КУРСОВАЯ РАБОТА по дисциплине «Управление объектами энергопотребления»

На тему:

«Кондиционирование воздуха промышленных предприятий»

Донецк 2010

Исходные данные

Объект расчета — здание производственного цеха с техническим чердаком и сеткой колонн 18?12 м. Цех освещен люминесцентными светильниками, встроенными в перекрытие. В цехе предусмотрено центральное кондиционирование воздуха.

В качестве теплоносителя — предлагается вода с параметрами 95/70?. Стены выполнены из обыкновенного кирпича толщиной 510 мм.

Остекление — одинарное в металлических переплетах.

Размеры цеха:

— длина: 18?6 м;

— ширина: 12?2 м;

— высота: 10 м.

Вид производства: механическое;

Площадь остекления: 160 м²;

Мощность оборудования N_уст=260 кВт;

Мощность освещения N_осв=0,04 кВт/м²;

Категория работ: IIа

Grad t =0,7 ⁰C;

Оптимальные величины температуры, относительной влажности и скорости движения воздуха в рабочей зоне предприятия:

Теплый период: t_в=22⁰C; Холодный период: t_в=20⁰C;

?_в=50%; ?_в=50%;

v? 0,3 м/с; v? 0,2 м/с.

Предприятие расположено в г. Киев. Теплый период: среднемесячная температура наружного воздуха 28,7 °C с энтальпией 56,1 кДж. Холодный период: -22 °C с энтальпией -20,7 кДж.

1. Параметры микроклимата в помещении

Для кондиционирования принимаются оптимальные значения параметров внутреннего воздуха.

t_р.з. = t_в = 22⁰C.

Температура приточного воздуха:

t_п = t_р.з. — _?t,

где _?t — перепад температуры между t_р.з. и t_п — принимается от высоты на которой осуществляется подача (приток) воздуха в помещение (принимаем _?t=4⁰C).

t_п = 22 — 4=18⁰C.

Температура воздуха, удаляемого из верхней зоны помещения:

t_у = t_р.з. + grad t (h-2),

где grad t — превышение температуры на 1 м высоты помещения выше рабочей зоны, ⁰C/м;

h — высота помещения, м;

2 — высота рабочей зоны, м;

t_у = 22 + 0,7 (10−2)=23,2⁰C.

2. Определение количества вредных веществ, поступающих в помещение

кондиционирование воздух отопление вредный

В производственных помещениях к вредностям, поступающим в рабочую зону, относятся:

— избыточное тепло от технологического оборудования;

— избыточное тепло от искусственного освещения;

— избыточное тепло от солнечной радиации (в теплый период года);

— избыточное тепло, влага и углекислый газ, выделяемые людьми.

2.1 Теплопоступления от технологического оборудования, имеющего электродвигатели

Q_т.о.=1000*N_уст*n_спр*n_ф., Вт

где N_уст — установленная мощность электродвигателей оборудования в цехе;

n_спр. — коэффициент спроса электроэнергии (n_спр.=0,8);

n_ф — коэффициент, учитывающий фактическое поступление тепла в помещение (n_ф = 0,9).

Q_т.о.= 1000*260*0,8*0,9 = 187 200 Вт.

2.2 Теплопоступление от искусственного освещения

Q_осв.=1000*Nосв*Fп*b_., Вт

где N_осв. — удельная электрическая мощность на освещение (N_осв=0,04 кВт/м²);

F_п — площадь пола в производственных помещениях: F_п= (18•6)*(12· 2)= 2592 м²;

b — коэффициент, учитывающий фактическое поступление тепла от светильников (b=0,4 для люминесцентных светильников);

Q_осв.= 1000*0,04*2592*0,4 = 41 472 Вт.

2.3 Теплопоступления за счет солнечной радиации

Этот вид теплопоступлений определяется как сумма теплопоступлений через световые проемы и покрытия в теплый период года:

где Q_с.р. — теплопоступление через световые проемы;

Q_п — теплопоступление через покрытия.

Теплопоступление через световые проемы

где — поступления соответственно от прямой и рассеянной радиации, Вт (определяем по прил. Г1 для г. Донецка, цех выходит на восточную сторону). ;

k₁=0,6 — коэффициент, учитывающий географическую широту и попадания в данную часть прямой солнечной радиации (прил. Г2 [1]);

k₂=0,9 — коэффициент, учитывающий загрязнение остекления (прил. Г3 [1]);

k₀=1 — коэффициент, учитывающий тип остекления;

k_ак=1 — коэффициент, учитывающий аккумуляцию тепла внутренними ограждающими конструкциями помещения;

?_с.з=1 — коэффициент, учитывающий затемнение окон (учитывается только для помещений конторы);

F_ост — площадь остекления одинаковой направленности, м².

Теплопоступление через покрытия

где R₀=0,1 (м²*К)/Вт — сопротивление теплопередачи покрытия;

t_н=28,7°С — среднемесячная температура наружного воздуха в г. Киеве (определяем по СНиП 2.04.05−91*У);

R_н — термическое сопротивление при теплообмене между наружным воздухом и внешней поверхностью покрытия, м²*К / Вт:

где v=2 м/с — средняя скорость ветра в теплый период для Киева (определяем по прил. Д [1]).

?=0,9 — коэффициент поглощения солнечной радиации материалом покрытия;

I_ср=355 Вт/м² — среднесуточная суммарная солнечная радиация, попадающая на горизонтальную поверхность;

t_у=27,6°С — температура воздуха, удаляемого из помещения;

?=0,6 — коэффициент для определения изменяющихся величин потока;

k_в=0,9 — коэффициент, зависящий от конструкции покрытия;

A_tв — амплитуда колебаний температуры внутренней поверхности ограждающих конструкций:

где v=29,7°С — величина затухания амплитуды колебаний температуры наружного воздуха в ограждающей конструкции;

A_tн=22,3°С — максимальная амплитуда суточных колебаний температуры наружного воздуха (определяем по прил. Е [1]);

I_max=854 кДж/м² — максимальное значение суммарной солнечной радиации.

где R_в=1/?_в=1/8,7=0,115 м²*К / Вт — термическое сопротивление при теплообмене между внутренней поверхностью покрытия и воздухом помещения;

F — площадь покрытия, м².

Следует:

2.4 Теплопоступления от людей

Теплопоступления зависят от количества работающих в помещениях людей (мужчин и женщин), какой степени тяжести выполняются работы и определяются по формуле:

где — полное тепловыделение соответственно мужчин и женщин, зависящее от степени тяжести работ и температуры окружающего воздуха

(q=76 Вт/чел. по прил. И1 [1])

— количество мужчин и женщин, работающих в цеху ();

Таблица 1 — Сводная таблица теплового баланса

2.5 Расчет влагопоступления в помещение

Влага поступает в помещение вследствие испарения, кипения и непосредственного выпуска пара. Если испарение происходит в условиях адиабатного теплообмена с окружающим воздухом, интенсивность влаговыделений рассчитывается по формуле:

где и — температура воздуха по сухому и мокрому термометрам, ⁰С, определяется по H-d диаграмме влажного воздуха (рис. 1 [1]);

— площадь поверхности испарения.

; .

.

2.6 Расчет выделений углекислого газа

Углекислый газ поступает в помещение с выдыхаемым человеком воздухом. Его величина зависит от тяжести труда и определяется по формуле:

M_CO2=m_CO2•n_л

где m_CO2 — удельное выделение СО₂ одним человеком (определяем по прил. И1 m_CO2=90 г./ч);

n_л — количество людей, работающих в помещении.

M_CO2=60•100=6000 г/ч=6 кг/ч.

Суммарное количество тепла, поступающего в помещение, определяет их избытки, Кроме них к производственным вредностям относятся:

· влагопоступления от технологического оборудования, искусственного освещения и людей;

· углекислый газ, выделяемый людьми при дыхании.

Результаты расчета всех видов вредностей сводятся в таблицу 2.

Таблица 2 — Сводная таблица производственных вредностей

3. Расчет воздухообмена

Схемы систем вентиляции и кондиционирования воздуха производственных помещений выбирают по результатам расчета воздухообмена.

Последовательность расчета требуемого воздухообмена следующая:

1. Определяются параметры приточного и удаляемого воздуха.

2. Рассчитывается требуемый воздухообмен по вредным поступлениям в помещение.

3. Для дальнейших расчетов выбирается наибольший воздухообмен по одному из вредных производственных факторов.

3.1 Воздухообмен по избыткам тепла и влаги

В помещениях с теплои влаговыделениями воздухообмен определяется с использованием h-d диаграммы. Расчет сводится к построению процессов изменения параметров воздуха в помещении и в системе кондиционирования, определению параметров воздуха наружного, рабочей зоны, приточного и удаляемого из помещения.

Параметры точки Н (параметры наружного воздуха):

Параметры точки В (параметры внутреннего воздуха):

Направление луча процесса:

где — избыточное количество тепла, поступающего в помещение, Вт;

— избыточная влага в помещении, кг/ч.

Параметры точки У (параметры удаляемого воздуха):

Параметры точки П (параметры воздуха, подаваемого в помещение):

· Воздухообмен по избыткам тепла:

где? — плотность воздуха при t_n (?=1,23 кг/м³);

и — соответственно энтальпия удаляемого и приточного воздуха:

.

· Воздухообмен по избыткам влаги:

где и — влагосодержание удаляемого и приточного воздуха соответственно:

.

3.2 Воздухообмен по углекислому газу

Количество воздуха, необходимого для удаления углекислого газа из помещения, определяется по формуле:

где — количество выделяющегося углекислого газа, г/ч;

— предельно-допустимая концентрация СО₂ в воздухе рабочей зоны

();

— содержание СО₂ в приточном воздухе (0,5г/м³).

4. Аэродинамический расчет воздуховодов

Необходимое количество воздуха для кондиционирования выбираем из рассчитанных выше воздухообменов: принимается наибольший по одному из вредных производственных факторов, т.о.

Задачей аэродинамического расчета является определение поперечного сечения воздуховода и расчет потерь давления в нем. Количество систем кондиционирования выбираем таким образом, чтобы на одну систему приходилось не более 50 000 м³/ч расхода воздуха.

Рисунок 1 — Схема расположения систем кондиционирования в цехе

При необходимом воздухообмене принимаем две системы кондиционирования по, симметричные относительно друг друга. Решетки располагаются по обеим длинам цеха. Вытяжку принимаем по центру. Схема приведена на рисунке 1.

Каждая система состоит из решеток, количество которых определяется исходя из расхода воздуха на одну решетку не более 5000 м³/ч. Тогда их число n составит. По 7 решеток на систему, причем 4 решетки с левой стороны от нагнетателя и 3 — с правой. На одну решетку придется расхода приточного воздуха.

Геометрические параметры системы кондиционирования:

· длина помещения — 102 м,

· ширина — 24 м,

· расстояние между последними решетками и стенами — по 3 м,

расстояние между решетками — м.

Выше было сказано, что системы симметричны и расположение решеток относительно вентилятора также симметрично, поэтому расчет будем проводить только для участка, содержащего пять решеток в одной системе.

Составим расчетную схему системы кондиционирования в аксонометрии на рис. 2.

Рисунок 2 — Расчетная схема системы кондиционирования

Расчет воздуховодов выполняем по следующей методике:

Для начала расчета примем наиболее удаленную часть вентиляционной системы. Проведем расчет для участка 1 схемы, для всех остальных участков расчет аналогичен. Результаты сведены в таблицу

1) Определяем расход воздуха L через воздуховод на участке каждого из шести сопел

2) Принимаем скорость движения воздуха на конечном участке v=4 м/с.

3) Определяем площадь поперечного сечения воздуховода на каждом участке по формуле:

4) Определяем диаметр воздуховода на данном участке по формуле:

5) По ряду стандартных размеров выбираем ближайшее значение диаметра: d=710 мм. Для данного диаметра пересчитываем площадь сечения воздуховода и скорость движения воздуха:

6) По таблице 14.8 («Таблица данных для расчета круглых воздуховодов») для полученного диаметра и скорости определим динамическое давление и удельные потери давления на 1 участке.

.

7) Определяем потери давления на трение по формуле:

где R — потери давления на 1 м воздуховода,

l — длина участка.

8) Определяем потери давления на местных сопротивлениях по формуле:

где — суммарный коэффициент местного сопротивления на участке;

Местные сопротивления на первом участке:

· последнее боковое отверстие (определим по табл. 12.25):

· конфузор (на участке № 2 увеличивается диаметр):

Таким образом

9) Определяем суммарные потери давления на данном участке воздуховода по формуле:

Распишем местные сопротивления каждого участка для определения суммарных коэффициентов местных сопротивлений:

Участок 1 — последнее боковое отверстие + конфузор.

Участок 2 — среднее отверстие.

Участок 3 — конфузор + тройник + секторный поворот на 90°.

Участок 4 — конфузор.

Участок 5 — среднее отверстие.

Участок 6 — среднее отверстие.

Участок 7 — последнее боковое отверстие + конфузор.

Участок 8 — среднее отверстие.

Таблица 3 — Сводная таблица аэродинамического расчета воздуховода

Суммарные потери давления:

Умножаем эту величину на коэффициент, равный 1,1 (учитывающий подсосы и др.) и по полученному значению выбираем вентилятор Б10−2 типа Ц4−76№ 10 с серией двигателей:

— А02: тип А02−71−4;

N_у=22 кВт;

n_э=1455 об/мин.

— 4А: тип 4А180S4;

N_у=22 кВт;

n_э=1470 об/мин.

Маса вентилятора с электродвигателями составляет: А02=1050 кг, 4А=1017 кг.

Число оборотов вращения колеса 1000 об/мин.

5. Расчет возможности использования системы кондиционирования для отопления

Используем оборудование кондиционирования воздуха для отопления помещения. Расчет произведем для расчетной температуры холодного периода г. Киева:

Для системы воздушного отопления принимаются допустимые параметры микроклимата в соответствии с ДСН 336.042. — 99.

Температура приточного воздуха для системы воздушного отопления принимается от 40 до 70 °C.

Тепловые потери помещения цеха:

где — объем помещения цеха;

— отопительная характеристика здания; по таблице: .

Принимаем внутреннюю температуру в холодный период для производственного помещения: .

Нагрузка на отопление вычисляется по формуле:

где Q_т.в. — количество тепла от тепловыделений;

Q_осв. — теплопоступления от искусственного освещения (в зимний период остаются такими же — 41 472 Вт);

Q_т.о — теплопоступления от технологического оборудования (не изменяются — 187 200 Вт);

Q_л — теплопоступления от людей, которые в зимний период изменятся из-за снижения температуры в рабочей зоне.

где — полное тепловыделение соответственно мужчин и женщин, зависящее от степени тяжести работ и температуры окружающего воздуха

(q=76 Вт/чел. по прил. И1 [1]) и для мужчин),

— количество мужчин и женщин, работающих в цеху:

.

.

Тогда:

Нагрузка на отопление может быть рассчитана по формуле:

гдеколичество воздуха;

— теплоемкость воздуха;

— температура приточного воздуха, которую необходимо рассчитать;

— температура смешения 25% свежего приточного воздуха при и 75% циркулирующего воздуха в помещении .

Рассчитаем приточную температуру воздуха из равенства .

На основании проведенных расчетов можно сделать вывод, что использование данной системы кондиционирования для отопления нецелесообразно, т.к. не обеспечивается необходимая температура (40−70°С) приточного воздуха. Это связано с большим расходом воздуха в системе кондиционирования.

1. Пархоменко Д. И., Илющенко В. И. Кондиционирование воздуха промышленных предприятий: Методический указания по выполнению домашней самостоятельной расчетно-графической работы, Донецк, ДонНТУ — 2006. — 52 с.

2. Вентиляция и кондиционирование воздуха: Справочник проектировщика/ Под ред. И. Г. Староверова. — М. Стройиздат. 1977. — 502 с.

3. ГОСТ 12.1.005−88 Общие санитарно-гигиенические требования к воздуху рабочей зоны. — М.: Издательство стандартов, 1988. — 74 с.

4. ДСН 336.042−99 Норми мікроклімату виробничих приміщень.

5. Строительная климатология и геофизика: Справочник. — М.: Стройиздат, 1974.-263 с.