси в найбільш теплі дні опалювального сезону.

Таким чином, ефективність заходів щодо вживання інфрачервоних обігрівачів може досягати до 65-70%, а термін окупності понижений до 2,5-3 років (у енергетиці цей термін складає 7 років).

тепловий опалення обігрівач газоповітряний

Вихідні дані

. Кліматологічні характеристики.

Місто Івано-Франківськ _зр =-20 ^оС- розрахункова температура зовнішнього повітря для системи опалення (температура найхолоднішої 5-денки забезпеченістю 0,92); _з.сер. =0,4 ^оС- середня температура зовнішнього повітря в опалювальний період (середня температура повітря періоду з середньою добовою температурою повітря <8 ^оС).

2. Виробниче приміщення:

Гальванічний цех.

Варіант 11

Висота приміщення h=8 м

3. Питомі теплові характеристики будинку на опалення (q_о) і вентиляцію (q_в) дорівнюють: _о=(0,64-0,52) Вт/(м³ К) _в =(3,49-2,33) Вт/(м³ К),визначаються в залежності від призначення приміщення і будівельного об'єму будівлі за зовнішнім обміром (V_н). _н =9216 м³

. Технічні характеристики інфрачервоних трубчастих газових обігрівачів (ІТГО), що застосовуються для опалення цеху.

ІТГО Schwank, Німеччина (U - U-образний)

Завдання. Розробити проект опалення виробничого приміщення інфрачервоними трубчастими газовими обігрівачами.

1. Визначення розрахункових теплових навантажень на теплопостачання об'єкту

Розрахункові теплові навантаження визначаються за укрупненими показниками [4].

. Розрахункове теплове навантаження на опалення:

де а - коефіцієнт, що враховує кліматичні умови (тепловий коефіцієнт), визначається за формулою =1,3+0,01*(-20)=1,1; t_o = t_зр=-20^оС_о; V_н - див. вихідні дані._i - розрахункова температура повітря всередині опалювального приміщення, для приміщень з інфрачервоним опаленням може бути прийнята на 2-4 ^оС нижче нормованої для виробничих приміщень (внаслідок наявності променистої складової ефективної внутрішньої температури), тобто 12-14 ^оС.

2. Розрахункове теплове навантаження на вентиляцію:

де q_в - див. вихідні дані.

. Сумарне теплове навантаження на систему опалення об'єкту:

2. Попередній розрахунок економічного ефекту від застосування ІТГО для опалення об'єкта

Розрахунок проводиться в порівнянні з централізованим опаленням даного об'єкта.

. Орієнтовна розрахункова витрата газу на опалення об'єкта.

Орієнтовну розрахункову витрату газу на опалення об'єкта можна визначити використовуючи співвідношення:

кВт ≈ 1м³/год газу. ΣQ+10%=1240,8+124=1365 кВт

ΣQ = 1365 кВт, то V_max ≈ 136,5 м³/год.

. Середня годинна витрата газу на опалення об'єкта:

- при використанні ІТГО

=124*(14-0,4)/(14+20)=49,6 м³/год (2.1)

значення t_i приймається для інфрачервоного опалення (див. п. 1.1.),

при централізованому опаленні

=136,5*(16-0,4)/(16+20)=59,15 м³/год (2.2)

значення t_i приймається для централізованого опалення (див. п. 2.1.),_зр, t_з.сер. - див. вихідні дані.

. Річна витрата газу на опалення об'єкта, м³/рік.

при використанні ІТГО

=49,6*24*30*6=212976 м³/год (2.3)

при централізованому опаленні

 =59,15*24*30*6=255528 м³/год (2.4)

де 24 - кількість годин у добу,

- кількість днів місяця,

- кількість місяців опалювального періоду.

4. Економія газу (Е) та економічний ефект (ЕЕ).

=255528-212976=42552 м³/рік. (2.5)

Економічний ефект при комерційній ціні на газове паливо 5 грн. за 1 м3 (2013 р.):

ЕЕ=Е × 5=42552*5=212760 грн./рік. (2.6)

3. Підбір і розміщення обігрівачів

Із модифікацій ІТГО свого варіанту підбираємо обігрівачі для забезпечення сумарного теплового навантаження ΣQ=1240,8 к Вт, розрахованого в п. 1.3. і розміщаємо їх на плані опалювального приміщення.

Приймаємо до установки обігрівачі виробника Schwank U-подібні,

номінальною тепловою потужністю 60 кВт, у кількості 21 шт.,

ΣQ=60*21=1260 кВт

Таблиця 3.1. Мінімальна висота розміщення ІТГО

. Розрахунок поверхневої щільності променистого теплового потоку

Розрахунок необхідно провести:

. за умови знаходження людини безпосередньо під центром ІТГО для обігрівачів всіх модифікацій прийнятих до установки в курсовому проекті,

. для 1-2-х характерних точок в зоні дії ІТГО, в яких може перебувати людина в даному приміщенні. Ці точки необхідно визначити самостійно або проконсультуватися з викладачем.

Поверхнева щільність променистого теплового потоку в точці 1, Вт/м² [5]:

*2=(1,8*5,7²*8,23)/5,96⁴*(((273+ 220)/100)⁴-92)*2= =380 Вт/м² (4.1)

де Δz - відстань від голови людини до центру випромінювача по нормалі до його поверхні, м, =7,4-1,7=5,7 м (1,7 - середній ріст людини, м);_п =14,098*0,584=8,23 м²- площа поверхні випромінювання, (довжина ІТГО × ширина ІТГО);- відстань між центром ІТГО і головою людини,  м, Δ х, Δy, - різниця координат центрів площадок відповідно по осі X і Y, м, визначаються для характерних точок за планом приміщення з розміщеними на ньому обігрівачами, виконаному в масштабі.;_п - температура випромінюючої поверхні ІТГО, ^оС, прийняти за таблицею в залежності від потужності і довжини ІТГО прийнятих для опалення даного об'єкта в п. 3.

Середня температура випромінюючої поверхні ІТГО, ^оС

Параметри Δх, Δy, Δz, R схематично показані на Рис. 4.1.

Рис. 4.1. Схема до розрахунку поверхневої щільності променистого теплового потоку

Очевидно, що якщо людина знаходиться безпосередньо під центром ІТГО, то Δх = 0 і Δy = 0 та формула для визначення J приймає вигляд:

=(1,8*8,23)/5,7²*(((273+ 220)/100)⁴-92)=227,4 Вт/м²

. Розрахунок температурних подовжень ІТГО

Температурне подовження ІТГО, мм:

=0,013*14,098*(220-14)=37,75 мм (5.1)

де α_t - коефіцієнт температурного подовження труби - випромінювача ІТГО, для сталевих труб при температурі 100-450 ^оС можна прийняти рівним 0,013 мм/(м ^оС);- довжина ІТГО, м (див. вихідні дані).

. Розрахунок теплових потоків та середньої променистої складової ІТГО

. Конвективний тепловий потік, Вт:

=8,08*6,64*(220-14)=11052,12 Вт (6.1)

де α - коефіцієнт тепловіддачі від ІТГО повітрю приміщення, Вт/(м^{2 о}С);

=3,14*0,15*14,098=6,64 м²- площа поверхні труби-випромінювача ІТГО, м² (d = 0,15 м - діаметр труби-випромінювача ІТГО).

=(47,6*2,546*10^-2)/0,15=8,08

λ_п =2,546*10^-2- коефіцієнт теплопровідності повітря при t_i, Вт / (м ^оС);е = d = 0,15 м - еквівалентний діаметр труби - випромінювача ІТГО;- критерій Нуссельта, що визначається за критеріальним рівнянням:

=0,5*(112578644*0,704)^0,25*(0,704/0,6788)^0,25=47,6

де Gr_п - критерій Грасгофа повітря приміщення, що визначається за формулою:

=(9,81*0,15³)/(14,52*10^-6)²*3,48*10^-3*206=112578644,7

= 9,8 м/с² - прискорення вільного падіння,

υ_п =14,52*10^-6- коефіцієнт кінематичної в'язкості повітря при температурі t_i, м²/с,

=3,48*10^-3 - температурний коефіцієнт об'ємного розширення повітря, 1/К,

=220-14=206^оС - характерна різниця температур;_п - критерій Прандтля при температурі повітря ti,_ст - критерій Прандтля при температурі стінки труби-випромінювача t_п.

2. Променистий тепловий потік, Вт:

=5,67*0,7*6,64*((493/100)⁴-(287/100)⁴)=

=13780,1 Вт (6.2)

С₀ = 5,67 Вт/(м² К⁴) - коефіцієнт випромінювання абсолютно чорного тіла;

e ≈ 0,7 - ступінь чорноти матеріалу труби-випромінювача ІТГО;

Т_п = t_п + 273 =220+273=493 К - абсолютна середня температура випромінюючої поверхні ІТГО, К;_i = t_i + 273 =14+273=287 К - абсолютна розрахункова температура повітря всередині опалювального приміщення, К

3. Сумарний тепловий потік та середня промениста складова ІТГО:

сумарний тепловий потік

 =11052,12+13780,1=24832,2 Вт (6.3)

середня промениста складова ІТГО

=13780,1*100/24832,2=55,5 % (6.4)

7. Розрахунок складу газоповітряної суміші

. Витрати компонентів газоповітряної суміші.

Розрахунок проводиться по реакції горіння:

Газоповітряна суміш в ІТГО складається з продуктів згорання (вуглекислого газу -  і водяної пари - ) і повітря, яке в свою чергу складається з 78% азоту () і 22% кисню (). Таким чином, згідно з-ну Авогадро, розрахункові формули для визначення витрат компонентів газоповітряної суміші будуть наступні:

=2*6=12 м³/год;

=0,78*420=327,6 м³/год;

=0,22*420-2*6=80,4 м³/год. (7.1)

де  - витрата газу (), м³/год.;

 - витрата повітря, м³/год.;

 - визначається для кожного ІТГО виходячи зі співвідношення: 10кВт теплової потужності ≈ 1м³/год. газу.

Витрата повітря, м³/год. визначається по формулі:

 =10*6*7=420 м³/год (7.2)

де  - кількість повітря теоретично необхідна для спалювання 1 м³ газу (8,5-10 м³ повітря);

 - коефіцієнт надлишку повітря (для ІТГО можна прийняти = 6-9).

2. Об'ємний склад газоповітряної суміші.

Об'ємна частка i-го компонента суміші (,,,):

 =6/426=0,014  =12/426=0,028 (7.3)  =327,6/426=0,769 =80,4/426 =0,1887

де  - витрата i-го компонента суміші (; ; ; ), м³/год.,

 =6+12+327,6+80,4= 426 м³/год - витрата газоповітряної суміші.

1.    ДСТУ НБВ.1.1-27:2010 Будівельна кліматологія. - К: Мінрегіонбуд України, 2011. - 123 с.

2.       СНиП 2.04.05-91^*У. Отопление, вентиляция и кондиционирование.- Киев: КиевЗНИИЭП, 1996.- 89 с.

.         Єнін П.М. Теплопостачання (Частина I «Теплові мережі і споруди»). Навчальний посібник / Єнін П.М., Швачко Н.А. - К.: Кондор, 2007. - 244 с.

.         Розкин М.Я. Проектирование систем теплоснабжения промышленных узлов / Розкин М.Я., Козуля И.Э., Русланов Т.В. - К.: Будівельник, 1978. - 128 с.

.         Наумейко А.В. Энергоэффективные системы отопления / Наумейко А.В., Кузнецов П.В., Толстова Ю.И., Шумилов Р.Н. - Екатеринбург: ГОУ ВПО УПГТУ-УПИ, 2003. - 107 с.

.         Краснощеков Е.А. Задачник по теплопередаче: Учеб. пособие для вузов / Краснощеков Е.А., Сукомел А.С. - М.: Энергия, 1980. - 288 с.

.         Темный газовый обогреватель инфракрасного излучения. Техническое описание. - ADRIAN-RAD, Словакия, 2006. - 27 с.

.         Солод Л.В. Метод розрахунку і раціональні параметри інфрачервоних трубчастих газових обігрівачів: автореф. дис. на здобуття наук. ступеня канд. техн. наук : спец. 05.23.03 «Вентиляція, освітлення та теплогазопостачання» / Л.В. Солод. - Дніпропетровськ, 2011. - 20 с.

. http://www.esco-infra.com.ua