Проект отопления и приточно-вытяжной вентиляции кузнечно-сварочного участка

1. Описание проектируемого объекта и конструктивных особенностей здания

2. Описание технологического процесса и характеристика выделяющихся вредностей

3. Расчетные параметры температуры наружного и внутреннего воздуха для теплого, холодного периодов и переходных условий

4. Теплотехнический расчет ограждающих конструкций

5. Расчет теплопотерь здания

6. Определение количества вредностей, поступающих в помещение

7. Составление теплового баланса и выбор системы отопления

8. Расчет нагревательных приборов системы отопления

9. Определение типов и производительности местных отсосов

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

11. Описание принятых решений приточно-вытяжной вентиляции в цехе

12. Расчет раздачи приточного воздуха в помещении

13. Аэродинамический расчет приточной и вытяжной механических систем

14. Подбор вентиляционного оборудования

15. Расчет и подбор воздушно-тепловых завес Список использованных литературных источников

1. Описание проектируемого объекта и конструктивных особенностей здания

В соответствии с заданием необходимо запроектировать отопление и приточно-вытяжную вентиляцию кузнечно-сварочного участка. Объект находится в г. Минске. Здание одноэтажное, без подвала и чердака. Размеры здания 18 000×30 000 м. Высота от пола до низа фермы 5,0 м. Фасад ориентирован на юг. Полы неутеплённые на грунте. Остекление тройное в раздельно-спаренных деревянных переплётах. Окна имеют размер 4×2,5(h) м. В здании имеются ворота размером 3,6×4(h) м, оборудованные воздушно-тепловой завесой. Объект снабжается теплом от котельной. Теплоноситель — перегретая вода — имеет следующие параметры: 120/70 ⁰С. Число рабочих — 16 человек. Категория работ — средней тяжести II а.

2. Описание технологического процесса и характеристики выделяющихся вредностей

В кузнечно-сварочном участке имеются семь столов для электросварочных работ, два молота ковочных (N=15 кВт), две электропечи камерные (N=20 кВт), два бака закалочных для масла, двое вальцов ковочных (N=25 кВт) и два оборудования для мойки деталей.

Производственный процесс в кузнечных цехах сопровождается следующими технологическими операциями: резка или рубка заготовок металла на прессах и ножницах, предание им формы на ковочных вальцах, нагрев металла под ковку в печах с доведением температуры нагрева до 1150−1250 °С, ковка металла на молотах и других ковочных машинах.

К основным вредностям в кузнечных относятся конвективная и лучистая теплота, выделяющаяся от горячих поверхностей печей и металла, окись углерода, сернистый газ при работе печей на твердом и жидком топливе.

При электросварке в окружающий воздух выделяется теплота и окись железа.

Источниками теплопоступлений являются также люди, искусственное освещение, солнечная радиация и теплопоступления через массивные ограждающиеся конструкции.

Удаление воздуха осуществляется местными отсосами и общеобменной вентиляцией. Подача приточного воздуха — в рабочую зону через воздухораспределители типа ВЭПш.

3. Расчетные параметры наружного и внутреннего воздуха для теплого, холодного периодов и переходных условий

Параметры наружного воздуха.

Согласно параметры наружного воздуха следует принимать для г. Минска:

— для холодного периода по параметру Б;

— для теплого периода по параметру А;

— для переходного периода установлены следующие параметры:

.

Холодный период:

.

Теплый период:

.

Параметры внутреннего воздуха.

Согласно параметры внутреннего воздуха следует принимать для категории работ средней тяжести II а:

Для холодного периода:, принимаем .

Для теплого периода: .

4. Теплотехнический расчет ограждающих конструкций

Определение толщины и термического сопротивления наружной стены

Конструкция наружной стены следующая:

1. железобетон:

2. плиты полистеролбетонные:

3. железобетон:

Коэффициент теплопроводности л, Вт/(м· ⁰С), и коэффициент теплоусвоения S, Вт/(м²· ⁰С), определяем в зависимости от условий эксплуатации по [5, табл.А.1]. Режим помещения — влажный и условия эксплуатации — «Б».

Сопротивление теплопередаче наружных ограждающих конструкций R_т, за исключением наружных дверей, ворот и ограждающих конструкций помещений с избытками явной теплоты, следует принимать не менее нормативного сопротивления теплопередаче R_т.норм., указанного в [5, табл. 5.1].

Нормативное сопротивление теплопередачи для наружных стен здания производственного назначения:

= 2,0 .

Требуемое сопротивление теплопередачи,, определяется по выражению:

(4.1.1)

где t_в — расчетная температура внутреннего воздуха, ⁰С;

t_н — расчетная температура наружного воздуха в холодный период, ⁰С, принимается в зависимости от значения тепловой инерции D ограждающей конструкции (в нашем случае принимаем температуру наружного воздуха наиболее холодных суток обеспеченностью 0,92, для г. Минска t_н=-28°C);

n — коэффициент, учитывающий положение наружной поверхности по отношению к наружному воздуху, для наружных стен принимается равным 1;

— коэффициент теплоотдачи на внутренней поверхности ограждения, Вт/(м²· ⁰С), для внутренних плоских поверхностей всех ограждений независимо от назначения помещения по [5,табл.5.4] принято значение = 8,7 Вт/(м²· ⁰С);

— расчетный перепад между температурой внутреннего воздуха и температурой внутренней поверхности ограждающей конструкции, принимаем по [5,табл.5.5] в зависимости от назначения помещения, =8 ⁰С.

Подставляя известные величины в выражение (3.1.1) получим:

.

Так как >, то:

. (4.1.2)

Из выражения (3.1.2) получаем:

(4.1.3)

Тогда подставив известные величины в (4.1.3) получим:

м.

Принимаем = 0,16 м.

Соответственно, действительное сопротивление теплопередаче равно:

Уточняем действительное значение тепловой инерции D, используя следующее выражение

(4.1.4)

Подставив известные значения в выражение (3.1.4) получим:

.

Полученное значение, D = 3,14, удовлетворяет интервалу 1,5

Толщина наружной стены равна: д=0,04+0,16+0,04=0,24 м.

Определение толщины и термического сопротивления покрытия.

1.железобетонная плита:

2.рубероид:

3. минеральная вата:

4.цементно — песчаная стяжка:

5.рубероид:

Расчет производим аналогично п. 4.1.

При этом =3,0, =5,5 ⁰С.

Расчётную температуру наружного воздуха в холодный период t_н принимаем при значении тепловой инерции 1,5

Так как >, то:

. (4.2.1)

Из выражения (3.2.1) получаем:

(4.2.2)

Тогда подставив известные величины в (3.2.2) получим:

м.

Уточняем действительное значение тепловой инерции D, используя следующее выражение:

(4.2.3)

Подставив известные значения в выражение (3.2.3) получим:

Полученное значение, D = 2,83, удовлетворяет интервалу 1,5

Определение термического сопротивления заполнения световых проемов.

Принимаем .

Определение термического сопротивления дверей и ворот.

Принимаем .

Определение термического сопротивления пола.

Пол — неутепленный на грунте. Теплопотери через полы определяются по зонам. Для 1-й полосы шириной 2 м, примыкающей к наружной стене R₁= =2,2 м^{2 о}С/Вт; для 2-й полосы шириной 2 м, примыкающей к 1-й зоне R₂= =4,3 м^{2 о}С/Вт; для 3-й полосы шириной 2 м, примыкающей ко 2-й зоне R₃= =8,6 м^{2 о}С/Вт; для 4-й внутренней части помещения, ограниченной 3-ей зоной R₄=14,2 м^{2 о}С/Вт.

5. Расчет теплопотерь здания

Теплопотери определяются по [2, прил. Ж].

В основу расчета потерь теплоты положена формула:

(5.1)

где, А — расчетная площадь наружного ограждения, м²;

t_р — расчетная температура внутреннего воздуха в помещении, с учетом повышения её в зависимости от высоты для помещений высотой более 4 м, °С;

t_ext — расчетная температура наружного воздуха, °С;

k — коэффициент теплопередачи через наружное ограждение, Вт/м²· °С;

в — добавочные потери теплоты в долях от основных потерь, принимаемый по [2, прил. Ж.2]

n — коэффициент принимаемый в зависимости от положения наружной поверхности ограждающей конструкции по отношению к наружному воздуху.

Для части вертикальных ограждений, расположенных выше 4 м от пола расчетную температуру принимают равной:

°С (5.2)

°С

Потери теплоты на нагревание инфильтрационного воздуха принимаем в количестве 30% от потерь теплоты через ограждающие конструкции.

Расчет производим для холодного и переходного периода и сводим его в таблицу 5.1.

Таблица 5.1. Расчет теплопотерь цеха

Определяем теплопотери при температуре в помещении t_в=5°С, обеспечиваемую системой дежурного отопления, Вт по формуле:

Вт (5.2)

— для цеха:

Вт;

6. Определение количества вредностей, поступающих в помещение

Теплопоступления от людей

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

Теплопоступления от людей, Вт:

(6.1.1)

где n — количество людей;

q_я — тепловыделения одним взрослым человеком (мужчиной) Вт, принимается в зависимости от температуры внутреннего воздуха и категории работ [1,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 6.1.1.

Таблица 6.1.1 Расчет теплопоступлений от людей

Тепловыделения от искусственного освещения

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

(6.2.1)

где N_осв. — суммарная мощность источников освещения, Вт.

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

(6.2.2)

где Е — нормируемая освещенность помещения, лк [1,табл.2.5];

q_осв — удельные тепловыделения от ламп, Вт/(мІ лк) [1,табл.2.6];

F — площадь пола помещения, мІ;

з_осв — доля теплоты, поступающей в помещение. В данном случае, з_осв=1,00, так как осветительные лампы установлены на некотором расстоянии от потолка.

Расчет тепловыделений от искусственного освещения приведен в таблице 6.2.1.

Таблица 6.2.1 Расчет тепловыделений от искусственного освещения

Теплопоступления через заполнения световых проемов.

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

Q_ll=(q_llр+q_llт)· F_ll, Вт, (6.3.1)

где q_llр — теплопоступления за счет солнечной радиации через 1 м² вертикального заполнения световых проемов, Вт/м² ,

q_llт — теплопоступления за счет теплопередачи через 1 м² вертикального заполнения световых проемов, Вт/м² ,

F_ll — площадь световых проемов, м².

q_llр=(q^в_п· k_инс.в.+q^в_р·k_обл.)· k_отн.2, Вт/ м², (6.3.2)

где q^в_п и q^в_р — это количество теплоты прямой и рассеянной солнечной радиации, Вт/м², поступающей в помещений в каждый расчетный час суток через одинарное вертикальное остекление. Зависит от ориентации окна, от географической широты, на которой находится здание и от времени суток. Эту величину берем из [1, табл. 2.7]. Географическая широта 52, расчетный час суток 12−13 часов, так как в это время сумма q^в_п и q^в_р максимальная (для юга): q^в_п=344 Вт/ м²,

q^в_р=91 Вт/ м²;

k_отн — коэффициент относительного проникания солнечной радиации через остекление, отличающееся от одинарного, зависит от вида остекления и наличия солнцезащитных устройств. Берем из [1, табл. 2.8]:

k_отн =0,83;

₂ — коэффициент, учитывающий затемнение светового проема переплетами. Согласно [1, табл. 2.9]:

₂=0,5;

K_обл— коэффициент облучения;

K_инс— коэффициент инсоляции:

(6.3.3)

где H=2,5 м, B=4 м — высота и ширина окна, берем с плана и разреза здания;

L_г=0,12 м, L_в=0,12 м — размеры горизонтальных и вертикальных, выступающих элементов затемнения (откосов);

a=0 и c=0 — соответственно расстояния от горизонтальных и вертикальных элементов затемнения до откоса светового проема;

А_с.о — солнечный азимут остекления (для вертикальных затемняющих устройств) — это угол в градусах между горизонтальной проекцией солнечного луча и горизонтальной проекцией нормали к рассматриваемой плоскости остекления.

Из [1, табл. 2.10] высота и азимут солнца для расчетного часа суток 12−13 на 52 географической широте h=58, А_с.=13.

Из [1,табл. 2.11] А_с.о= 90-А_с.=90−13=77.

— это угол (для горизонтальных затемняющих устройств) в градусах между вертикальной плоскостью остекления и проекцией солнечного луча, но вертикальную плоскость, перпендикулярную рассматриваемой плоскости остекления.

=arctg (ctgh· cosА_с.о) (6.3.4)

=arctg (ctg58°· cos77°)=8,0°.

.

Коэффициент облучения k_обл зависит от углов ₁ и ₁:

; (6.3.5)

. (6.3.6)

По [1, рис. 2.2] k_обл.= k_обл.г.· k_обл.в.=1· 1=1.

Тогда теплопоступления через южные окна:

q_llр=(344· 0,57+91·1)· 0,83· 0,5=119,14 Вт/ м²;

Q_llр=q_llр· F=119,14·40=4765 Вт.

Теплопоступления через северные окна:

q_llр=(0· 0,57+59·1)· 0,83· 0,5=24,485 Вт/ м²;

Q_llр=q_llр· F=24,485·40= 980 Вт.

Суммарные теплопоступления составляют 5745 Вт.

При расчетах необходимо учитывать аккумуляцию части теплоты, поступающий за счет солнечной радиации, внутренними ограждениями в помещении.

Вт, (6.3.7)

где F₁ — площадь перегородки, м²,

F₂ — площадь пола, м².

m₁ и m₂ — коэффициенты, учитывающие аккумуляцию теплоты перегородкой и полом, соответственно. Зависят от материала и толщины внутренней конструкции и продолжительности периода поступления прямой солнечной радиации на фасад здания.

.

Тогда количество теплоты, поступившее через заполнение светового проема и переданное воздуху помещения, составит:

Вт. (6.3.8)

Теплопоступления через массивные ограждающие конструкции.

Теплопоступления, Вт, через покрытие можно определить по среднесуточным значениям:

Вт, (6.4.1)

где F₁ — площадь покрытия, м²;

R — сопротивление теплопередаче покрытия, (м²· °С)/Вт, R=3,0 (м²· °С)/Вт;

t_н.ср. — средняя температура наружного воздуха в июле, принимается по [6];

с — коэффициент поглощения солнечной радиации поверхностью ограждающей конструкции;

q_ср — средние суточные количества теплоты суммарной (прямой и рассеянной) солнечной радиации, поступающей на поверхность покрытия, Вт/м². Для горизонтальной поверхности (покрытия) здания, расположенного на 52 °C.ш. q_ср=329 Вт/м²;

t_в — температура воздуха в помещении, °С;

б_н — коэффициент теплоотдачи наружной поверхности ограждения, Вт/(м²· °С).

Коэффициент теплоотдачи наружной горизонтальной поверхности ограждения:

Вт/(м²· °С), (6.4.2)

где х — минимальная скорость ветра за июль, м/с.

Вт/(м²· °С).

Тогда:

Вт.

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

Теплопоступления от оборудования, обогреваемого с помощью электричества.

Теплопоступления от оборудования, обогреваемого с помощью электричества.

Определяем теплопоступления от оборудования, обогреваемого с помощью электричества по формуле:

Q_об =1000N_у· k₁, Вт, (6.5.1)

где N_у — установочная мощность оборудования, кВт;

k₁ — коэффициент, учитывающий долю теплоты, поступающей в помещение.

— электропечь камерная (2 шт.):

Q_об =1000· 20·0,3=6000 Вт.

Для двух электропечей Q_об=2· 6000=12 000 Вт.

Теплопоступления от электродвигателей, установленных в общем помещении, и приводимого ими в действии оборудования, при значении коэффициента полноты загрузки k_п = 1, находят по формуле:

Q_дв =1000N_у(1-?+ k_т ?) k_с, Вт, (6.5.2)

где N_у — установочная мощность оборудования, кВт;

? — КПД электродвигателя; ?=0,82−0,85;

k_т — коэффициент перехода теплоты в помещение. k_т=0,9;

k_с — коэффициент спроса на электроэнергию, для данного производства k_с = 0,5.

— молот ковочный (2 шт.):

Q_дв =1000· 15(1−0,85+ 0,9· 0,85) · 0,5=6865 Вт.

Для двух молотов ковочных Q_дв=2· 6865=13 730 Вт.

— вальцы ковочный (2 шт.):

Q_дв =1000· 25(1−0,85+ 0,9· 0,85) · 0,5=11 440 Вт.

Для двух вальцов ковочных Q_дв=2· 11 440=22880 Вт.

Теплопоступления при ручной сварке от одного электросварочного поста принимают 4600 В. При установке местного отсоса 70% теплоты и других вредностей удаляется из помещения.

— стол для электросварочных работ (7 шт.):

Q_св =4600· 0,3=1380 Вт.

Для семи столов для электросварочных работы Q_св =1380· 7=9660 Вт.

Теплопоступления от нагретых поверхностей определяют по формулам теплопередачи. При этом теплота поступает за счет конвективного теплообмена Q_к, Вт, и излучения Q_л, Вт:

(6.5.3)

Количество теплоты, поступившей за счет конвективного теплообмена, определяем по формуле:

(6.5.4)

где коэффициент теплопередачи конвекцией, Вт/(м²· ^оС);

t_п, t_в — температура нагретой поверхности и окружающего воздуха, ^оС.

F — поверхность теплоотдачи, м².

Коэффициент теплопередачи конвекцией для вертикальной поверхности можно определить по формуле:

(6.5.5)

Для горизонтальной поверхности, обращенной вверх, значение численного коэффициента ;

Теплоотдачу излучением можно определить:

(6.5.6)

где приведенный коэффициент лучеиспускания, в практических расчетах Вт/(м²· К⁴).

Температуру нагретой поверхности t_п, °С, следует принимать не более 45 °C.

— бак закалочный для масла (2 шт.):

Для холодного и переходного периода:

.

.

Общие теплопоступления, тогда равны:

.

Учитывая, что 70% теплопоступлений удаляется с помощью местных отсосов, тогда:

.

Для двух баков:

Для теплого периода, когда t_в =27°C:

;

;

Для двух баков:

.

— оборудование для мойки деталей (2 шт.):

Для холодного и переходного периода:

.

.

Общие теплопоступления, тогда равны:

.

Учитывая, что 70% теплопоступлений удаляется с помощью местных отсосов, тогда:

.

Для двух оборудований для мойки деталей:

Для теплого периода, когда t_в =27°C:

;

;

Для двух оборудований для мойки деталей:

.

Суммарное количество теплоты, поступившее от технологического оборудования и переданное воздуху помещения, составит:

Результаты расчет всех теплопоступлений за три периода года сводим в таблицу 6.1.

Таблица 6.1. Таблица теплопоступлений в помещение для трех периодов года

7. Составление теплового баланса и выбор системы отопления

температура теплопотеря здание ограждающий Рассчитанные теплопоступления и теплопотери помещения цеха сводим в таблицу теплового баланса (таблица 6.1). Эти данные используются при определении воздухообменов и выборе системы отопления.

Таблица 6.1. Таблица теплового баланса

При анализе таблицы видим, что теплопоступления больше, чем теплопотери. Проектируется дежурная системы отопления, которая обеспечивает в нерабочее время t_в=5⁰С, в рабочее время отопление выключается. В помещение будет подаваться охлажденный приточный воздух.

8. Расчет поверхности нагревательных приборов системы отопления

Производим подбор диаметров трубопроводов системы отопления. Для этого задаемся скоростью движения теплоносителя 0,3−0,5 м/с и удельные потери давления на трение не более 100−120 Па/м. Расчет сводим в таблицу 8.1.

Таблица 8.1 Подбор диаметров трубопроводов системы отопления

К установке принимаем радиаторы Минского радиаторного завода 2К 60П-500. Находим требуемое количество секций для каждого радиатора.

Для ветки «А»:

Расчетные параметры системы отопления t_г=120°С, t₀=70°С. Из гидравлического расчета имеем G_{ветки «А»}=216 кг/ч.

Номинальный тепловой поток одной секции радиатора 2К 60П-500 равен q_н=130 Вт/с при номинальной средней разности температур? t_н=70°С. Радиатор устанавливается под подоконной доской В=80 мм, в₄=1,03, t_р=5°С.

1. Температуру подающей воды на входе в рассматриваемую ветку:

°С

2. Определяем среднюю температуру отопительных приборов:

°С (8.1)

°С

3. Определяем расчетную разность температур по выражению:

?t_ср.=t_ср.-t_р., °С (8.2)

?t_ср.=95−5=90 °С

4. Расчетный требуемый тепловой поток отопительного прибора равен:

— для 1-го прибора: Q₁=2515 Вт;

Аналогично для остальных 4 приборов Q₁=2515 Вт.

5. Определяем требуемый номинальный тепловой поток отопительного прибора (при показателе p=0,00) по формуле:

Вт, (8.3)

где коэффициент ц определяется по выражениям:

(8.4)

— для 1-го прибора:

Вт Аналогично для остальных 4 приборов Q_н.т.=1870 Вт.

6. По требуемой величине Q_н.т подбираем требуемое минимальное число секций отопительных приборов, принимая в₃=1,00 (до 15 секций):

Для секционных отопительных приборов требуемое минимальное число секций определяется по формуле:

(8.5)

— для 1-го прибора:

.

Принимаем 14 секций.

Аналогично для остальных 4 приборов принимаем 14 секций.

Для ветки «Б»:

Аналогично ветки «А» принимаем для всех 5 приборов 14 секций.

9. Определение типов и производительности местных отсосов

Вытяжные зонты:

— молот ковочный (2 шт.):

Рассчитываем расход воздуха для зонта, расположенного на высоте l=0,8 м над источником длиной a=1,9 м и шириной b= 1,35 м. Конвективная теплоотдача источника Q=6865 Вт. Скорость движения воздуха в помещении н_в=0,3 м/с.

Определяем осевую скорость в конвективном потоке на уровне расположения зонта, предварительно вычислив эквивалентный диаметр источника:

d_э=1,13 (9.1)

м Осевая скорость в конвективном потоке на уровне всасывания, м/с :

н_l=0,068(Q l/d²)^l/3 (9.2)

н_l=0,068(6865· 0,8/1,8 ²)^1/3=0,81 м/с Поскольку

то использование зонта целесообразно.

Находим параметр? по формуле:

?=2,14(н_в/н_l)² l²/d (9.3)

?=2,14(0,3/0,81)² 0,8²/1,8 =0,1 м Назначаем размеры зонта: А=1,9+2· 0,1=2,1 м, В=1,35+2· 0,1=1,55 м.

Коэффициент, учитывающий скорость движения воздуха в помещении, находим по формуле:

k_в=(1+2?/ d)²(9.4)

k_в=(1+2· 0,1/1,8)²=1,23.

Поскольку источник выделяет только теплоту, то k_т=1.

Расход удаляемого воздуха рассчитываем по формуле:

L_отс=L_o· k_п k_в· k_t,(9.5)

где Lo — характерный расход, м³/ч, определяемый по формуле

L_o=945?d²? н_l (9.6)

k_п — безразмерный множитель, учитывающий влияние геометрических и режимных параметров, характеризующих систему «источник-отсос»;

k_в— коэффициент, учитывающий влияние скорости движения воздуха в помещении;

k_t — коэффициент, учитывающий токсичность вредных выделений.

L_отс=945· 1,8²·0,81 · 1·1,23·1=3050 м³/ч.

Объемный расход воздуха, удаляемого двумя зонтами равен:

L_общ = 3050· 2=6100 м³/ч.

— вальцы ковочные (2 шт.):

Рассчитываем расход воздуха для зонта, расположенного на высоте l=0,8 м над источником длиной a=1,9 м и шириной b= 1,55 м. Конвективная теплоотдача источника Q=11 440 Вт. Скорость движения воздуха в помещении н_в=0,3 м/с.

Определяем осевую скорость в конвективном потоке на уровне расположения зонта, предварительно вычислив эквивалентный диаметр источника по формуле (9.1):

м Осевая скорость в конвективном потоке на уровне всасывания находим по формуле (9.2), м/с:

н_l=0,068(11 440· 0,8/1,9²)^1/3=0,93 м/с Поскольку

то использование зонта целесообразно.

Находим параметр? по формуле (9.3):

?=2,14(0,3/0,93)² 0,8²/1,9 =0,08 м Назначаем размеры зонта: А=1,9+2· 0,08=2,06 м, В=1,55+2· 0,08=1,71 м.

Коэффициент, учитывающий скорость движения воздуха в помещении, находим по формуле (9.4):

k_в=(1+2· 0,08/1,9)²=1,18.

Поскольку источник выделяет только теплоту, то k_т=1.

Расход удаляемого воздуха рассчитываем по формуле (9.5):

L_отс=945· 1,9²·0,93 · 1·1,18·1=3745 м³/ч.

Объемный расход воздуха, удаляемого двумя зонтами равен:

L_общ = 3745· 2=7490 м³/ч.

Зонты-козырьки:

— электропечь камерная (2 шт.):

Размер отверстия 0,50×0,60 м, t=17С, температура в печи t=800С. Воздух удаляется механической вентиляцией t=100С. Барометрическое давление Р=745 мм.

1. Находим плотность воздуха по формуле:

Плотность воздуха помещения: ,

Плотность смеси: ,

Плотность воздуха, выходящего из печи: .

Находим коэффициент К, определяющий, какая часть отверстия работает на приток:

К=,

где Т=273+t=273+800=1073;

Т=273+t=273+17=290.

К=.

2. Определяем высоту рабочего отверстия, работающего на приток:

h=h· К=0,5·0,61=0,3 м,

тогда площадь отверстия, работающего на приток:

F=b· h=0,6· 0,3=0,18 м.

3. Находим среднее по высоте отверстия избыточное давление, Па, под действием которого газы выбиваются из печи:

= h (g/2=0,3· (1,22−0,33)·9,81/2=1,31 Па.

4. Рассчитываем скорость выхода воздуха из печи:

.

5. Массовый расход газов, выбивающихся из печи G, кг/ч:

G= F· ··3600=0,183·0,33·2,81·3600=601 кг/ч.

6. Массовое количество воздуха, G, подтекающего под зонт из помещения:

G= G (t-t)/(tt), кг/ч.

G= 601(800−100)/(100−17)=5070 кг/ч.

G= G+ G, кг/ч.

G=601+5070=5671 кг/ч.

Объемный расход смеси воздуха и газов:

L= G/, м/ч

L=5671/0,95=5970 м/ч.

Размеры зонта-козырька принимаем: ширину b_з=0,2+b=0,2+0,6=0,8 м; вылет — l_з=1,4· 0,5=0,7 м.

Объемный расход смеси воздуха и газа, удаляемого двумя зонтами-козырьками:

L=5970· 2=11 940 м/ч.

— оборудование для мойки деталей (2 шт.):

Размер отверстия 0,50×0,60 м, t=17С, температура в машине t=90С. Воздух удаляется механической вентиляцией t=45С. Барометрическое давление Р=745 мм.

1. Находим плотность воздуха по формуле,

Плотность воздуха помещения: ,

Плотность смеси: ,

Плотность воздуха, выходящего из машины: .

Находим коэффициент К, определяющий, какая часть отверстия работает на приток:

К=,

где Т=273+t=273+90=363;

Т=273+t=273+17=290.

К=.

2. Определяем высоту рабочего отверстия, работающего на приток:

h=h· К=0,5·0,52=0,26 м,

тогда площадь отверстия, работающего на приток:

F=b· h=0,6· 0,26=0,156 м.

3. Находим среднее по высоте отверстия избыточное давление, Па, под действием которого газы выбиваются из печи:

= h (g/2=0,26· (1,22−0,97)·9,81/2=0,32 Па.

4. Рассчитываем скорость выхода воздуха из печи:

.

5. Массовый расход газов, выбивающихся из печи G, кг/ч:

G= F· ··3600=0,156·0,97·0,81·3600=441,25 кг/ч.

6. Массовое количество воздуха, G, подтекающего под зонт из помещения:

G= G (t-t)/(tt), кг/ч.

G= 441,25(90−45)/(45−17)=709,15кг/ч.

G= G+ G, кг/ч.

G=441,25+709,15=1150,4 кг/ч.

Объемный расход смеси воздуха и газов:

L= G/, м/ч

L=1150,4/1,11=1040 м/ч.

Размеры зонта-козырька принимаем: ширину b_з=0,2+b=0,2+0,6=0,8 м; вылет — l_з=1,4· 0,5=0,7 м.

Объемный расход смеси воздуха и газа, удаляемого двумя зонтами-козырьками:

L=1040· 2=2080 м/ч.

Панели равномерного всасывания:

— стол для электросварочных работ (7 шт.):

Размеры стола- 1,2×0,89 м. Применяем одностороннюю панель размерами 900×645 м² (f_жс=0,13 м²).

Расход воздуха, удаляемого через панель:

где х — скорость воздуха в живом сечении, м/с. Принимаем х=3,7 м/с.

.

Объемный расход воздуха, удаляемого семью односторонними панелями равномерного всасывания:

L=1730· 7=12 110 м/ч.

— бак закалочный для масла (2 шт.):

Размеры ванны — 1,1×1,05 м. Применяем одностороннюю панель размерами 900×645 м² (f_жс=0,13 м²).

Расход воздуха, удаляемого через панель:

где х — скорость воздуха в живом сечении, м/с. Принимаем х=2,8 м/с.

.

Объемный расход воздуха, удаляемого двумя односторонними панелями равномерного всасывания:

L=1310· 2=2620 м/ч.

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

Так как на кузнечно-сварочном участке будут преобладающими вредностями только излишки теплоты, то расчёт ведём только для них.

Тёплый период:

Расход приточного воздуха:

; (10.1)

.

Вентиляцию верхней зоны в количестве обеспечивает крышный вентилятор.

Переходный период:

Расход приточного воздуха:

.

Как видим, в числителе второго слагаемого получается отрицательная величина. Определяем расход воздуха для вентиляции верхней зоны. Согласно из верхней зоны под перекрытием помещения необходимо удалять не менее однократного воздухообмена в час, т. е. .

Принимая расход приточного воздуха, находим из формулы (10.1) величину? t=t_р.з.— t_пр=4,2°С, тогда t_пр =17−4,2=12,8°С.

Вентиляцию верхней зоны в количестве обеспечивает крышный вентилятор.

Холодный период:

Расход приточного воздуха принимаем по переходному периоду .

Из формулы (10.1) находим? t=2,0°С, тогда t_пр=17,0−2,5=14,5°С.

За расчетный период принимаем переходный, .

Также осуществляется двукратный приток в помещение приточной камеры в размере 100 м³/ч. Суммарный расход приточного воздуха составляет

L_пр=45 170 м³/ч.

11. Описание принятых решений приточно-вытяжной вентиляции в цехе

В здании предусмотрены приточно-вытяжная система вентиляции, система отопления, система теплоснабжения ВТЗ и калориферов приточной установки.

Приточная вентиляция.

Приточная вентиляция здания — механическая, организованная, общеобменная. В здание предусмотрено 1 система приточной вентиляции П1. Приточная камера располагается в осях 1−2 и А-Б на отметке +2,100. В приточной камере установлена 1 вентустановка П1. Производительность системы П1 cоставляет 45 170 м³/ч. Прокладка воздуховодов в цехе выполнена под фермой, на отметках +4.350 (прямоугольные воздуховоды) и +4.650 (круглые воздуховоды). Раздача приточного воздуха в цехе осуществляется непосредственно в рабочую зону через 8 воздухораспределителей типа ВЭПш с отметки +1.500. Воздухозабор осуществляется с отметки +2.455.

Вытяжная вентиляция.

Вытяжная вентиляция цеха механическая. Удаление воздуха осуществляется 6 системами местной вентиляции от технологического оборудования. В качестве местных отсосов используются панели равномерного всасывания, зонты-козырьки и вытяжные зонты. Производительности вытяжных установок составляют: В1- 12 110 м³/ч, В2 — 6100 м³/ч, В3 — 11 940 м³/ч, В4 — 2620 м³/ч, В5 — 7490 м³/ч, В6 — 2080 м³/ч. Выброс воздуха — факельный.

Воздух из верхней зоны цеха, в размере 2730 м³/ч удаляется крышным вентилятором.

Отопление и теплоснабжение.

На кузнечно-сварочном участке отопление осуществляется чугунными радиаторами МЗОТ 2К 60П-500. Трубы — стальные водогазопроводные, диаметром 15−20 мм. Параметры теплоносителя системы отопления — 120/70°С. Отопление — дежурное (на 5°С), работающее только в нерабочее время.

У ворот устанавливаем тепловую завесу. Теплоснабжение завес осуществляется от теплового узла водой с параметрами теплоносителя 120/70°С, теплоноситель поступает по стальным водогазопроводным трубам диаметром 50 мм. Теплоснабжение калориферов приточной установки осуществляется также от теплового узла водой с параметрами теплоносителя 120/70°С, теплоноситель поступает по стальным электросварными прямошовными трубами диаметров 76×3,5 мм. Ввод теплосети осуществляется электросварными прямошовными трубами диаметров 89×3,0 мм.

12. Расчет раздачи приточного воздуха в помещении

Размеры цеха (площадь 545,4 м², высота 6,0м). Расчетный воздухообмен L=45 070 м³/ч. Нормируемая температура воздуха в помещении 17⁰С, нормируемая скорость движения воздуха в помещении 0,3 м/с. Недостаток температуры на выходе из воздухораспределителя .

Определяем требуемую площадь живого сечения воздухораспределителей, исходя из рекомендуемой скорости.

(12.1)

.

Принимаем к установке приколонные воздухораспределители типа ВЭПш с площадью живого сечения 0,5 м². Коэффициенты m=0,6, n=1,0.

Определяем их количество:

(12.2)

решеток.

Определяем действительную скорость движения воздуха на выходе из решеток:

(12.3)

.

Расход воздуха через одну решетку

(12.4)

.

Скорость воздуха и избыточную температуру воздуха при входе струи в рабочую зону определяем по формулам для осесимметричных струй.

Находим коэффициент по табл. 2.20[1] в зависимости от величин:

и (12.5)

где х — расстояние, которое проходит струя до входа в рабочую зону, м;

=0,69.

Коэффициент стеснения определяем по формуле:

(12.6)

.

Коэффициент взаимодействия определяем по табл. 2.21 в зависимости от отношения, где расстояние между струями.

.

.

Коэффициент неизотермичности при подаче воздуха горизонтальными струями :

Скорость струи на входе в рабочую зону находим по формуле:

(12.7)

.

Избыточную температуру струи на входе в рабочую зону находим по формуле:

(12.8)

Воздух входит в рабочую зону с температурой на 1,28°С ниже, чем температура воздуха в рабочей зоне, т. е. с температурой t_x=17−1,28=15,72°С и скоростью х_x=0,48 м/с.

Скорость и избыточная температура на оси струи при входе в рабочую зону должны соответствовать следующим требованиям:

Полученные значения соответствуют требуемым, следовательно, воздухо-распределители подобраны верно.

13. Аэродинамический расчет приточной и вытяжной механических систем

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 в системах вентиляции с механическим побуждением следующие:

н_рек до 12 м/с — магистраль;

н_рек до 6 м/с — ответвления.

Аэродинамический расчет систем вентиляции состоит из двух этапов:

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

2) увязка всех остальных ответвлений системы.

Расчет основного направления.

Необходимо вычертить аксонометрическую схему воздуховодов вентиляционной системы и разбить ее на участки. На участках определить расход воздуха L, м³/ч. Расход воздуха на участке определяется суммированием расходов на предыдущих участках. По расходу и рекомендуемым скоростям подбирают диаметры воздуховодов.

К установке принимается воздуховод с площадью ближайшей к требуемой скорости х_тр. Необходимо определить фактическую скорость движения воздуха в воздуховоде по табл. 22.15.

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

(13.1)

Потери давления на трение, Па:

(13.2)

где R-удельные потери давления на трение, Па/м, определяем по табл. 22.15 [8];

l — длина участка воздуховода, м;

n — поправочный коэффициент, который зависит от абсолютной эквивалентной шероховатости воздуховодов k_э воздуховодов и скорости движения воздуха, определяем по табл.2.23.

Динамическое давление, Па:

(13.3)

где — плотность воздуха, кг/м³.

Для воздуховодов прямоугольного сечения за расчетную величину d принимают эквивалентный диаметр d_э, мм, при котором потери давления в круглом воздуховоде при той же скорости будут равны потерям давления в прямоугольном воздуховоде:

(13.4)

где a, bстороны прямоугольного воздуховода, мм.

Потери давления в местных сопротивлениях, Па:

(13.5)

где — сумма коэффициентов местных сопротивлений на расчетном участке воздуховода, коэффициентов местных сопротивлений на границе двух участков с меньшим расходом и определяют по табл. 22.16−22.43.

Увязка ответвлений.

Сравниваются значение располагаемого давления и значение потерь давления на данном ответвлении:

(13.6)

Если данное условие не выполняется, то производится увязка ответвлений:

1) уменьшение размеры воздуховодов если возможно;

2) установка диафрагмы (дополнительного сопротивления на участке, на котором необходимо погасить давление).

Для того, чтобы подобрать диаметр диафрагмы, необходимо подобрать коэффициент местного сопротивления диафрагмы:

(13.7)

где — динамическое давление на участке, на котором устанавливается диафрагма, Па;

— располагаемые потери давления на ответвление, Па;

— потери давления на увязываемом ответвлении, Па.

По значению и по размерам воздуховода, на котором устанавливается диафрагма, подбирают размер диафрагмы по табл.22.48, 22.49.

Аэродинамический расчет приточной системы вентиляции сводится в таблицу 13.1.

Таблица 13.1. Аэродинамический расчет приточной системы вентиляции П1

Расчет узла воздухозабора.

Принимаем к установке решётку типа РН размером, м², рекомендуемая скорость в которой V_рек = 5 м/с. Определим рекомендуемую площадь живого сечения решетки

м².

тогда число решёток:

решетки.

Уточняем скорость:

м/с.

Устанавливаем решетки по вертикали в 2 ряда, а по горизонтали в 2 ряда. В этом случае размер приточного проема 1400×2000 мм.

Далее выполняем аэродинамический расчет вытяжной системы В3 и сводим его в таблицу 13.2.

Таблица 13.2. Аэродинамический расчет вытяжной системы вентиляции В3

14. Подбор вентиляционного оборудования

1. Факельный выброс.

Факельный выброс — это выброс воздуха вертикально вверх через трубы и шахты, не имеющие зонтов. При этом воздуховод, удаляющий вредности из системы местных отсосов, следует оканчивать на высоте не менее 2 м над высшей точкой кровли.

С достаточной точностью высоту факельного выброса H_Ф можно принимать равной 1,2Н_ЗД, где Н_ЗД — высота здания, м.

Произведем расчет факельного выброса вытяжной системы В5 согласно.

1.1. Принимаем высоту HФ?1,2Н_ЗД?1,2· 6,5=7,8 м.

1.2. Определяем скорость воздуха на выходе из насадка по формуле:

м/с. (14.1.1)

1.3.Находим диаметр насадка факельного выброса d_о, м по формуле:

м. (14.1.2)

1.4. Находим потери давления? P, Па в факельном выбросе:

. (14.1.3)

2. Вентилятор для В3.

Вытяжные системы с механическим побуждением в основном оборудуются радиальными вентиляторами общего назначения. Выбираем к установке вентилятор фирмы ЛИССАНТ.

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

Исходные данные:

1) Объем удаляемого воздуха L_сети=11 940 м³/ч;

2) Потери давления в сети, определенные на основании аэродинамического расчета воздуховодов, и потери давления в факельном выбросе, =279,71 Па;

Расчет:

2.1. Развиваемое полное давление вентилятора:

(14.2.1)

гдепотери давления в сети воздуховодов и в факельном выбросе, Па.

.

2.2. Производительность вентилятора с учетом 10% запаса по производительности (т.к. общая длина воздуховодов менее 50 м):

(14.2.2)

.

2.3. Согласно каталогу ЛИССАНТ принимаем вентилятор общего назначения низкого давления ВР 86−77−8,0 с диаметром рабочего колеса D=1,0•D_ном, частотой вращения рабочего колеса n=740 об/мин; КПД _в=0,83 при максимальном КПД _макс=0,84, установленном на одном валу с электродвигателем мощностью N=5,5 кВт.

2.4. Проверяем требуемую мощность на валу электродвигателя:

(14.2.3)

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

P_в — расчетное сопротивление сети, Па;

_в — коэффициент полезного действия вентилятора в рабочей точке;

_п — коэффициент полезного действия передачи.

.

С учетом запаса К_з=1,1:

.

Требуемая мощность электродвигателя с учетом запаса меньше мощности принятого электродвигателя.

3. Крышный вентилятор.

Исходными данными для расчета является расход удаляемого воздуха из верхней зоны в теплый, м³/ч, и холодный, м³/ч, периоды.

— Расход воздуха в теплый период =2730 м³/ч ;

— Расход воздуха в холодный период =2730 м³/ч .

Вентилятор подбирается по графику характеристик крышных вентиляторов. Выбираем к установке вентилятор фирмы ЛИССАНТ.

Определяем производительность вентилятора, м³/ч, по выражению (14.2.2). Тогда:

.

Из каталога определяем тип вентилятора и его показатели:

— тип вентилятора: ВКР-5,0;

— число оборотов рабочего колеса: n = 920 об/мин;

— мощность электродвигателя: N = 0,37 кВт.

4. Фильтр.

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:

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

2) 30% ПДК в воздухе рабочей зоны — при подаче его в помещения производственных и административно-бытовых зданий;

3) 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 L=45 170 м³/ч;

2) Режим работы односменный ф=8 час.;

3) Начальная запыленность воздуха принимаем С_н=0,001 г/м³.

Расчет:

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

Определяем характеристики фильтра по табл.4.1 [8]:

— номинальная пропускная способность одной ячейки фильтра;

— эффективность очистки.

4.1. Требуемое количество ячеек фильтра:

(14.4.1)

.

4.2. Общая площадь фильтра:

(14.4.2)

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

4.3. Действительная удельная воздушная нагрузка фильтра, м³/(м²ч):

(14.4.3)

.

4.4. Начальное сопротивление фильтра по табл. 4.1. Пылеемкость фильтра при увеличении его сопротивления до 160 Па, т. е. на, составит ПФ=4000г/м² по табл. 4.1. Увеличение сопротивления фильтра можно принимать на 100−120 Па.

4.5. Количество пыли, оседающей на фильтре за сутки (8 часов работы):

(14.4.4)

.

4.6. Продолжительность работы фильтра без регенерации:

(14.4.5)

.

5. Калориферы.

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

Широко применяются калориферы биметаллические со спирально-накатным оребрением: КСк3 и КСк4, КП3-СК и КП4-Ск. Теплообменным элементом является трубка, изготовленная из двух трубок, насаженных одна на другую. Внутренняя трубка — стальная, наружная — алюминиевая с накатным на ней оребрением. В качестве теплоносителя в калориферах КСк3 и КСк4 используется перегретая вода с рабочим избыточным давлением до 1,2 МПа и температурой до 180⁰С. Эти калориферы многоходовые, устанавливаются горизонтально. Средняя модель (КСк3) имеет три ряда трубок по ходу воздуха, большая модель (КСк4) — четыре ряда.

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

Исходные данные:

1) Объем приточного воздуха L=45 170 м³/ч;

2) Расчетная температура наружного воздуха (для холодного периода года по параметрам Б) t_н=-24°С;

3) Температура приточного воздуха t_пр=14,5°С;

4) Теплоноситель — горячая вода с параметрами t_гор =120⁰С _, t_обр =70⁰С.

Расчет: