Проектирование системы отопления и приточно-вытяжной вентиляции цеха обработки древесины в промышленном здании

Министерство образования Республики Беларусь Белорусский национальный технический университет Кафедра «Теплогазоснабжение и вентиляция»

Курсовой проект

«Отопление и вентиляция промышленного здания»

Выполнила: ст.гр.110 419

Омелюсик Е.А.

Минск — 2013

1. Описание конструктивных особенностей здания

2. Описание технологического процесса и характеристика выделяющихся вредностей

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

4. Теплотехнический расчет ограждающих конструкций здания

5. Расчет теплопотерь здания

6. Определение количества вредностей, поступающих в помещение для теплого, холодного периодов и переходных условий

7. Составление теплового баланса и выбор системы отопления

8. Расчет поверхности нагревательных приборов системы отопления

9. Определение типа и производительности местных отсосов от технологического оборудования

10. Расчет воздухообмена для трех периодов года

11. Расчет раздачи приточного воздуха

12. Описание принятых решений систем вентиляции здания

13. Аэродинамический расчет одной приточной и одной вытяжной системы механической вентиляции

14. Подбор вентиляционного оборудования

15. Расчет и подбор воздушно-тепловой завесы Список использованной литературы

1. Описание конструктивных особенностей здания

В соответствии с заданием необходимо запроектировать систему отопления и приточно-вытяжную вентиляцию цеха обработки древесины в промышленном здании.

Объект находится в городе Бобруйске. Здание одноэтажное без подвала и чердака. Высота от пола до низа фермы равна 6 м. Фасад ориентирован на восток.

Стены выполнены из силикатных блоков с утеплителем из минераловатных прошивных плит. Полы, не утепленные на грунте.

Кровля выполнена из железобетонных монолитных плит с утеплителем из минераловатных прошивных плит.

Остекление тройное в металлических переплетах размером 3×2м. В здании имеются двое ворот размером 3,6×4,2 м, оборудованные воздушно-тепловыми завесами.

Объект снабжается теплом от ТЭЦ. Теплоноситель — перегретая вода с параметрами ₁=150^оС, ₂=70^оС.

2. Описание технологического процесса и характеристика выделяющихся вредностей

В рассматриваемом цехе обработки древесины находится следующее оборудование:

— 3 камеры для сушки древесины с температурой поверхности t_ст =45?С;

— 2 станка фуговальных мощностью N=4,5 кВт

— 2 станка рейсмусовых двухсторонних мощностью N=7,5кВт;

— 2 станка круглопильных мощностью N=4,5кВт;

— 2 станка ленточных мощностью N=2,8кВт;

— 4 верстака для сборки узлов

— 2 станка пилоножеточильных мощностью N=2,8кВт, d_кр=250мм;

— 1 песочное точило мощностью N=2,2кВт, d_кр=300мм;

— 1 универсальный заточный станок мощностью N=2,8кВт, d_кр=200мм.

Основные вредности в цеху следующие: опилки, стружки и древесная пыль, выделяющиеся при обработке древесины на станках различных типов; избыточная теплота от камер для сушки древесины и от электродвигателей.

Количество воздуха, удаляемое от станков для обработки древесины, определяем по справочным данным в зависимости от типа станка, там же указывается место подключения отсоса и рекомендуемые скорости. А для остальных станков рассчитываем кожухи-пылеприемники, для которых количество воздуха, удаляемое от них, зависит от диаметра круга.

Около камер для сушки древесины устраивается местный отсос в виде зонта-козырька над загрузочным отверстием, скорость воздуха в плоскости зонта 0,9м/с.

Приточный воздух подается в верхнюю зону с малыми скоростями через перфорированные воздуховоды равномерной раздачи, а вытяжка производится из верхней зоны крышными вентиляторами. В теплый период года допустимо поступление наружного воздуха через фрамуги окон, удаление воздуха с помощью дополнительных крышных вентиляторов.

Очистка воздуха от древесных отходов производится в циклонах, которые устанавливаются на нагнетании вентилятора на расстоянии 10−15 м от здания.

Цех обработки древесины относится к категории В. Отопление цеха дежурное, в качестве отопительных приборов используются стальные панельные радиаторы из одной панели.

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

Расчетные параметры наружного воздуха при проектировании вентиляции производственных помещений следует принимать в соответствии с для теплого периода года по параметрам А, а для холодного периода — по параметрам Б. Для переходных условий независимо от места расположения здания принимаем температуру наружного воздуха t_н=8 ⁰C, I_н=22,5кДж/кг .

В соответствии с приложением Е принимаем параметры наружного воздуха для города Бобруйска, представленные в табл.3.1

Расчетные параметры наружного воздуха

Табл.3.1

В соответствии с [4], параметры внутреннего воздуха разделяются на: оптимальные и допустимые. В данном проекте принимаем допустимые параметры, то есть сочетание температуры, влажности и подвижности воздуха, при которых не возникает нарушения состояния здоровья, но может допускаться и некоторые понижение трудоспособности. Допустимые параметры воздуха в рабочей зоне помещений, отвечающие санитарно-гигиеническим требованиям, принимаются в зависимости от периода года и назначения помещения.

Согласно допустимая температура на постоянных рабочих местах для холодного и переходного периодов года при тяжелой работе принимается tр.з.=13…19?С, подвижность воздуха vв=0,5м/с, принимаем t_р.з.=16?С, v=0,5м/с, влажность воздуха ?=60%.

В теплый период года температура внутреннего воздуха принимается на 4^оС больше наружной температуры, но не более 26 ^оС, то есть

t_р.з= t_н^А +4=22,3+4=26,3^оС.

Поэтому принимаем t_р.з.=26^оС, v=0,5м/с, влажность воздуха ?=60%.

Расчетные параметры внутреннего воздуха представлены в табл.3.2

Расчетные параметры внутреннего воздуха

Табл.3.2

4. Теплотехнический расчет ограждающих конструкций здания

Ограждающие конструкции любого здания должны удовлетворять определенным теплотехническим требованиям. Сопротивление теплопередаче R_т ограждающих конструкций, за исключением заполнений проемов и ограждающих конструкций помещений с избытком явной теплоты, следует принимать не менее требуемого сопротивления теплопередаче R_т^тр и не менее нормативного сопротивления теплопередаче R_т^норм.

Требуемое сопротивление теплопередаче R_т^тр, м^2.оС/Вт, определяется по формуле:

R_т^тр =n (t_в-t_н)/_в t_в; (4.1)

где t_в — расчетная температура внутреннего воздуха, ^оС;

t_н — расчетная зимняя температура, ^оС;

n — коэффициент, учитывающий положение наружной поверхности по отношению к наружному воздуху (для промышленных зданий без чердака n=1) [2];

_в — коэффициент теплопередачи, Вт/(м^2.оС), внутренней поверхности ограждающей конструкции, _в=8,7 Вт/(м^2.оС);

t_в — расчетный перепад, ^оС, между температурой внутреннего воздуха и температурой внутренней поверхности ограждающей конструкции (для стен промзданий t_в не более 8 ^оС).

Тепловая инерция определяется:

D=R₁S₁+ R₂S₂+…+R_nS_n; (4.2)

где R₁, R_2…R_n — термическое сопротивление отдельных слоев ограждающей конструкции, м^2.оС/Вт;

S_1, S₂…S_n — коэффициент теплоусвоения, Вт/(м^2.оС), материала отдельных слоев ограждающей конструкции.

R_n=_n/_n, (4.3)

где _n — толщина n-го слоя ограждения, м;

_n — коэффициент теплопроводности n-го слоя [2], Вт/м^.с.

При значении D до 1,5 (безинерционное ограждение) t_н в формуле (4.1) принимаем равной температуре наиболее холодных суток обеспеченностью 0,98 (t_хс^0,98).

При значении 1,5D 4 (ограждение малой тепловой инерционности) t_н в формуле (4.1) принимаем равной температуре наиболее холодных суток обеспеченностью 0,92 (t_хс^0,92).

При значении 4D 7 (ограждение средней тепловой инерционности) t_н в формуле (4.1) принимаем равной средней температуре 3-х наиболее холодных суток (t_хс):

t_хс=(t_н^Б+ t_хс^0,92)/2, (4.4)

где t_н^Б — средняя температура холодной пятидневки t_х5^0,92.

При D7 (ограждение большой тепловой инерционности) t_н=t_х5^0,92 холодной пятидневки обеспеченностью 0,92.

Нормативное значение сопротивления теплопередаче ограждающей конструкции R_т^норм принимаем по табл.10. Определяем толщину теплоизоляционного слоя ограждающей конструкции, используя формулу:

R_т=1/_в+R_i+1/_н (4.5)

где _н — коэффициент теплопередачи наружной поверхности ограждающей конструкции, для наружных стен, покрытий и перекрытий; _н=23 Вт/(м^{2 о}С), табл.5.7.

1. Определяем величину термического сопротивления и толщину утеплителя наружной стены промышленного здания в городе Бобруйске. Первый слой — защитно-отделочная штукатурка толщиной =3мм, =0,81Вт/(м^{2 о}С), S=19,7Вт/(м^{2 о}С); второй слой — маты минераловатные прошивные =0,046Вт/(м^{2 о}С), S=0,48Вт/(м^{2 о}С); третий слой — блоки силикатные толщиной =300мм, =1,63Вт/(м^{2 о}С), S=12,13Вт/(м^{2 о}С); четвертый слой — цементно-песчаная штукатурка толщиной =15мм, =0,93Вт/(м^{2 о}С), S=11,09Вт/(м^{2 о}С). Условия эксплуатации ограждения «Б» t_в=16^оС, _в=60%.

По формуле (4.1) находим R_т^тр при этом t_в=16^оС, n=1; t_н принимаем при значении 1,5D4 (ограждение малой тепловой инерционности), то есть для наиболее холодных суток обеспеченностью 0,92.

По t_н=-29 ^оС, t_в= t_в — t_тр=16−8,5=7,5^оС, _в=8,7 Вт/(м^{2 о}С).

R_т^тр ==0,69 м^{2 о}С/Вт.

Нормативное значение R_т^норм =2,0 м^{2 о}С/Вт.

Принимаем большее значение, то есть R_т^огр = R_т^норм=2,0 м^{2 о}С/Вт.

Тогда толщина теплоизоляционного слоя

_ут=(R_т^огр-1/_в-1/_н-_шт/_шт-_бл/_бл-_штц/_штц)_ут,

_ут =(2,0−1/8,7−1/23−0,003/0,81−0,3/1,63−0,015/0,93)· 0,046=90мм.

Определяем тепловую инерцию ограждения:

D=R _штS _шт +R_утS_ут+ R _бл S _бл+ R _штц S _штц;

D= (0,003/0,81)· 9,76+(0,09/0,046)·0,48+(0,3/1,63)·12,13+(0,015/0,93)·11,09=3,5

что попадает в интервал от 1,5 до 4.

Определяем величину действительного термического сопротивления наружной стены.

R_т^действ=1/_в+1/_н+_шт/_шт+_ут/_ут +_бл/_бл+_штц/_штц

R_т^действ=1/8,7+1/23+0,003/0,81+0,09/0,046+0,3/1,63+0,015/0,93=2,060 м^{2 о}С/Вт.

2. Определим величину термического сопротивления и толщину утеплителя кровли.

Конструкция покрытия следующая:

1 — кровельный материал: =5мм, =0,17 Вт/(м· ^оС), S=3,53 Вт/(м²· ?C);

2 — кровельный материал: =5мм, =0,17 Вт/(м· ^оС), S=3,53 Вт/(м²· ?C);

3 — цементно-песчаная стяжка: =30мм, =0,93Вт/(м· ^оС), S=11,09 Вт/(м²· ?C);

4 — маты минераловатные прошивные: =0,046 Вт/(м· ^оС), S=0,48 Вт/(м²· ?C);

5 — уклонообразующий слой керамзитобетона: =50мм, =0,92 Вт/(м· ^оС), S=10,5 Вт/(м²· ?C).

6 — ж/б плита монолитная: =200мм, =2,04 Вт/(м· ^оС), S=19,7 Вт/(м²· ?C);

t_н принимаем при значении 4D7 (ограждение средней тепловой инерционности) t_н в формуле (4.1) принимаем равной средней температуре 3-х наиболее холодных суток (t_хс):

t_н=t_хс= -25°С.

R_т^тр =1· (16+25)/(8,7·5,5)=0,857 м²·?C/Вт.

По табл.10 для покрытий и перекрытий R_т^норм.=3,0 м^{2 о}С/Вт — выбираем эту величину и определяем толщину утеплителя.

= (3−1/8,7−0,005/0,17−0,004/0,17−0,03/0,93−0,05/0,92−0,2/2,04−1/23)· 0,046=120мм.

Определяем тепловую инерцию ограждения :

D =

Значит t_н выбрана правильно.

Определяем величину действительного термического сопротивления наружной стены.

R_т^действ=1/8,7+1/23+0,005/0,17+0,004/0,17+0,03/0,93+0,12/0,046+0,05/0,92+0,2/2,04=3,005 м^{2 о}С/Вт.

3. Сопротивление теплопередаче заполнений наружных световых проемов (окон) следует в соответствии с табл. 10 принимать — 0,6 м^2оС/Вт; для наружных ворот R=0,6· R_ст^тр=0,6·0,69=0,414 м^{2 о}С/Вт.

5. Расчет теплопотерь

Расчет теплопотерь ограждающими конструкциями производим в соответствии с приложением Ж.

Основные и добавочные потери теплоты следует определять суммируя потери теплоты через отдельные ограждающие конструкции Q, Вт:

Q=А (t_р-t_ext)(1+??)•n/R_т, (5.1)

где, А — расчетная площадь ограждающей конструкции, м²;

t_р — расчетная температура воздуха в помещении, ^оС, с учетом ее повышения в зависимости от высоты помещения если >4м;

t_ext — расчетная температура наружного воздуха для холодного периода, ^оС;

? — добавочные потери теплоты в долях от основных потерь;

n — коэффициент, принимаемый в зависимости от положения наружной конструкции по отношению к наружному воздуху [3, табл.5.3];

R_т — сопротивление теплопередаче ограждающей конструкции, м^{2 о}С/Вт

Температура воздуха, удаляемого из помещения:

t_ух= t_р.з+grad t *(H-2), (5.2)

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

Н — высота цеха, м;

t_ух= 16+0,5(6−2)=18 ^оС.

Для стен высотой более 4 м температура воздуха в помещении:

t_р=(t_р.з.+ t_ух)/2=(16+18)/2=17 ^оС

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.

Также необходимо учесть добавочные потери теплоты на нагрев наружного воздуха, поступающего путем инфильтрации в производственное здание, они составляют около 30% от основных потерь.

Расчет потерь теплоты приведен в таблице 5.1.

Таблица 5.1 Расчет теплопотерь

Определим теплопоступления при дежурном отоплении:

(5.3)

Вт.

6. Определение количества вредностей, поступающих в помещение в теплый и холодный периоды и при переходных условиях

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.

Q_люд =n•q_я•к_л, (6.1)

где n-количество людей;

q_я— тепловыделения одним взрослым человеком (мужчиной) Вт, принимаются в зависимости от температуры внутреннего воздуха и категории работ по табл. 2.3 [4]

к_л=1 (для мужчин);

Холодный период и переходные условия:

Q_люд =12•158•1=1900 Вт.

Теплый период:

Q_люд =12•86•1=1040 Вт.

Тепловыделения от искусственного освещения.

Вся энергия, затрачиваемая на освещение, переходит в теплоту, нагревающую воздух помещения. Частью энергии, нагревающей конструкции здания, можно пренебречь.

Тепловыделения от источников искусственного освещения, если суммарная мощность источников освещения не известна, определяются следующим образом:

Q_осв=Е•F•q_осв•?_осв, (6.2)

где Е — нормируемая освещенность помещения, Лк (табл.2.5) [4]

F-площадь пола помещения, м²

q_осв— удельные тепловыделения от ламп, Вт/(м²Лк) (табл.2.6) [4]

?_осв— доля теплоты, поступающей в помещение;

Холодный период и переходные условия:

Q_осв=200•942,4•0,067•1=12 630 Вт

Теплопоступления через заполнение световых проемов.

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.

Количество теплоты, поступающей в результате солнечной радиации через оконные проёмы, определяем по максимальным значениям (остекление освещено солнцем, козырьки солнцезащитные на окнах отсутствуют) по следующей формуле:

Q_||р=q_||р· F_||, Вт (6.3)

Теплопоступления от солнечной радиации, Вт/м², для вертикального заполнения световых проемов:

q_||=(q_п к_инс. +q_р к_обл)· k_отн·₂, Вт/м² (6.4)

где q_п, q_р— поступления теплоты в Вт/м² соответственно от прямой и рассеянной солнечной радиации. Зависит от ориентации остекления и географической широты. Бобруйск находится на 52с.ш.

Котн — коэффициент относительного проникновения солнечной радиации через заполнение световых проемов, К_отн = 0,83;

Таблица 5.2

Коэффициент инсоляции для вертикального заполнения световых проемов равен:

к_инс.в. = (1- (L_г· ctg-a)/H)·(1- (L_в· tgA_с.о.-с)/В), (6.5)

где L_в, L_г — размер горизонтальных и вертикальных выступающих элементов затенения (откосы, стационарные элементы фасада) L_в =L_г =0,12 м.

а, с — расстояние от горизонтального вертикального элементов затенения от откоса светового проема, м, а=с=0м.

Н, Ввысота и ширина светового проема, м, В=3м и Н=2м.

A_с.о.— солнечный азимут остекления (для вертикальных затеняющих устройств), т. е. угол, град., между горизонтальной проекцией солнечного луча и горизонтальной проекцией нормали к рассматриваемой плоскости остекления [4,табл.2.6−2.8]

A_с=56

A_с.о.^в=A_с=56.

— угол (для горизонтальных затеняющих устройств), град., между вертикальной плоскостью остекления и проекцией солнечного луча на вертикальную плоскость, перпендикулярную рассматриваемой плоскости остекления.

^в= arctg (ctgh· cos A_с.о.)= arctg (ctg47· cos 56)= 27,5.

где h=47 -высота стояния солнца, град, [2,табл.2.6],

к_инс.=(1-(L_г· ctg-a)/H)·(1-(L_в·tgA_с.о.-с)/В)=(1-(0,12·1,92−0)/2)·(1-(0,12·1,48−0)/3)=0,83;

К_обл — коэффициент облучения, зависящий от углов

=arctg (L_в/(В+с))= arctg (0,12/3)=2,3

= arctg (L_в/(Н+а))= arctg (0,12/2)=3,4

равен произведению коэффициентов облучения К_обл.г. и К_обл.в. соответственно для горизонтальной и вертикальной солнцезащитной конструкции.

К_обл.=1.

Теплопоступления от солнечной радиации через южные окна составят:

Q_||р =(206· 0,83+87·1)·0,83·0,7·66= 9900 Вт.

Теплопоступления от солнечной радиации через восточные окна составят:

Q_||р =(0+59· 1)·0,83·0,7·66= 2270 Вт.

Для остекления, выходящего на запад:

A_с.о.^в=90-A_с=90−56=34.

^в= arctg (ctgh· cos A_с.о.)= arctg (ctg47· cos 34)= 37,7,

где h=47 -высота стояния солнца, град, [2,табл.2.6].

к_инс.=(1-(L_г· ctg-a)/H)·(1-(L_в·tgA_с.о.-с)/В)= =(1-(0,12· 1,3−0)/2)·(1-(0,12·0,67−0)/3)=0,9.

Теплопоступления от солнечной радиации через западные окна составят:

q_||р=(374· 0,9+100·1)·0,83·0,7·66=16 750 Вт.

Суммарное теплопоступление через окна:

Q_||р=9900+2270+16 750=28920 Вт.

Теплопоступления через покрытие.

Количество теплоты, поступающее в помещение цеха через покрытие, определяется по выражению:

Вт. (6.6)

где — сопротивление теплопередаче покрытия, (· °C)/Вт;

— коэффициент поглощения солнечной радиации поверхностью покрытия, ;

— среднее суточное количество суммарной (прямой и рассеянной) теплоты, поступающей на поверхность покрытия, Вт/, принимаемое в соответствии с [4, табл. 2.12]. ;

— коэффициент теплоотдачи наружной поверхности покрытия, Вт/(· °C), рассчитываемый по формуле в зависимости от скорости ветра:

Вт/(· °C) (6.7)

— температура воздуха под покрытием помещения цеха, °C,

°C;

— площадь поверхности покрытия,, ;

— средняя температура наружного воздуха за июль, °C.

Вт.

Теплопоступления от электродвигателей.

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.

Q_эл.дв =1000N_уК_сК_з К_о (1-+К_т), (6.8)

N_у— установочная мощность электродвигателя;

К_Т — коэффициент перехода теплоты в помещение, принимается по опытным данным. к_т=1 при работе станков без охлаждения.

К_с — коэффициент спроса на электроэнергию. Для деревообработки К_с=0,5;

К_з — коэффициент загрузки. К_з=N_ном/N_у. Принимают К_з=0,5…0,8;

К_о — коэффициент одновременности работы. К_о=0,5…1;

— коэффициент полезного действия электродвигателя.

При N_у=0,5…3кВт =0,7…0,8;

при N_у=3,1…10кВт =0,82…0,85;

при N_у=11…15кВт =0,85…0,86.

Станки фуговальные:

Q_эл.дв=2· 1000·4,5·0,5·0,6·0,8·(1−0,83+0,83)=2160 Вт.

Станки рейсмусовые двухсторонние:

Q _эл.дв=2· 1000·7,5·0,5·0,6·0,8·(1−0,83+0,83)=3600 Вт.

Станки круглопильные:

Q _эл.дв=2· 1000·4,5·0,5·0,6·0,8·(1−0,83+0,83)=2160 Вт.

Станки ленточнопильные:

Q _эл.дв=2· 1000·2,8·0,5·0,6·0,8·(1−0,75+0,75)=1360 Вт.

Пилоножеточильные станки:

Q _эл.дв=2· 1000·2,8·0,5·0,6·0,8·(1−0,75+0,75)=1360 Вт.

Песочное точило:

Q _эл.дв=1000· 2,5·0,5·0,6·1·(1−0,75+0,75)=750 Вт.

Универсальный заточный станок:

Q _эл.дв=1000· 2,8·0,5·0,6·1·(1−0,75+0,75)=840 Вт.

?Q _эл.дв=2160+3600+2160+1360+1360+750+840=12 230Вт.

Теплопоступление от нагретых поверхностей.

Теплоотдачу в помещение от нагретых поверхностей Q_н.п., Вт, определяют по формулам теплопередачи. При этом теплота поступает за счет конвекции Q_к, Вт, и лучеиспускания Q_л, Вт.

Q_н.п= Q_л+Q_к, (6.9)

Конвективный теплообмен может быть определен:

Q_к=_к· (t_п-t_в)·F, (6.10)

где _к— коэффициент теплопередачи конвекцией, Вт/(м^2оС);

Коэффициент теплопередачи конвекцией для вертикальной поверхности можно определить по формуле:

^в_к=, (6.11)

Для горизонтальной поверхности значение коэффициента теплопередачи конвекцией можно определить по формуле:

^г_к=. (6.12)

Теплоотдачу излучением можно определить:

Q_л=C_пр·, (6.13)

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

Для теплого периода:

^в_к= Вт/(м²· °C);

^г_к= Вт/(м²· °C);

Q_к= (5,0(45−26)8+4,43(45−26)30)=3285 Вт;

Q_л==3940 Вт;

Q_н.п=3940+3285=7225 Вт.

Для трех камер

Q_н.п=21 680 Вт

Для переходных условий и холодного периода:

^в_к=, Вт/(м²· °C);

^г_к= Вт/(м²· °C);

Q_к= (5,7(45−16)8+5,1(45−16)30)=5760Вт;

Q_л= Вт;

Q_н.п=5740+5760=11 500Вт.

Для трех камер

Q_н.п=34 500 Вт

7. Составление теплового баланса цеха и выбор системы отопления

Таблица 7.1

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 и оборудования. В теплый период учитываются теплопоступления от солнечной радиации, людей и оборудования. Составляем тепловой баланс, который сводится в таблицу 7.2

Таблица 7.2

Исходя из данных теплового баланса помещения, дежурное отопление необходимо предусмотреть в нерабочее время.

В рабочее время систему отопления целесообразно отключать, а избытки тепла 18 590Вт компенсировать подачей воздуха с температурой, меньшей, чем температура рабочей зоны.

8. Расчет поверхностей нагревательных приборов системы отопления

Принимаем к установке стальные панельные радиаторы VONOVA однорядные 11KV высотой 500 мм, установленные открыто в цеху промышленного здания.

Параметры теплоносителя воды: t_гор=150⁰С, t_обр=70⁰С.

Система отопления поддерживает в нерабочее время в цеху температуру +5⁰С.

Требуемый номинальный тепловой поток определяется по формуле:

(8.1)

где — необходимая теплопередача прибора в помещение, определяемая по формуле:

(8.2)

где — теплопотери помещения;

— число мест установки отопительных приборов.

— комплексный коэффициент приведения номинального теплового потока прибора к расчетным условиям:

(8.3)

где — разность средней температуры воды в приборе и температуры окружающего воздуха:

(8.4)

— расход воды в приборе:

кг/ч (8.5)

n, p,?₄ — экспериментальные числовые показатели, зависящие от расхода теплоносителя в приборе и от схемы подключения прибора: .

Расчет сводим в таблицу 8.1.

здание воздухообмен вентиляция отопление

Таблица 8.1

В цехе предусмотрена горизонтальная двухтрубная тупиковая система отопления. Подающие и обратные трубопроводы прокладываются над полом. Трубопроводы прокладываются с уклоном 0,003; для выпуска воздуха предусмотрены автоматические воздухоотводчики, установленные в верхних точках магистрали; в нижних точках магистрали устанавливаются тройники с пробкой для опорожнения системы отопления. Трубопроводы и приборы окрашиваются масляной краской 2 раза. Т.к. по заданию гидравлический расчет не требуется, проводим подбор диаметров участков в зависимости от допустимых скоростей или потерь давления.

Таблица 8.1

9. Определение типа и производительности местных отсосов от технологического оборудования

Количество удаляемого воздуха местными отсосами от станков определяем по справочным данным в зависимости от типа станка:

Станок фуговальный: L=2•1500=3000 м³/ч;

Станок рейсмусовый двухсторонний:: L=2•5000=10 000 м³/ч;

Станок круглопильный: L=2•840=1680 м³/ч;

Станок ленточнопильный: L=2•1200=2400 м³/ч.

Количество удаляемого воздуха местными отсосами от станков, на которых установлены кожухи-пылеприемники, определяем в зависимости от диаметра круга. При d<250мм L=2d, при d=250…600мм L=1,8d.

Пилоножеточильный станок: L=2•1,8•d=1,8•250=900 м³/ч;

Песочное точило: L=1,8•d=1,8•300=540 м³/ч;

Универсальный заточный станок: L=2•d=2•200=400 м³/ч;

Для камеры сушки древесины используется зонт-козырек.

Размеры отверстия bxh=0,8×1м.

Вылет зонта L=1,4•h=1,4•1=1,4 м.

Ширина зонта В=b+0,2=0,8+0,2=1м.

Площадь зонта F=В•L=1•1,4=1,4 м².

Атмосферное давлении Р=745 мм рт ст или 99,3кПа. Принимаем t_г=90?С, t_в=16 ?С, t_см=40 ?С (механическая система вентиляции).

1. Определяем плотность

2. Определяем коэффициент, который определяет положение нейтральной зоны:

Т_г=273+90=363К Т_в=273+16=289К

3. Высота и площадь отверстия, работающего на приток

4. Среднее по высоте избыточное давление, с которым он выбивается из печи Т.к. у нас 3 камеры для сушки древесины, поэтому имеем:

L=3•4544=13 640 м³/ч.

L_м.о.=3000+10 000+1680+2400+900+540+400+13 640=32560 м³/ч.

10. Расчет воздухообмена для теплого, холодного периодов и переходных условий Расчет воздухообмена в цехах для 3-х периодов года основан на уравнении теплового баланса в помещении. По результатам расчета определяется необходимый расход приточного воздуха и его температура.

Тепловой баланс в помещении имеет вид:

3,6?Qизб + Qпр = Qмо + Qух, (10.1)

или же можно записать:

3,6?Qизб + Lпр•с•?•tпр = Lмо•с•?•tр.з. + Lух•с•?•tух, (10.2)

откуда выводим выражение для определения Lпр, м3/ч:

(10.3)

где Lмо — расход воздуха удаляемого из цеха местными отсосами, м3/ч;

Qизб — суммарные избытки теплоты, Вт;

с — удельная теплоемкость воздуха, Дж/(кг•оС);

tрз, tух — соответственно температура воздуха в рабочей зоне и температура уходящего воздуха, оС.

Рассчитываем необходимое количество приточного воздуха для трех периодов года.

При этом Lмо, м3/ч, забирается из нижней зоны местными отсосами, а Lух, м3/ч, из верхней зоны крышными вентиляторами. Такое же количество воздуха будет поступать в цех через нижние фрамуги окон за счёт разрежения, создаваемого вытяжными установками — в летний период, а в переходный и зимний — через приточную систему.

Тёплый период:

tпр=tнА=23,3?С;

Qизб=67 440Вт;

tрз=26?С;

Lмо=32 560 м3/ч;

tух=28,8 ?С.

Переходный период:

tпр=tн+1==8+1=9?С;

Qизб=52 500Вт;

tрз=16?С;

Lмо=32 560 м3/ч;

tух=18?С.

Холодный период:

tпр= 11? С;

Qизб=49 230Вт;

tрз=16?С;

Lмо=32 560 м3/ч;

tух=18 ?С.

Т.к. Lмо> Lобщх, то в холодный и переходный периоды:

Lпр= Lмо+ Lвыт=32 560+5190=37 750 м3/ч;

Lмо=32 560 м3/ч;

Lвыт=5190 м3/ч.

В теплый период:

Lпр= 37 750 м3/ч;

Lмо=32 560 м3/ч;

Lвыт=5190 м3/ч;

Lвытл=> LобщтLмоLвыт =15 410 м3/ч.

В теплый период удаление воздуха осуществляется из верхней зоны крышным вентилятором. Приток летом обычно неорганизованный в рабочую зону через нижние фрамуги окон.

11. Расчет раздачи приточного воздуха Принимаем для раздачи перфорированный круглый ступенчатый воздухораспределитель равномерной раздачи типа ВПК, который установлен на высоте 6 метров от пола. В соответствии с длиной проектируемого помещения длина ВПК должна быть до 36 м. В соответствии с характером расположения технологического оборудования (два ряда) принимаем к установке два воздухораспределителя.

Расход на один воздухораспределитель:

L0=30 300/2=15 150 м3/ч.

Определим

t0=tв-tпр=16−11=5 ?С.

С учетом длины обслуживаемого помещения принимаем предварительно к установке воздухораспределитель ВПК1.00.000 со следующими характеристиками:

d_н=800; d_ср=620; d_посл=450; F_о=0,5 м²; l=25 820 мм; m=0,5; n=1; ?=1,5;

Находим скорость в корне воздухораспределителя:

v=L_о/(3600•А_о)=6780/3600· 0,31=6,07 м/с; V_отв=0,55•6,9=3,3 м/с;

Согласно схемам раздачи, X₀=h-h_рз=6−2=4 м; К_в=1. Для обеспечения нормируемых параметров воздуха в рабочей зоне отношение ширины струи к ширине обслуживаемого участка В_р :

А=в_g/В_р=0,2…0,5;

в_g=2,6· d_ср+0,44=2,6·0,5+0,44=1,74; А=1,74/9=0,2;

При А=0,2 и X=Х₀/В_р=4/9=0,44; К_с=0,3;

Коэффициент неизотермичности определяем по формуле:

=5;

Где К_fp=0,047-коэффициент живого сечения ВПК;

а=0,192 при подаче воздуха по принятой схеме.

Находим скорость воздуха при входе в рабочую зону:

?С < 2? С.

Потери давления в ВПК находим по формуле:

Па, где

?-коэффициент трения, при d_ср=0,5 ?=0,04;

l-длина воздухораспределителя;

?- коэффициент местного сопротивления, ?=1,7;

d_ср -средний диаметр, м; d_ср=0,5 м;

Тогда:

Па.

12. Описание принятых решений систем приточно-вытяжной вентиляции в проектируемом здании Выбор способа подачи приточного воздуха и типа воздухораспределителя производится в зависимости от категории помещения, требований к микроклимату, вида технологического оборудования и характера вредностей, поступающих в рабочую зону.

Исходя из рекомендаций, относящихся к цеху деревообрабатывающему принимаем подачу воздуха сверху вниз плоскими струями через воздухораспределители ВПК.

В качестве вытяжной вентиляции предусмотрена система аспирации. Системы аспирации создают разряжение в укрытиях технологического оборудования, препятствуя выбиванию пыли в помещение, удаляют отходы в виде пыли, древесных опилок и стружки и подают их к пылеулавливающему оборудованию. Функции систем аспирации сводятся к эффективному и надежному обеспыливанию воздуха в рабочей зоне производственных помещений и к охране атмосферного воздуха от пылевых выбросов.

13. Аэродинамический расчет одной приточной и одной вытяжной системы механической вентиляции При проектировании приточных и вытяжных систем вентиляции необходимо выполнять требования, изложенные в [2,3]. Воздуховоды проектируются преимущественно круглого сечения из листовой стали. Воздуховоды не должны мешать работе оборудования, транспортных средств, кранов и персонала.

Аэродинамический расчет воздуховодов систем приточно-вытяжной вентиляции общего назначения сводится к определению размеров их поперечного сечения, а также потерь давления на отдельных участках воздуховодов при заданном расходе воздуха L, м³/ч, и рекомендуемой скорости, м/с.

Аэродинамический расчет вентиляционной системы состоит из двух этапов: расчета участков основного направления магистрали и увязки ответвлений. При увязке ответвлений расхождение в потерях давления должно быть не более 10%, при условии, что воздух поступает в одно помещение (цех).

Общие потери давления, Па, в сети воздуховодов для стандартных условий (t=18⁰С и =1,2 кг/м³) определяется по формуле:

Р=Rln+Z, Па (13.1)

где R — потери давления на трение на расчетном участке сети, Па/м [1];

l — длина участка воздуховода, м;

n — поправочный коэффициент на потери давления на трение, учитывающие шероховатость воздуховодов;

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

Па (13.2)

где — сумма коэффициентов местных сопротивлений на расчетном участке воздуховода.

В промышленном здании приточная камера располагается на площадке на высоте 4,0 м от пола, при этом воздух забирается через проем в стене цеха. В этом проеме устанавливаются штампованные жалюзийные решетки типа РС4 _реш=1,2 (относится к скорости в живом сечении решетки), рекомендуемая скорость не более 5 м/с.

Принимаем =5 м/с, тогда суммарное живое сечение для прохода воздуха:

м². (13.3)

Принимаем к установке решетку типа РС4 размером 600×1200(h), f_ж.с=0,4336 м², тогда число решеток шт, принимаем к установке 4 шт. и уточняем скорость движения воздуха в решетках:

м/с.

Устанавливаем решетки по вертикали в 2 ряда, по горизонтали в 2 рядов. В этом случае размер приточного проема 1200×2400(h).

Рассчитаем сеть металлических воздуховодов приточной установки П1. Раздача воздуха осуществляется через 2 перфорированные круглые воздухораспределители типа ВПК 1.00.000. На каждый воздухораспределитель приходится 15 150 м3/ч воздуха. Так как система симметрична, то расчет можно производить по любому направлению. Ветки равноценно нагружены, поэтому увязку ответвления можно не выполнять.

Системы аспирации предназначены для удаления запыленного воздуха от укрытых и местных отсосов технологического оборудования.

Целью расчета является определение диаметров участков, потерь давления в сети, увязка ответвлений.

Воздуховоды систем аспирации рекомендуется принимать круглыми, минимально допустимого диаметра 80 мм. Длина ответвлений воздуховодов от местного отсоса до коллектора не должна превышать 30 м.

Воздуховоды аспирационных систем рассчитывают из условия одновременной работы всех отсосов. При расчете необходимо тщательно увязывать потери давления в ответвлениях сети, допустимая невязка не более 5%. При необходимости для увязки потерь давления допускается увеличить объем воздуха, удаляемого от того или иного оборудования, до 15% или устанавливать конусные диафрагмы на вертикальных участках.

Расчет воздуховодов систем аспирации рекомендуется проводить по методу динамических давлений. При перемещении малозапыленного воздуха с массовой концентрацией? кг/кг потери давления, Па, на расчетном участке:

Р_уч=, (13.4)

где ??- сумма коэффициентов местных сопротивлений на участке;

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

Практическое значение скорости в воздуховодах для перемещения различного транспортируемого материала приводится в табл.22.57[1]

Приведенный коэффициент трения:

(13.5)

Где ?-коэффициент сопротивления трения;

dдиаметр воздуховода, мм;

lдлина расчетного участка воздуховода, м.

При перемещении воздуха с механическим примесями? >0,01 кг/кг потери давления в сети на трение, местные сопротивления и подъем транспортируемых с воздухом примесей определяется по формуле:

(13.6)

где 1,1-коэффициент на неучтенные потери;

— суммарные потери давления на участках расчетного направления при перемещении воздуха с примесями, Па;

копытный коэффициент, зависящий от характера транспортируемого материала; для внутрицеховых систем пневмотранспорта к=1,4 [1];

?- массовая концентрация смеси, кг/кг; для древесных отходов ?=0,1 [1];

l_в— длина вертикального участка воздуховода.

Аэродинамический расчет системы аспирации В1.

Рассчитаем сеть воздуховодов из листовой стали системы аспирации, где установлено следующее оборудование: станок круглопильный L=840 м³/ч (2 шт); станок ленточнопильный L=1200 м³/ч (2 шт).

К расчету принята система с вертикальным коллектором цилиндрической формы. Диаметр коллектора определяется исходя из скорости в нем (3−5 м/с). Высота коллектора 400−700 мм.

Коллектор-сборник следует располагать в помещении так, чтоб расстояние до каждого станка было по возможности одинаково. Минимальная скорость в воздуховодах для древесных отходов 15 м/с.

Расчет ведем через самый удаленный станок-участок 1, потом увязываем остальные ответвления. Расчеты сводим в таблицу 13.2.

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

L= 1,1· 1,1·4080=4940 м3/ч.

Для очистки воздуха принимаем к установке циклон Ц-15. При подборе циклонов скорость воздуха во входном патрубке не следует принимать более 20 м/с. Скорость движения воздуха во входном патрубке циклона (при площади патрубка 0,038 м2):

Vвх=3570/(3600· 0,038)=18,3 м/с.

Потери давления в циклоне при? ц=5,4 [1]:

Рц=5,4· 18,32/2·1,2=1085 Па.

Далее производим пересчет потерь давления в сети с учетом транспортирования смеси воздух — минеральная пыль:

Рсети=1,1· 1189· (1+1,4· 0,05)=1399 Па.

Потери давления в системе В1:

Рсист=1399+1836=3070 Па.

Подбираем вентилятор для системы аспирации.

Производительность вентилятора L=5160 м3/ч.

Развиваемое полное давление вентилятора Р=1,1· 3070=3377 Па.

К установке принимаем комплект П5.100−1а. 1], состоящий из радиального пылевого вентилятора В. ЦП6−45−5 с числом оборотов 1755 об/мин., с электродвигателем 4А100S4 мощностью 6 кВт и частотой вращения 1430 об/мин., КПД вентилятора ?=0,55.

Требуемая мощность определяется:

кВт.

Установочная мощность электродвигателя:

NY=Кз· N кВт, Где Кз — коэффициент запаса, Кз=1,1 т.к. мощность электродвигателя >5кВт.

Ny=1,1· 5,4=5,9 кВт.,

что соответствует мощности принятого электродвигателя.

14. Подбор вентиляционного оборудования

Подбор фильтра.

Унифицированные ячейковые фильтры типа ФЯ представляют собой металлические разъемные коробки размером 500 500 мм, заполненные фильтрующим материалом. Эффективность ячейковых фильтров можно принимать Е=82%.

Подбираем фильтр для очистки приточного воздуха, подаваемого в общественное здание, в количестве L = 30 300 м³/ч. Режим работы фильтра односменный =8час.

Начальную запыленность воздуха принимаем равной С_н= 0,001 г/м³. Для проектируемого цеха применяем ячейковый фильтр грубой очистки, например, ФяВБ.

Технические данные фильтра ФяВБ (размер ячейки 500×500 мм).

1. Требуемое число ячеек фильтра n:

n = L/L_н =30 300/1540=19,7 принимаем 20 ячеек.

2. Общая площадь фильтра:

F_ф=0,2220=4,4 м².

3. Действительная удельная воздушная нагрузка фильтра:

УФ = L/F_ф = 30 300/4,4 = 6890 м³/(м²ч).

4. Начальное сопротивление фильтра (по номограмме 2,12, [6]) составит Р_н = 50 Па.

Пылеёмкость фильтра при увеличении его сопротивления до150 Па, т. е. Р=150−50 = 100 Па, составит ПФ? 2900 г/м² (по номограмме 2,13, [6]).

5. Количество пыли, оседающей на фильтрах за сутки (за 8 часов работы) будет:

G_с=С_нLE=0,1 303 000,828 = 198,8 г/сутки

6. Продолжительность работы фильтра без регенерации:

m=ПФF_ф/G_с=29 004,4/198,8? 64 суток.

m — больше10 суток.

Калориферная установка Нагревание воздуха в приточных камерах вентиляционных систем производится в теплообменных аппаратах, называемых калориферами.

Оптимальная скорость движения воды в трубках 0,2−0,5 м/с. Увеличение скорости свыше 0,5 м/с не приведет к значительному увеличению теплоотдачи, а гидравлическое сопротивление калориферов значительно возрастет. Принимать скорость движения воды ниже 0,2 м/с не рекомендуется, т.к. это может привести к замораживанию калорифера в зимний период.

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

Принимаем 4 калорифера параллельно по воздуху.

Подберем калорифер для нагревания L'=L/4=30 300/4=7575 м³/ч воздуха от температуры t_н=-234⁰С до t_к=t_пр-1=11−1=10⁰С. Теплоноситель — перегретая вода с параметрами t_гор=150 ⁰С, t_обр=70 ⁰С.

1.Количество теплоты, необходимой для подогрева приточного воздуха:

Q = 0,28· L·_к·c· (t_к — t_н), Вт, (14.1)

где L'-расход нагреваемого воздуха, м³/ч ;

_к— плотность воздуха при температуре t_к, кг/м³;

_к= 353/(273+ t_к)=353/(273+10)=1,247 кг/м³; (14.2)

cудельная теплоемкость воздуха, c=1,005 кДж/(кг•⁰С) ;

t_н— температура воздуха до калорифера, ⁰С;

t_к— температура воздуха после калорифера, ⁰С;

Q= 0,28· 7575·1,247·1,005·(10-(-23)) =87 720 Вт.

2. Задаемся массовой скоростью v'=6 кг/м²с и находим площадь живого сечения калориферной установки для прохода воздуха:

f_B'=L· /(3600·v'), м² (14.3)

f_B' =7575· 1,2/(3600·6)=0,42 м²

3.Предварительно принимаем к установке 4 калорифера КСк3−9 (табл.2.28) со следующими характеристиками:

f_в=0,39 м², f_тр=0,846 м², F_н=16,34 м².,

где f_в— живое сечение по воздуху, м²;

F_н — площадь поверхности нагрева калорифера, м²;

f_тр — живое сечение по теплоносителю, м².

4.Находим действительную массовую скорость:

v=, кг/(м²с) (14.4)

v =(7575· 1,2)/(3600·0,39) =6,5 кг/(м²с);

5.Находим массовый расход воды в калориферной установке:

G_ж=, кг/ч (14.5)

где С_ж — удельная теплоемкость воды, С_ж=4,19кДж/(кг^оС);

G_ж= кг/ч.

Находим скорость воды в трубках калориферов:

V_тр=, м/с (14.6)

V_тр = =0,31 м/с;

По найденным значениям v и V_тр по табл.2.29 находим коэффициенты теплопередачи калориферов:

КСк3−9; v=6,5 кг/(м²с); V_тр=0,31 м/с; К=53,22 Вт/(м²•^оС);

Определяем требуемую поверхность нагрева:

F_тр=, м² (14.7)

где Q — расход теплоты для нагревания воздуха, Вт;

t_ср^т — средняя температура теплоносителя:

t_ср^т = (t_гор+t_обр)/2 = (150+70)/2 = 110 ^оС;

t_ср^в — средняя температура нагреваемого воздуха:

t_ср^в = (t_н+t_к)/2= (-23+10)/2 = -6,5 ^оС;

К — коэффициент теплопередачи калорифера, Вт/(м^{2 о}С).

F_тр==15,6 м² ;

6. Запас поверхности нагрева калорифера:

%

Запас поверхности нагрева должен быть не более 20%.

7. Аэродинамическое сопротивление калорифера определяем из табл.2.29 при v=6,5 кг/(м²с): _а=215,42Па.

8. Гидравлическое сопротивление Р_w, Па, определяем в зависимости от скорости движения теплоносителя по трубкам:

Р_w=A*v_тр²=13,83*0,31²=1,33 кПа.

Вентиляторы Подбирают по сводному графику или индивидуальным характеристикам, разработанным с учетом оптимальных технико-экономических показателей.

Необходимо подобрать вентилятор и электродвигатель для приточной системы при следующих данных: расход воздуха с учетом 10% запаса L_В=30 300•1,1=33 330м³/ч, развиваемое полное давление Рв, Па.

где — потери давления в сети воздуховодов, Па;

— потери давления в вентиляционном оборудовании, Па.

Потери давления в сети, определенные на основании аэродинамического расчета воздуховодов, ?Р_сети = 237 Па, потери давления в фильтрах — 150 Па, потери давления в калорифере — 215,42 Па.

Па

По каталогам фирмы-производителя «Веза» принимаем к установке радиальный вентилятор ВРАН9−10 с диаметром рабочего колеса D=Dном; КПД вентилятора 78%, частота вращения рабочего колеса n=1225 об/мин.

Установлен электродвигатель АИР160М8 °F c установленной мощностью 11 кВт.