вентиляция и отопление

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ
Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования
ТЮМЕНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АРХИТЕКТУРНО-СТРОИТЕЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
Кафедра промышленная теплоэнергетика
Моисеев Б.В., Полетыкина Т.П.
.
ВЕНТИЛЯЦИЯ И ОТОПЛЕНИЕ
МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ
для студентов IV курса специальности «Промышленная теплоэнергетика»
курсовому проекту по дисциплине «Вентиляция и отопление промышленных
предприятий», дневного и заочного отделения
Тюмень, 2009
1
УДК
ББК
Моисеев Б. В., Полетыкина Т. П. Вентиляция и отопление: методические
указания для студентов IV курса специальности «Промышленная
теплоэнергетика» курсовому проекту по дисциплине «Вентиляция и отопление
промышленных предприятий», дневного и заочного отделения. - Тюмень: РИО
ГОУ ВПО ТюмГАСУ, 2009. – 71 с.
Методические указания по выполнению курсового проекта разработаны на
основании рабочих программ ГОУ ВПО ТюмГАСУ дисциплины «Вентиляция и
отопление промпредприятий» для студентов специальностей: 140104
«Промышленная теплоэнергетика очной и заочной формы обучения.
Методические указания содержат также вопросы для самопроверки и
задания, направленные на закрепление изученного теоретического материала.
Рецензент: Степанов О. А.
Тираж 100 экз.
© ГОУ ВПО «Тюменский государственный архитектурно-строительный университет »
© Юрова Е. С.
Редакционно-издательский отдел ГОУ ВПО «Тюменский государственный архитектурностроительный университет»
2
СОДЕРЖАНИЕ
1.
2.
3.
3.1
3.2
4.
5.
5.1
5.2
Введение
Цель работы
Общие данные
Исходные данные. Методика расчета вентиляции (1 часть проекта)
Пример расчет,
а системы приточной вентиляции с искусственным побуждением
для промышленного цеха
Расчет систем приточно-вытяжной вентиляции
Выбор дымососа и электродвигателя к нему
Исходные данные. Методика расчета отопления (2 часть проекта)
Теплопередача через ограждения
Расчет однотрубной ветви проточно-регулируемой системы
водяного отопления с нижней разводкой
Варианты заданий
Литература
3
4
4
4
9
13
20
25
27
27
35
24,
33,
43
44
ВВЕДЕНИЕ
При изучении курса «Вентиляция и отопление промышленных
предприятий» для всех видов обучения выполняется курсовой проект, который
является важным видом самостоятельных занятий по подготовке инженеров
специальности 140104 “Промышленная теплоэнергетика”. В результате
выполнения этой работы студенты специальности ПТ должны овладеть
методами расчета основных процессов (расчет воздуховодов, подбор
вентиляторов, дымососов, подбор и расчет систем отопления), научиться
решать с привлечением ЭВМ практические задачи по расчету, подбору
аппаратов, а также приобрести навыки пользования ГОСТами, нормативными
материалами, технической и справочной литературой.
1. Цель методических указаний
Целью методических указаний является изложение рекомендаций по
выполнению курсового проекта с использованием технической литературы.
Выполнение курсового проекта позволит закрепить теоретический материал,
полученный на лекциях и в результате самостоятельной проработки курса и
применить его к решению практических задач.
2. Общие сведения
ТЭЦ – тепловая электрическая станция, вырабатывающая одновременно
энергию и тепло, отпускаемое потребителям в виде пара и горячей воды. Работа
ТЭЦ ведется в основном по тепловому графику с одновременным
производством
электроэнергии.
Экономическими
преимуществами
одновременного производства двух видов энергии – электрической и тепловой
– по сравнению с производством электроэнергии на конденсационной
электростанции и тепла в котельных низкого давления являются сокращение
расхода топлива, уменьшение затрат на сооружение, снижение себестоимости
электрической и тепловой энергий. Большое значение для ТЭЦ имеет
отопительная нагрузка, имеющая сезонный характер. Поэтому на ТЭЦ
наибольшее распространение имеют паровые турбогенераторы с конденсацией
и одним или двумя регулируемыми отборами пара, обеспечивающие полную
электрическую мощность ТЭЦ независимо от изменений тепловой нагрузки.
Расходы пара и топлива на ТЭЦ, производительность котельной и еѐ
вспомогательного оборудования, диаметры и общая протяженность
трубопроводов на ТЭЦ больше, чем на конденсационной электростанции той
же электрической мощности. Это определяется производством и отпуском от
ТЭЦ одновременно электроэнергии и тепла. Принципы компоновки
оборудования, схемы главных трубопроводов, технологические схемы
топливного и зольного хозяйства аналогичные для ТЭЦ и конденсационных
электростанций. Однако на конденсационных электростанциях большой
мощности применяют схемы и компоновки блочного типа, которые являются
4
перспективными и для ТЭЦ. Вследствие того, что ТЭЦ обычно размещается в
пределах города или вблизи него, требования к степени очистки дымовых газов
от твердых частиц и окислов серы более высоки, чем для районных
конденсационных электростанций. На городских ТЭЦ целесообразно сжигание
газового
топлива,
в
частности
получаемом
при
комплексном
энерготехнологическом использовании твердых топлив. На таких ТЭЦ в
дальнейшем могут найти применение, кроме паротурбинных, также
газотурбинные установки. При нормальных режимах работы паротурбинной
ТЭЦ расход охлаждающей воды на конденсаторы турбин ТЭЦ значительно
меньше, чем на конденсационной электростанции. Выбор места сооружения
ТЭЦ определяется в большинстве случаев близостью к тепловым
потребителям, а не к источнику водоснабжения. Также на ТЭЦ применяют
искусственные охладительные устройства, главным образом градирни, так как
площадка для сооружения ТЭЦ обычно ограниченных размеров.
Технологии старых и новых производств немыслимы без применения
современных отопительно-вентиляционных систем и кондиционирования
воздуха. Главная цель отопления зданий – создание теплового комфорта в
помещениях. Качество воздушной среды помещений в течение года
поддерживается эффективностью работы систем вентиляции, отопления и
кондиционирования.
Вентиляция – это организованный обмен воздуха в помещениях для
обеспечения параметров микроклимата и чистоты воздуха в обслуживаемой
или рабочей зоне помещений в пределах допустимых норм. Основной принцип
нормирования микроклимата – это создание нормальных микроклиматических
условий для теплообмена тела человека с окружающей средой. Температура
воздуха в помещениях является одним из важнейших параметров. В СН 245-71
установлены оптимальные показатели микроклимата, создающие комфортные
условия. ГОСТ 12.1.005-76 предусматривает оптимальные и допустимые
значения температуры, относительной влажности и скорости движения воздуха
для рабочей зоны производственных помещений с учетом тяжести
выполняемой работы и сезонов года.
Параметры наружного воздуха принимаются согласно рекомендациям 1 в
соответствии с географическим районом расположения объекта. Различают два
варианта наружного климата при проектировании вентиляции – параметры А и
Б, выбор которых обусловливается следующими положениями. Для холодного
периода года: параметры А принимают при общеобменной вентиляции (с
естественным и механическим побуждением), предназначенной для удаления
избытков теплоты, влаги, в том числе вентиляции с испарительным
(адиабатическим) охлаждением воздуха;
Параметры Б – при общеобменной вентиляции, предназначенной для
удаления вредных веществ любого класса опасности, компенсации воздуха,
удаляемого внешними отсосами и технологическим оборудованием, при
вентиляции с испарительным (адиабатическим) охлаждением воздуха,
5
воздушного душирования, воздушных завес, воздушного отопления
(совмещенного с приточной вентиляцией), кондиционирования воздуха.
В переходных условиях для всех районов страны за наружную температуру
воздуха принимают температуру t Н 80 С , удельную энтальпию Н = 22,5
кДж/кг.
Для теплого периода года: параметры А принимают при любых
вентиляционных системах, в том числе для вентиляции с адиабатическим
охлаждением воздуха; параметры Б – для систем кондиционирования воздуха.
Параметры внутреннего воздуха разделяют на оптимальные и допустимые.
Оптимальные – сочетания параметров микроклимата, которые при длительном
и систематическом воздействии на человека обеспечивают сохранение
нормального и функционального состояния организма без напряжения реакций
терморегуляции, создают ощущение теплового комфорта (таблица 1).
Таблица 1
Параметры микроклимата воздуха в зависимости от периода
года
Период года
Холодный период
Переходные условия
Теплый период
Категория
работ
I
I
IIа
IIб
III
I
IIа
IIб
III
Температура tр, Относительная Скорость
0
С
влажность
движения
воздуха v, м / с
Р ,%
20…23
60…40
0,2
20…25
60…40
0,2
18…20
60…40
0,3
17…19
60…40
0,3
16…18
60…40
0,3
22…25
60…40
0,2
21…23
60…40
0,3
20…22
60…40
0,4
18…21
60…40
0,5
Допустимые (таблица 2 для холодного периода года и переходных
условий, таблица 3 для теплого периода) – сочетания параметров
микроклимата,
которые
могут
вызвать
переходящие
и
быстро
нормализующиеся изменения функционального и теплового состояния
организма и напряжения реакции терморегуляции, не выходящие за пределы
физиологических приспособительных возможностей. При этом не возникает
повреждений или нарушений состояния здоровья, но могут наблюдаться
дискомфорты теплоощущения, ухудшения
самочувствия и понижения
работоспособности.
6
Таблица 2
Допустимые сочетания параметров микроклимата для
холодного периода года и переходных условий
Категория работ
I
IIа
IIб
III
Температура в Относительная Скорость
Температура
рабочей зоне
влажность
движения
воздуха
вне
t Р, 0С
воздуха
в
постоянных
воздуха ,%
рабочей зоне рабочих мест,
0
С
v, м / c
19…25
50…75
0,2…0,5
15…26
17…23
60…75
0,3…0,5
13…24
15…21
60…75
0,4…0,5
13…24
13…19
60…75
0,5
12…19
Категория работ
Температура воздуха в
помещении, 0С
I
IIа
IIб
III
С
незначительными избытками
явной
теплоты
(q<23 Вт/м3)
Не более чем
на 3 выше
средней
температуры
наружного
воздуха в 13
час
самого
жаркого
месяца, но не
более 280С
То же, но не
более 260С
Со
значительными
избытками
явной
теплоты
(q>23
Вт/м3)
Не более
чем на 5
выше средней температуры
наружного
воздуха в
13
час
самого
жаркого
месяца, но
не
более
28 0С
То же, но
не
более
260С
Относительная влажность, %
Таблица 3 Допустимые сочетания параметров микроклимата для
теплого периода года
Скорость движения Температура
воздуха
воздуха
в вне
постоянных
помещениях, м/с
рабочих
мест
в
0
помещениях t, С
Со
значиС незначи- Со
значиc незначительными
избытками
явной
теплоты
тельными
избытками
явной
теплоты
тельными
избытками
явной
теплоты
тельными
избыткамичв
При 280С
не более
55; При
270С не
более 60;
При 260С
не более
65; При
250С не
более 70;
При 24 0С
и ниже не
более 75
0,2 - 0,5
0,2 – 0,5
0,2 – 0,5
0,3 – 0,7
0,3 – 0,7
0,5 – 1,0
Не более чем
на 3 выше
средней
температуры
наружного
воздуха в 13
час самого
жаркого
месяца
Не
более
чем на 5
выше
средней
температуры
наружного
воздуха в 13
час самого
жаркого
месяца
При 260С
Не более
65; При
250С не
более 70;
При 240С
и ниже не
более
750С
0,3 – 0,7
0,5 – 1,0
7
В условиях производства в воздух выделяются вредные пары, газы, пыль и
теплота. По способу подачи в помещения свежего и удаления загрязненного
воздуха вентиляцию подразделяют на естественную, принудительную и
смешанную.
Естественная вентиляция создает необходимый воздухообмен за счет
разности плотностей воздуха, который находится внутри помещения, и более
холодного воздуха снаружи. Естественная вентиляция дешева и проста в
эксплуатации. Основной еѐ недостаток заключается в том, что приточный
воздух поступает в помещение без очистки и подогрева, а удаляемый не
очищается и загрязняет атмосферу.
Принудительная (механическая) вентиляция обеспечивает поддержание
постоянного воздухообмена, который осуществляется с помощью
механических вентиляторов, воздуховодов и воздухораспределителей. В
зависимости от того, для чего служит система вентиляция, еѐ подразделяют на
приточную, вытяжную и приточно-вытяжную.
Установка
механической
приточной
вентиляции
состоит
из
воздухозаборного устройства, устанавливаемого снаружи здания в месте
наименьшей загрязненности; воздуховодов, по которым воздух подается в
помещение; фильтров, служащих для очистки воздуха от пыли; калориферов, в
которых воздух подогревается до необходимой температуры; вентилятора:
приточных отверстий или насадок, через которые воздух попадает в
помещение, и регулирующих устройств, которые устанавливают в
воздухоприемном устройстве и на отверстиях воздуховодов.
Установка механической вытяжной вентиляции состоит из вытяжных
отверстий, решеток или насадок; вентилятора; воздуховодов; устройства для
очистки воздуха от пыли (газов) и устройства для выброса воздуха (вытяжной
шахты), которое должно быть расположено на 1…1,5 м выше конька крыши.
Приточная вентиляция улучшает микроклимат в
ограниченной зоне
помещения, вытяжная – удаляет вредные загрязнения непосредственно в месте
их образования, например у сварочных постов, из зарядных отделений
аккумуляторных цехов и т.д.
При механической вытяжной вентиляции из помещения организованно
удаляют загрязненный воздух, а приток воздуха происходит неорганизованно –
за счет подсоса его через неплотности строительных конструкций. В холодный
период года в помещение поступает значительное количество холодного
воздуха. Это приводит к охлаждению помещения, а при больших объѐмах
подсасываемого воздуха вызывает неприятное ощущение холодного дутья.
Приемные отверстия для удаления воздуха вытяжной вентиляцией из верхней
зоны производственных помещений размещают:
под потолком или покрытием, но не ниже 2 м от пола до низа
отверстий при удалении избытков теплоты, влаги и вредных газов;
8
не ниже 0,4 м от плоскости потолка или покрытия до верха отверстий
при удалении взрывоопасных смесей газов, паров и аэрозолей (кроме
смесей водорода с воздухом);
не ниже 0,1 м от плоскости потолка или покрытия до верха отверстий
в помещениях высотой4 м и менее или не ниже 0,025 высоты
помещения (но не более 0,4 м) в помещениях высотой более 4 м при
удалении смеси водорода с воздухом.
Приемные отверстия для удаления воздуха общеобменной вентиляцией из
рабочей зоны производственных помещений размещают на уровне до 0,3 м от
пола до низа отверстий.
Местная вытяжная вентиляция предназначена для удаления загрязненного
воздуха непосредственно от источников образования вредных выделений. Еѐ
выполняют в виде различных укрытий, вытяжных зонтов, вытяжных шкафов,
бортовых отсосов.
3. Исходные данные
Методика расчета вентиляции
(1 часть проекта)
Курсовой проект по «Вентиляции и отоплению промышленных
предприятий» выполняется в соответствие с заданием, составленным и
подписанным руководителем. В первой части проекта (по вентиляции)
необходимо подобрать оборудование: вентиляторы (дымососы), рассчитать
воздуховоды системы механической вентиляции (приточной и вытяжной),
обслуживающей здание любой этажности различного назначения.
В задании приводятся следующие исходные данные: город;
аксонометрическая схема системы вентиляций с указанием объѐма воздуха,
проходящего по каждому участку, длины и номера участков; воздуховоды
стальные круглого или прямоугольного сечения; плотность воздуха принять
равной в 1,205кг / м3 , температура воздуха tв=200С.
Количество воздуха, м3/ч, которое необходимо удалить, определяют,
пользуясь формулой (1):
L
3600 F
,
(1)
где F – площадь открытых воздуховодов, через которые засасывается воздух,
м2;
- скорость движения воздуха в этих проемах, м/с.
Против вытяжных отверстий помещений указывается количество воздуха,
удаляемого по каналу. Транзитные каналы, обслуживающие помещения
нижних этажей, рекомендуется обозначать римскими цифрами (I, II, III и т.д.).
Все элементы системы вентиляции должны быть пронумерованы.
Схема в линиях с изображением очертаний всех элементов системы
показана на рисунке 1. На схемах в кружке у выносной черты ставится номер
участка, над чертой указывается загрузка участка, м3/ч, а под чертой – длина
участка, м. Аэродинамический расчет воздуховодов (каналов) выполняют по
9
таблице или номограмме (рисунок 2). В них взаимосвязаны величины
R – потери давления на трение на 1 м воздуховода; hв
L, R, , hв , d .
динамическое давление, Па; d диаметр воздуховода, м.
Рисунок 1 Схема воздуховодов приточной системы вентиляции с
искусственным побуждением движения воздуха
10
Рисунок 2 Номограмма для расчета круглых стальных воздуховодов
Если воздуховоды имеют шероховатую поверхность, то коэффициент
трения для них, и удельные потери давления на трение будет соответственно
больше, чем указано в таблице или номограмме для стальных воздуховодов
(рисунок 2).
11
Местные
таблице 4.
гидравлические
сопротивления
представлены
в
Таблица 4
Местные гидравлические сопротивления
№
п/п
1.
Вид сопротивления
Коэффициент
Вход
0,5
2.
Внезапное сужение
0,5(1 F2 / F1)2
3.
(1 F2 / F1 ) 2
4.
Внезапное
расширение
Резкий поворот
5.
Плавный поворот
6.
Поворот на угол
1,5
r/d 1
1.5 2.5 ≥5
0,35 0,15 0,10 0,0
Sin 2
2
F1
0.65 F2
7.
Шибер
8.
Поворот с изменением
сечения
9.
Тройник
3,0
10.
Отвод
0,7
F2 / F1
2.5Sin3
2
1
0.5
1.28
1.0
1.5
2.0
4.0
Методика расчета воздуховодов систем механической вентиляции может
быть представлена в следующем виде.
1. При заданных объѐмах воздуха, подлежащего перемещению по каждому
участку каналов, принимают скорость его движения.
2. По объѐму воздуха и принятой скорости определяют предварительно
площадь сечения каналов. Потери давления на трение и местные
сопротивления для таких сечений каналов выявляют по таблицам или
номограммам.
3. Сравнивают полученные суммарные сопротивления с располагаемым
давлением. Если эти величины совпадают, то предварительно полученные
площади сечения каналов могут быть приняты как окончательные. Если же
потери давления оказались меньше или больше располагаемого давления, то
12
площадь сечения каналов следует увеличить или, наоборот, уменьшить, т.е.
поступать так же, как при расчете трубопроводов системы отопления.
При предварительном определении площади сечений каналов систем
механической вентиляции могут быть заданы следующие скорости движения
воздуха: в вертикальных каналах верхнего этажа v = 0,5 – 0,6 м/с, из каждого
нижерасположенного этажа на 0,1 м/с больше, чем из предыдущего, но не
выше 1 м/с; в сборных воздуховодах v > 1 м/с и в вытяжной шахте v = 1÷1,5
м/с.
Если при расчете воздуховодов задана площадь сечения каналов и известен
часовой расход воздуха, то скорость определяется из уравнения (1)
L
3600 f
(3)
Потери давления на местные сопротивления
hв ,
Z
(4)
где
сумма коэффициентов местных сопротивлений; hв динамическое
давление, Па.
Динамическое давление hв определяется по дополнительной шкале
номограммы для расчета воздуховодов (приведена с правой стороны
номограммы).
Местные сопротивления в системе вентиляции во многих случаях
существенно зависят от соотношений размеров фасонных частей и других
вентиляционных элементов, а в тройниках-крестовинах – от соотношений
соединяемых или делимых потоков.
Задача №1. Рассчитать для промышленного цеха систему приточной
механической вентиляции с искусственным побуждением движения воздуха
(рисунок 1). Температура наружного воздуха для расчета системы приточной
механической вентиляции принимается равной +50С ( 5 1,27кг / м3 ).
Внутренняя температура воздуха в здании должна быть 20 0С 20 1,205кг / м3 .
Воздуховод – стальной. Для его расчета используем номограмму на рисунке 2.
Здание одноэтажное; здесь располагается промышленный цех по производству
сушимой древесины. Высоту этажа принять равной 5,0 м.
Пример расчета:
Располагаемое давление в системе вентиляции для помещений первого
этажа согласно формуле равно
Р
g h,
13
где h – высота этажа, м;
g – ускорение свободного падения 9,8 м/с2;
- плотность воздуха, кг/м3.
Р
(1,27 1,205) 9,8 5,0
3,185 Па
Расчет воздуховодов начинаем с наиболее неблагоприятно расположенного
канала, для которого возможная удельная потеря давления имеет наименьшее
значение.
Из схемы системы вентиляции видно, что таким будет канал первого
этажа правой ветки, обозначенный №1 (см. рисунок 1).
Действительно, возможная удельная потеря давлений для участков 1, 2, 3,
4,6,7,8 при общей их длине
4,0 3,0 3,0 4,5 1,0 1,0 1,0 17,5 м
l
тогда
Руд
Р2
l
3,185 / 17,5
0,182 Па / м
В связи с тем, что сеть воздуховодов состоит из двух симметричных веток с
одинаковыми нагрузками, воздуховоды рассчитываются для одной ветки.
Расчетным в этом случае является дальнее от вентилятора ответвление.
Приступаем к расчетам участков 1, 2, 3, 4, 6,7,8, для которых удельное
давление получилось меньше.
Участок 1. Для определения площади сечения канала участка 1 задаемся
скоростью движения воздуха в нем 0,6 м/с. При этой скорости и количестве
приточного воздуха по каналу L = 1270 м3/ч, площадь сечения канала f, м2, по
формуле должна быть равна
f
1270
3600 0,6
0,588 м 2 .
Так как этот канал круглого сечения, для определения потери давления на
трение необходимо установить по номограмме диаметр канала. Он будет равен
850 мм.
Пользуясь приведенной выше номограммой (рисунок 2), находим, что при
скорости движения воздуха 0,6 м/с в воздуховоде диаметром 850 мм потери
давления на трение на 1 м воздуховода равны 0,006 Па/м, а на всем участке 1
длиной 4,0 м с учетом коэффициента шероховатости :
R l
0,006 4.0 1,39
14
0.033 Па .
Коэффициент шероховатости
изменяется от 1,08 – 1,69. В этом решении
можно принять значение равным среднему значению 1,39.
По таблице 4 находим сумму коэффициентов местных сопротивлений
участка:
Вход в жалюзийную решетку с резким поворотом потока
0,5 1,5 2,0 ;
l
2
Динамическое давление hV
находим по скорости движения воздуха
0,6 м/с по номограмме внизу; оно равно 0,22 Па.
Потерю давления на местные сопротивления Z участка 1 определяем,
умножая величину
на hV:
Z
2 0,22
0,44 Па.
Общие потери давления на участке 1 составляют
R l
Z
0.033 0.44
0.473 Па
Участок 2. На участке 2 количество движущегося воздуха равно
2540 м3/ч. Диаметр канала принимаем равным 1070 мм (по номограмме).
Площадь участка f = 0,898 м2 с учетом швов. Скорость движения воздуха
на участке определяется
v
2540
3600 0,898
0,78 м / с .
При dэ = 1070 мм и v 0,78 м / с потери давления на трение на этом участке
(длиной 3,0 м) с учетом коэффициента шероховатости будут равны
R l
0.007 3.0 1,39
0.029 Па.
На участке 2 имеется лишь одно местное сопротивление через тройник. По
3.
таблице 4 находим, что сопротивление тройника на проход
Динамическое сопротивление hV при v 0,78 м / c равно 0,35 Па.
Потери давления на местные сопротивления
Z
3 0,35 1.05 Па.
Общие потери давления на участке 2
R l
Z
0.029 1.05 1.079 Па.
15
Участок 3. Согласно данным, приведенным выше, задаемся скоростью
движения воздуха на участке 3 – 1,0 м/с. Тогда, при количестве приточного
воздуха L = 3810 м3/ч по участку 3 площадь сечения воздуховода должна быть
равна
3810
1.058 м 2 .
3600 1
f
Принимаем диаметр воздуховода 1070 мм; фактическая скорость движения
воздуха в воздуховоде v 1.0м / с.
На участке 3 имеется лишь одно местное сопротивление при проходе через
отвод в следующий участок 4.
По таблице 4 находим, что коэффициент местного сопротивления отвода
0,7; динамическое давление при v 1м / с равно 0,6 Па.
Потери давления на местные сопротивления участка 3
Z
0,7 0,6
0,42 Па.
Общие потери давления на участке 3 составляет
R l
Z
0.01 3 1.39 0.42
0.0417 0.42
0.4617 Па.
Участок 4. На участке 4 диаметр воздуховода принимаем 1070 мм.
При количестве приточного воздуха L = 5080 м3/ч и площади сечения
воздуховода f = 1,0 м2 скорость движения воздуха равна
5080
1.41м / с.
3600 1
v
При dэ = 1070 мм и v 1.41м / с потери давления на трение на участке 4
R l
0,02 4,5 1,39
0.125 Па.
На участке 4 имеется тройник на проходе, тогда коэффициент местного
3. Динамическое давление при скорости приточного воздуха
сопротивления
1,41 м/с равно 1,25 Па. Потери давления на местное сопротивление участка 4 (в
тройнике)
Z
4.5 1.25
5.625Па.
Общие потери давления на участке 4
R l
Z
0.125 5.625
16
5.75 Па.
Участок 5. На участке 5 размеры воздуховода не изменяем. Скорость
воздуха на этом участке
10160
3600 1.0
v
2.82 м / с.
При v 2.82 м / с и dэ = 1070 мм потери давления на трение составляют
R l
На
Sin 2
участке
2
2.5Sin3
5
2
0.1946 Па.
0.07 2 1,39
имеется
поворот
на
угол.
Значение
равно:
равным 300, тогда = 1,11.
; выберем
Динамическое давление при скорости движения воздуха 2,82 м/с равно 3,9
Па. Потери давления на местное сопротивление на участке 5 определятся
Z
1,11 3.9
4.329 Па.
Общие потери давления на участке 5
R l
Z
0.1946 4.329
4.52 Па.
Участок 6. На участке 6 размер воздуховода уменьшаем до 850 мм, так как
суммарное количество приточного воздуха равно 1270 м3/ч. Фактическая
скорость движения воздуха в воздуховоде
v
1270
3600 0.588
0.6 м / с.
При v 0.6м / с и dэ = 850 мм потери давления на участке 6 составят
0,006 1 1,39 `0.008 Па.
R l
На участке 6 имеется местное сопротивление – поворот с изменением
1.28 .
сечения. При отношении F2 / F1 0.5
Динамическое давление при скорости движения воздуха 0,6 м/с
h v= 0,22 Па. Потери давления на преодоление местных сопротивлений
определятся
Z
1,28 0,22
0,28 Па.
Общие потери давления на участке 6
R l
Z
0,008 0,28
17
0.29 Па.
Участок 7. На участке 7 размер воздуховода оставляем 850 мм, так как
суммарное количество приточного воздуха равно 1270 м3/ч. Фактическая
скорость движения воздуха в воздуховоде
v
1270
3600 0.588
0.6 м / с.
При v 0.6м / с и dэ = 850 мм потери давления на участке 6 составят
0,006 1 1,39 `0.008 Па.
R l
На участке 7 имеется местное сопротивление – поворот с изменением
сечения. При отношении F2 / F1 0.5
1.28 .
Динамическое давление при скорости движения воздуха 0,6 м/с
h v= 0,22 Па. Потери давления на преодоление местных сопротивлений
определятся
Z
1,28 0,22
0,28 Па.
Общие потери давления на участке 7
R l
Z
0,008 0,28
0.29 Па.
Участок 8. На этом участке общие потери давления составят 0,29 Па, также
как и участках 6 и 7.
Суммарные потери давления на участках 1,2,3,4,5,6,7,8 составляют:
(R l
Z)
0.473 1.079 0.4617 5.75 4.52 0.29 0.29 0.29 13,15 Па.
Результаты расчета воздуховодов системы вентиляции заносятся в таблицу
5.
18
Таблица 5
Аэродинамический расчет воздуховодов
Номер
участка
L, м3/ч
1
1
2
3
4
5
6
7
8
2
1270
2540
3810
5080
10160
1270
1270
1270
Длина
l, м
3
4.0
3.0
3.0
4.5
2.0
1,0
1,0
1,0
Диаметр
d, мм
4
850
1070
1070
1070
1070
850
850
850
Скорость Удельные Потери
Местные
потери
давления с
сопротивления
v, м / с
давления учетом
R, Па/м
шероховатости
R l , Па
5
6
7
8
0.6
0.006
0.033
2.0
0.78
0.007
0.029
3.0
1.0
0.01
0.0417
0.7
1.41
0.02
0.125
3.0
2.82
0.07
0.1946
1.11
0,6
0,006
0,008
1,28
0,6
0,006
0,008
1,28
0,6
0,006
0,008
1,28
Потери
давления
в
местных
сопротивлениях
Z, Па
9
0.44
1.05
0.42
5.625
4.329
0,28
0,28
0,28
Rl
Общие потери давления по участкам
Потери
давления
по
участкам
(R l
Z ), Па
10
0.473
1,552
2,013
7,764
12,28
12,57
12,86
13,15
Z 13.15 Па
В колонке 10 потери давления по участкам приведены нарастающим итогом.
При аэродинамической увязке ответвлений расхождения оказались < 25 %.
Однако в связи с тем, что приточной системой воздух подается в одно помещение, на этом расчет можно
закончить, не прибегая к пересмотру диаметров или установке диафрагм для уменьшения величины расхождения.
19
Естественная вентиляция создает необходимый воздухообмен за счет
разности плотностей воздуха, который находится внутри помещения, и более
холодного воздуха снаружи. Воздухообмен регулируют фрамугами. Основной
недостаток – приточный воздух поступает в помещение без очистки и подогрева, а
удаляемый не очищается и загрязняет атмосферу. Принудительная (механическая)
вентиляция обеспечивает поддержание постоянного воздухообмена, который
осуществляется с помощью механических вентиляторов, воздуховодов и
воздухораспределителей.
При воздушной смеси с химически активными газами, парами и пылью
рекомендуется применять керамические короба; пластмассовые трубы и
короба; блоки из кислотоупорного бетона и пластобетона; стеклоткань;
металлопласт; листовую сталь; бумагу и картон с соответствующими
транспортируемой среде защитными покрытиями и пропиткой. В приточной
вентиляции воздуховоды из асбоцементных конструкций применять не
рекомендуется.
В зависимости от того, для чего служит система вентиляции, ее
подразделяют на приточную (для подачи воздуха в рабочую зону), вытяжную
(для удаления загрязненного или нагретого воздуха) и приточно-вытяжную.
Установка механической приточной вентиляции
обычно состоит из
воздухозаборного устройства (воздухоприемника) 1, устанавливаемого снаружи
здания в месте наименьшей загрязненности; воздуховодов, по которым воздух
подается в помещение; фильтров, служащих для очистки воздуха от пыли;
калориферов, в которых воздух подогревается до необходимой температуры;
вентилятора; приточных отверстий или насадок, через которые воздух подается
в помещение, и регулирующих устройств, которые устанавливают в
воздухоприемном устройстве и на отверстиях воздуховодов.
Установка механической вытяжной вентиляции обычно состоит из
вытяжных отверстий, решеток или насадок; вентилятора; воздуховодов;
устройства для очистки воздуха от пыли и устройства для выброса воздуха
(вытяжной шахты), которое должно быть расположено на
1-1,5 м выше
конька крыши.
В цехе завода со значительными выделениями вредных газов, паров, пыли
(особенно угольной), влаги и теплоты широко применяют приточновытяжную вентиляцию, представляющую собой комбинацию приточной и
вытяжной вентиляции.
3.2 Расчет систем приточно-вытяжной вентиляции
В системах механической
вентиляции перемещение воздуха
обеспечивается работой вентиляторов.
Механическая вентиляция имеет по сравнению с естественной ряд
преимуществ: большой радиус действия вследствие значительного давления,
создаваемого вентилятором, возможность изменять или сохранять
необходимый объем приточного или вытяжного воздуха независимо от
метеорологических условий – температуры наружного воздуха и скорости
20
ветра,
возможность
подвергать
вводимый
в
помещения
воздух
предварительной обработке – очистке, подогреву или охлаждению,
возможность организации оптимального воздухораспределения с подачей
воздуха непосредственно к рабочим местам, возможность улавливания вредных
выделений непосредственно в местах их образования и предотвращение их
распространения по всему объему помещения, а также возможность очистки
загрязненного воздуха перед выбросом его в атмосферу.
Требуемое давление определяется из расчета воздуховодов по
предварительно принятым скоростям движения воздуха. Скорости выбирают
так, чтобы на перемещение воздуха затрачивалось наименьшее количество
энергии и одновременно, чтобы воздуховоды не были громоздскими для
установки в помещении. Потери давления, возникающие от трения, при одной и
той же скорости движения воздуха тем меньше, чем меньше периметр сечения
воздуховода на единицу перемещаемого объекта, поэтому на участках, где
перемещаются малые количества воздуха, принимают меньшие скорости, а на
участках, где воздуха проходит много (вблизи вентиляторов), принимают
большие скорости. При расчете сети воздуховодов должен быть обеспечен
запас давления в 10% на непредвиденные сопротивления.
Расчетное давление определяют по формуле:
PМЕХ
1,1
( Rl Z )
PОБ ,
(5)
( Rl Z ) - потери
где PМЕХ давление , создаваемое вентилятором, Па;
давления на трение и в местных сопротивлениях в наиболее протяженной ветви
воздуховодов, Па; PОБ - потери давления в оборудовании, Па.
Порядок расчета сети воздуховодов систем приточной и вытяжной
вентиляции с механическим побуждением не отличается от порядка расчета
сети воздуховодов систем вентиляции с естественным побуждением. Для
расчета используют те же таблицы, что и для расчета круглых воздуховодов.
Задача № 2.
Рассчитать круглый стальной воздуховод приточной системы
механической вентиляции промышленного цеха. Воздух в помещение подается
через воздухораспределители ВП. Потери давления на участке 5 и в приточной
камере, оборудованной калорифером, утепленным клапаном и жалюзийной
решеткой, составляет 100 Па. Нагрузки на участках показаны на схеме (рисунок
3). По данным расчета подобрать вентилятор в комплектной поставке с
электродвигателем (воспользоваться схемами для вентиляторов – см.
приложение).
21
Рисунок 3 Расчетная схема приточной системы вентиляции с механическим
побуждением
Задача №3
Рассчитать круглый стальной воздуховод вытяжной системы механической
вентиляции промышленного цеха. Воздух из помещения выводится через
воздухораспределители. Потери давления на участке 6 и в вытяжной камере,
оборудованной клапаном и жалюзийной решеткой, составляет 200 Па. Нагрузки на
участках показаны на схеме (рисунок 4). По данным расчета подобрать вентилятор
в комплектной поставке с электродвигателем (воспользоваться схемами для
вентиляторов – см. приложение).
22
Рисунок 4 - Аксонометрическая схема воздуховодов вытяжной установки
23
ВАРИАНТЫ ЗАДАНИЙ НА КУРСОВОЙ ПРОЕКТ
Часть I – Вентиляция промышленного предприятия
Последняя Город
цифра
шифра
1
2
3
4
5
6
7
8
9
0
Таблица 6
Категория Температура Относительная Предпоследняя Аксонометрическая
работ
воздуха
в влажность
цифра шифра
схема
(номер
рабочей
воздуха, %
рисунка)
0
зоне, С
Тюмень
I
20
75
1
Рис. 3
Надым
IIа
19
75
2
Рис. 4
Сургут
IIб
21
60
3
Рис. 3
Муравленко
I
22
70
4
Рис. 4
Н. Уренгой
IIа
25
75
5
Рис. 3
Покачи
IIб
23
75
6
Рис. 4
Нижневартовск
I
20
60
7
Рис. 3
Тобольск
IIа
22
75
8
Рис. 4
Якутск
IIб
19
70
9
Рис. 3
Челябинск
I
21
75
0
Рис. 4
24
4. Выбор дымососа и электродвигателя к нему
Вентиляторы, предназначенные для удаления продуктов сгорания и
преодоления сопротивлений газового тракта котельной установки, называются
дымососами.
В качестве дымососов и вентиляторов для промышленных паровых и
водогрейных котлов применяются центробежные машины, которые бывают
одностороннего и двустороннего всасывания.
Обозначение типа дымососа и вентилятора принято производить в
зависимости от его аэродинамической схемы. Первая цифра в обозначении
указывает относительный диаметр входа машины. Под этой величиной
понимают отношение диаметра входного отверстия в диске рабочего колеса к
наружному диаметру рабочего колеса. Вторая цифра обозначает угол лопаток
на выходе с рабочего колеса. Номер машины соответствует диаметру рабочего
колеса в дециметрах.
Основными
величинами,
характеризующими
работу
-
вентилятора
(дымососа), являются: производительность (м3/с или м3/ч), полный напор (Па),
потребляемая электродвигателем мощность (кВт), частота вращения (об/мин) и
КПД по полному напору (%).
Производительность и полный напор дымососа (вентилятора) связаны
между собой зависимостью, называемой напорной характеристикой. Каждая
машина в зависимости от ее аэродинамической схемы при постоянной скорости
вращения
имеет
свою
напорную
характеристику,
определяемую
экспериментально. Напорные характеристики машин приводятся в каталогах
заводов-изготовителей.
Для выбора дымососа необходимо знать приведѐнное полное давление
газового тракта и приведѐнный расход дымососа:
hПРИВ
где
2
2
hТГУ
273 tУХ
, Па ;
273 t ЗАВ
1,1 - коэффициент запаса для сопротивления;
25
t ЗАВ 100 С - температура газа, при которой производят испытания дымососа,
для определения технических характеристик;
hТГУ
hТ
hКП
hЭК
VПРИВ
где
1
hЗЛ
VgIII
1
hГЗХ
hДТ
hС , Па ;
273 tУХ
, м3 / с ;
273 t ЗАВ
1,05 - коэффициент запаса;
Дымосос выбирают по [2] стр. 411 таблица 14.4. Необходимо привести
характеристики выбранного дымососа.
Мощность электродвигателя дымососа:
VПРИВ
N ДЫМ
hПРИВ
3
, Вт ;
ДЫМ
N ДЫМ
где
3
1,1
5,86 1602
0,83
12441,1Вт ;
1,1 - коэффициент запаса;
Выбор электродвигателя производится по ближайшей большей мощности
и синхронной частоте вращения 1000 об/мин из [2] стр143
таблица 5.28.
Необходимо привести характеристики выбранного электродвигателя.
26
5. Исходные данные
Методика расчета отопления
(II часть проекта)
Ограждающие конструкции зданий защищают
помещения от
непосредственных атмосферных воздействий, однако только внешней защиты
для круглогодичного поддержания необходимых внутренних условий
недостаточно. Требуемые условия создаются с помощью систем отопления,
вентиляции и кондиционирования воздуха. В закрытых помещениях в
зависимости от их назначения и характера проводимой в них работы создаются
различные
температурно-влажностные
условия.
Количество
тепла,
вырабатываемого в организме, различно и зависит от возраста,
индивидуальных особенностей человека, степени тяжести выполняемой им
работы.
Организм человека имеет систему терморегуляции и приспосабливается к
некоторым изменениям климатических условий. Однако эта способность
организма ограничена, и поэтому метеорологические параметры в помещении
должны достаточно устойчиво поддерживаться системами кондиционирования
микроклимата на заданном уровне.
Микроклимат помещения характеризуется температурой внутреннего
воздуха tв, радиационной температурой помещения (осредненной температурой
его ограждающих поверхностей) tR, скоростью движения (подвижностью) Vв и
относительной влажностью
воздуха. Сочетания этих параметров,
В
обеспечивающих хорошее самочувствие человека, называют зонами комфорта.
Параметры микроклимата, определяющие эти зоны, являются расчетными
внутренними условиями в помещении при проектировании ограждений здания
и отопительно-вентиляционных систем.
Необходимо различать оптимальные внутренние условия, которые
являются расчетными для автоматически регулируемых систем, и допустимые
внутренние условия, которые должны быть обеспечены обычными системами.
5.1 Теплопередача через ограждения
Передача тепла из помещения наружной среде через ограждения является
сложным процессом. При обычных условиях температура внутренней
поверхности наружных ограждений В ниже температуры воздуха помещения
tВ и температуры поверхности внутренних ограждений, обращенных в
помещение, tR. В связи с этим происходит поступление тепла на поверхность
наружного ограждения от воздуха конвекцией и от поверхностей внутренних
ограждений излучением.
Если условно принять, что температуры внутреннего воздуха и
поверхностей внутренних ограждений помещения равны между собой
/(tВ = tR), то тепловой поток Q1, воспринятый внутренней поверхностью
27
наружного ограждения вследствие конвективного и лучистого теплообмена
составит:
Q1
K
(tB
B
или
)
Л
(tR
B
1
(tB
RB
Q1
)F
B
B
(tB
B
(1)
)F
(2)
)F
где
- коэффициент теплообмена на внутренней поверхности
B
ограждения, Вт/(м2·0С); RB – сопротивление теплообмену на внутренней
поверхности, м2·0С/Вт.
Передача тепла конвекцией и излучением происходит в данном случае как
бы параллельно, поэтому для получения результирующей проводимости
необходимо сложить составляющие проводимости:
В
К
(3)
Л
Коэффициенты теплообмена
на внутренней
и наружной H
B
поверхностях ограждения зависят от условий конвективного и лучистого
теплообмена на этих поверхностях.
Коэффициент конвективного теплообмена на внутренней вертикальной
поверхности можно определить по формуле:
1,66
K
3
tH
(4)
B
где В - температура внутренней поверхности наружной стены.
Коэффициент лучистого теплообмена может быть вычислен по формуле:
T1
100
L
4
T2
100
t1 t2
4
CПР
1 2
b1
2
CПР
1 2
(5)
Множитель b1 2 - это температурный фактор, который можно определить
по приближенной формуле:
b1
2
0,81 0,005 (t1 t2 )
(6)
Значение СПР в расчетах можно принять равным 4,9 Вт/(м2 К4).
Коэффициент облученности 1 2 равен единице, если в помещении одна
поверхность наружного ограждения обменивается излучением с внутренними
поверхностями помещения.
28
Конвективный теплообмен на наружной поверхности ограждения
определяется в основном скоростью обдувания поверхности ветром и
направлением движения воздуха относительно поверхности.
При направлении ветра вдоль поверхности К определяют по формуле:
К
5,8 v0,8 l
0, 2
(7)
где v - скорость ветра, м/с; l характерный размер поверхности в
направлении движения воздуха, м.
Если воздушный поток не параллелен поверхности, то значения,
полученные по формуле (7) будут меньше действительных величин. Для
расчета теплообмена на поверхности наружных стен при лобовом обдувании
ветром используют формулу:
K
11,6
(8)
v
Наружная поверхность ограждения передает тепло окружающей среде
также конвекцией и излучением. Конвекцией тепло передается наружному
воздуху, а излучением – окружающим более холодным поверхностям. Условно
принимают, что окружающие здание поверхности имеют температуру
наружного воздуха. Тогда отданный наружной поверхностью тепловой поток
Q3 составит:
Q3
H
(
H
(9)
tH ) F
или
1
(
RH
Q3
H
tH ) F
(10)
где H - коэффициент теплоотдачи на наружной поверхности, Вт/(м2·0С);
RH - соответствующее ему сопротивление, м2·0С/Вт; Н , t H - температуры
наружной поверхности ограждения и наружного воздуха, 0С.
Тепловой поток Q2, проходящий через толщу ограждения, определяется
разностью температур на его поверхностях и его конструкцией. Если
ограждение однослойное и состоит из однородного материала, то
Q2
(
B
H
)F
1
(
RT
B
H
)F
(11)
В условиях установившегося теплового состояния, когда внутренняя и
наружная температуры и другие характеристики процесса остаются
неизменными во времени, тепловой поток Q1, воспринятый внутренней
поверхностью ограждения, будет равен тепловому потоку Q2, проходящему
29
через толщу ограждения, и тепловому потоку Q3, отдаваемому наружной
поверхностью:
Q1 = Q2 = Q3 = Q
(12)
Общая формула для определения потока тепла Q, теряемого помещением
через данное ограждение, может быть получена в виде:
Q
RB
1
RT
RH
(tB
1
(tB
RO
tH ) F
tH ) F
(13)
Поток тепла последовательно преодолевает сопротивления теплообмену на
внутренней поверхности RB, теплопроводности материала ограждения RТ,
теплообмену на наружной поверхности RH, поэтому общее сопротивление
теплопередаче через ограждения R0 равно сумме этих сопротивлений, т.е.
R0 = RB + RT + RH
(14)
Если ограждение состоит из нескольких плоских слоев материала,
расположенных перпендикулярно направлению теплового потока (например,
внутренняя штукатурка, кирпичная стена, наружная штукатурка), то
термическое сопротивление всей толщи ограждения RT будет равно сумме
термических сопротивлений отдельных слоев ограждения Rn:
RT =
(15)
Rn
Плоская
воздушная
прослойка,
расположенная
в ограждении
перпендикулярно направлению теплового потока, также должна быть учтена в
этой
сумме
как
дополнительное
последовательно
расположенное
сопротивление RВ.П.
Таким образом, в общем случае сложного многослойного ограждения с
воздушной прослойкой общее сопротивление теплопередаче через ограждение
равно:
R0
RB
Rn
RB.. П .
RН
(16)
где RВ, RН - сопротивления теплопереходу у внутренней и наружной
поверхности ограждения, м2·0С/Вт. Для основных ограждений принимается RВ
= 0,133; для потолков, имеющих кессоны или ребристую поверхность,
RВ = 0,167. Значение RН = 0,1 для поверхностей, выходящих на чердак или в
холодное помещение; для остальных случаев RН = 0,05.
Термическое сопротивление ограждений, не однородных по материалу в
направлениях, перпендикулярном R и параллельном R// тепловому потоку,
определяется по формуле
30
ΣRn = 1/3·(R// + 2R )
(17)
Коэффициент теплопередачи ограждения К в общем случае равен:
1
K
1
(
H
/
H
B
) RB. П .
1
(18)
H
где n , n - толщины слоев ограждения и теплопроводности их материалов.
Если поверхность ограждения разбить на отдельные площади, в пределах
которых конструкция однородна в направлении теплового потока, и условно
считать, что в пределах такой площади сохраняется
одномерность
температурного поля, то для теплового расчета можно воспользоваться
формулами (14), (15):
R
Rt
(19)
- для последовательного расположения по направлению движения потока
тепла термических сопротивлений.
1
R
1
Rt
(20)
- если термические сопротивления расположены параллельно
относительно проходящего через них потока тепла.
При выборе плоскостей разрезов для определения R﬩ нужно иметь в
виду, чтобы в смежные сечения входили различные по материалу слои
ограждения. Если в разрез, перпендикулярный тепловому потоку, попадает
слой из неоднородного материала, то термическое сопротивление этого слоя
определяется из отношения
, где
- толщина слоя, считая в направлении,
CР
перпендикулярном плоскости разреза, м.
l
CР
11
l
2 2
l1 l2
... nln
, Вт/м·0С
... ln
(21)
где 1 , 2 - коэффициенты теплопроводности материалов, входящих в
рассматриваемый слой;
l1 ,l2 - длины участков, входящих в рассматриваемый слой.
Разница между значениями R// и R не должна превосходить 25%.
Минимальная величина сопротивления теплопередаче ограждения
определяется по формуле
31
R0ТР
(t B
tH ) n m
2 0
RB , м · С/Вт ,
H
t
(22)
где tВ и tH – расчетные температуры внутреннего и наружного воздуха,
окружающего ограждения, принимаемые при расчете отопления по СНиП.
RB – сопротивление теплопереходу у внутренней поверхности;
t Н - нормируемая разность температур воздуха помещения и внутренней
поверхности ограждения;
n – коэффициент, учитывающий положение наружной поверхности
ограждения по отношению к наружному воздуху;
m – поправочный коэффициент, принимаемый в зависимости от
массивности ограждения.
Для производственных помещений с относительной влажностью , равной
61 – 75 %
tH
tB
P
,
(23)
где p - точка росы, т.е. температура, при которой происходит конденсация
водяных паров, содержащихся в воздухе.
е
100%
еn
(24)
где е - упругость водяных паров, находящихся в воздухе при данной
температуре, мм рт.ст.;
еn
- упругость водяных паров, насыщающих воздух при той же
температуре, мм рт.ст.
Значения еn при барометрическом давлении 755 мм рт.ст. и температурах
насыщения 4-270 приведены в таблице 1. Величина m зависит от
характеристики тепловой инерции ограждения.
Таблица 1
Значения еn при барометрическом давлении 755 мм рт. ст. и
температурах насыщения 4-270
t0
4
5
6
еn
t0
6.1 7
6.54 8
7.01 9
t0
7.51 10
8.05 11
8.61 12
en
t 0 en
t 0 en
t 0 en
t 0 en
t0
9.21 13 11.23 16 13.63 19 16.48 22 19.83 25
9.84 14 11.99 17 14.53 20 17.54 23 21.07 26
10.52 15 20.79 18 15.48 21 18.65 24 22.38 27
en
en
23.76
25.2
26.74
Характеристика тепловой инерции ограждения определяется
D
R1S1 R2S2 ... Rn Sn
32
(25)
или
D
(26)
RS
где S1, S2… - коэффициенты теплоусвоения материала слоев при периоде
колебаний теплового потока Z=24 часа.
S
0,51
c
, Вт/м2 град
(27)
где с – удельная теплоемкость материала, кДж/кг град;
- коэффициент теплопроводности материала, Вт/м град;
- плотность материала, кг/м3.
Ограждения считаются легкими, если 0 ≤ D ≤ 4; средней массивности 4,1 ≤
D и массивными при D≥7,1. При выборе коэффициента m следует иметь в
виду, что покрытия и перекрытия обычно относятся к разряду легких. Для
перекрытий над холодными подвалами и подпольями коэффициент m,
независимо от массивности конструкции, принимается равным единице.
Температура в любой точке ограждения определяется
tХ
tB
(tB
tH )
RХ
tB
tB
tH
R0
RХ
(28)
где tB и tH - расчетные внутренняя и наружная температура воздуха, град;
- коэффициент теплопередачи ограждения, Вт/м2 град;
R0 – сопротивление теплопередаче ограждения, м2 град/Вт;
RХ - сумма термических сопротивлений, пройденных тепловым
потоком в ограждении до точки Х, в которой определяется температура.
Во избежание конденсации водяных паров на внутренних поверхностях
наружных ограждений требуется, чтобы их температура была выше точки
росы. Наиболее неблагоприятными в отношении конденсации водяных паров
являются наружные углы стен, температура внутренней поверхности которых
всегда ниже температуры внутренней поверхности стен.
Задание на проектирование по второй части «Отопление» берется из
таблицы 5.
Определить для промышленного цеха следующие параметры:
1. Рассчитать коэффициент теплообмена на внутренней и наружной
поверхности ограждения ( B , H ) – формулы (3-8).
2. Определить общее сопротивление теплопередаче через ограждения R0
по формуле (14).
3. Ограждение состоит из нескольких плоских слоев материала,
расположенных перпендикулярно направлению теплового потока внутренняя штукатурка, кирпичная стена, наружная штукатурка.
33
4.
5.
6.
7.
8.
9.
Термическое сопротивление всей толщи ограждения RT будет равно
сумме термических сопротивлений отдельных слоев ограждения Rn
(формула 15). Толщина слоя внутренней штукатурки 1 = 0,002 м; для
кирпичной стены
3=
2 = 0,3 м; толщина слоя наружной штукатурки
0,004 м.
В общем случае сложного многослойного ограждения с
воздушной прослойкой общее сопротивление теплопередаче через
ограждение определяется по формуле (16). Толщина воздушной
прослойки равна нулю.
Коэффициент теплопередачи ограждения К (величина, обратная R0)
определится по формуле (18). Коэффициент теплопроводности принять
равным: для внутренней штукатурки 1 = 1,1 Вт/м град; для кирпичной
стены 2 = 1,75 Вт/м град; наружная штукатурка
3 = 1,3
Вт/м град.
Минимальная величина сопротивления теплопередаче ограждения
определяется по формуле (22).
Температуру воздуха внутри производственного помещения принять
равной t B по таблице 2. Температуру наружного воздуха принять для
места нахождения производственной мастерской (по таблице из
задания).
Учитывая относительную влажность воздуха, приводимую в задании,
рассчитать по формуле (24) значение е - упругость водяных паров,
находящихся в воздухе при данной температуре, мм рт.ст.
Значение еn - упругость водяных паров, насыщающих воздух при той
же температуре, мм рт.ст. определить по таблице 1, затем по той же
таблице определить температуру точки росы Р . Величину Р
подставить в уравнение (23) и рассчитать t H .
Определить тепловую инерцию ограждения D по формуле (26).
Коэффициенты теплоусвоения S рассчитать по формуле (27), приняв
значения с1 = 300 кДж/кг град; с2 = 700 кДж/кг град;
3
с3 = 500 кДж/кг град; 1
2000 кг/м3.
3 = 1800 кг/м ;
2
Температуру в точке ограждения Х = 2 м определить для значения
2
RX = 0,135 м град/Вт (формула 28).
34
5.2 Расчет однотрубной ветви проточно-регулируемой системы
водяного отопления с нижней разводкой
Рассчитать ветвь однотрубной проточно-регулируемой системы водяного
отопления с нижней разводкой для двухэтажного промышленного цеха с
высотой каждого этажа 3 м. Стояки монтируются из унифицированных узлов
(таблица 2) диаметром 15 и 20 мм с односторонним присоединением
отопительных приборов.
Таблица 2
Характеристики гидравлического сопротивления
унифицированных узлов
Схема узла
d, мм
15
20
S∙ 10 4 , Па/(кг ч-1)2
81,4
21,36
15
20
156
37,96
15
20
126
28,6
15
20
84
15,9
Система отопления присоединена к наружным тепловым сетям с
параметрами теплоносителя (15 – 70)0С по зависимой схеме через элеватор.
Параметры теплоносителя в системе отопления (95 – 70)0С. Расчет вести
до т. А.
Пример расчета.
1. Определяем расчетное циркуляционное давление по формуле
PР.Ц .
РН
Б ( РЕ
РЕ.ТР . ) ,
(1)
РН давление, создаваемое возбудителем циркуляции (насосом или
где
элеватором); исходя из технико-экономических расчетов его рекомендуется
принимать при обычной протяженности колец системы (около 120 м) равным
10 000 – 12 000Па; для систем произвольной протяженности его можно
приближенно принимать равным
35
РН
l,
80
(2)
где l - сумма длин участков расчетного кольца.
Коэффициент Б в формуле (1) определяет долю максимального
гравитационного давления, которую целесообразно учитывать в расчетных
условиях. В нормах рекомендуется для двухтрубных систем принимать
коэффициент Б равным 0,4-0,5, для однотрубных систем – Б =1.
Насосное давление, действующее в системе отопления, присоединенной к
тепловым сетям, можно также определить по рисунку 3 .
Рисунок 3 Насосное циркуляционное давление PH в системе водяного
отопления при зависимой схеме присоединения и смешении теплоносителя в
элеваторе (Рг и Ро – давление в подающем и обратном наружных
теплопроводах; q - коэффициент смешения)
При
q =
150 95
95 70
давлении
2,2 ;
РГ
значение
Р0
РН
100кПа
и
коэффициенте
смешения
11000 кПа . Ветвь однотрубной проточно-
регулируемой системы водяного отопления показана на рисунке 4.
Гравитационное давление по стояку находим по формуле (3):
h0
36
Qi hi
Qi
(3)
где Qi - нагрузка по воде на нагревательных приборах.
h - расстояние по высоте между нагревательными приборами, м.
Рисунок 4 Схема ветви однотрубной системы отопления
Qi hi
Например, h0
Qi
3 2800 3 2000
2800 2000
РЕ
где
=6,2. PE
6.2 3 (95 70)
3 (для дальнего левого стояка).
h0 (t Г
t0 )
(4)
465 Па.
Расчетное давление определится:
PР.Ц .
РН
РЕ
11000+465= 11465 Па.
Заполняем первые четыре графы таблицы 3. Расход теплоносителя в графе
3 определяют при расчетном перепаде температур в системе отопления по
формуле:
37
G
3,6 Q
4,187 (95 70)
(5)
Для данной схемы протяженность главного циркуляционного кольца
l 60 м (до т.А).
Определяем ориентировочное значение удельных потерь на трение по
выражению:
(6)
RОР 0,9 к РР.Ц . / l
доля
РР.Ц . располагаемое давление для расчета системы отопления;
потерь давление на трение, принимаемая для систем с естественной
циркуляцией равной 0,5, для систем с искусственной циркуляцией равной 0,65;
l сумма длин рассчитываемых участков, для которых давление является
располагаемым.
В графу 5 запишем ориентировочные значения удельных гидравлических
характеристик, Па/(кг*ч-1)2, определяемых по выражению
ROP / G 2
SOP
(7)
По таблице 2, ориентируясь на значения S, близкие к значениям SОР,
подбираем диаметры участков и соответствующие им значения / d и значения
А, которые вносим в графы 6,7,11 таблицы 4.
По таблице 3 и расчетной схеме определяем коэффициенты местных
сопротивлений по участкам, которые записываем в таблицу 4, а суммарные
значения в графу 9 таблицы 4.
Таблица 2
Удельные динамические давления, приведенные коэффициенты трения и
удельные характеристики сопротивления труб систем водяного отопления
Диаметр труб,
G/ v ,
мм
кг∙ч 1 /(м∙с 1 )
А∙10 4 ,
Па/(кг∙ч
1
)2
/ d , 1/м
S ТР ∙10 4 ,
Па∙м 1 /(кг∙ч 1 ) 2
Трубы стальные водо-газопроводные обыкновенные по ГОСТ 3262-75
15
690
1060
2,7
2860
20
1250
318
1,8
572
25
2000
123
1,4
172
32
3500
39,2
1
39,2
40
4650
23
0,8
1,5
50
7800
8,24
0,55
4,54
38
Таблица 3
Коэффициенты местных сопротивлений на участках главного
циркуляционного кольца
№ участка
d, мм
Местные сопротивления
1-2
20
Два тройника на проходе
Два проходных крана
Четыре отвода 90 0
Коэффициент
местных
сопротивлений
2∙1=2
2∙1,5=3
4∙1,5=6
11
2-3
3-4
4-А
25
32
32
Два тройника на проходе
То же
Тройник на ответвлении
Тройник на противотоке
Два проходных крана
2 1 2
2 1 2
1,5
3
2∙1,5=3
7,5
По формуле 8 определяем характеристики сопротивления участков
магистралей и записываем их в графу 12 таблицы 4.
A (
d
l
)
(8)
S
Расчет тупиковой схемы начинают с дальнего стояка 1. Диаметр стояка
равен 20 мм. Выбирая из таблицы 3 необходимые конструктивные элементы,
определяем характеристику сопротивления стояка Sст1. Например,
SСТ 1
(21,36 2 37,96 2) 10
4
-4
-1 2
118,34 *10 Па/(кг*ч )
Гидравлические потери в стояке 1 при расходе теплоносителя Gст1
составят:
(9)
PCТ1 SСТ1 GСТ
Гидравлические потери на участке 1-2 равны:
Р1
S1
2
2
G1
2
(10)
Расход теплоносителя G1-2 на участке
1-2 будет равен расходу
теплоносителя в стояке 1. Характеристика сопротивления участка 1-2
определяется по формуле (8), остальные значения берутся из таблиц 2 и 3.
Расчетное давление для стояка 2 будет равно сумме гидравлических потерь
на участке 1-2 и стояка 1.
39
РСТ 2
Р1
РСТ1
2
(11)
Расход теплоносителя по стояку 2 определится равным:
3,6 2745
4,187 (95 70)
GСТ 2
94,4кг / ч
(12)
Требуемую характеристику стояка 2, при которой обеспечивается
заданный расход GСТ2, определим по формуле:
ТР
SСТ
2
2
РСТ 2 / GСТ
2
(13)
Из унифицированных узлов конструируем стояк с характеристикой
сопротивления, близкой к требуемой, учитывая, что диаметры труб
изменились.
По полученной конструктивной характеристике сопротивления стояка 2,
определяем расход теплоносителя по формуле:
РCТ 2 / SСТ 2
GСТ 2
(14)
Определяем расход теплоносителя по участку 2-3 как сумму расходов,
проходящих через участок 1-2 и стояк 2:
G2
3
G1
2
GСТ 2
(15)
Определяем гидравлические потери на участке 2-3:
Р2
3
S2 3G22
(16)
3
Значение S2-3 определяем по формуле (8). Данные берем из таблицы 4.
Расчетное давление в точках присоединения стояка 3:
РСТ 2
PСТ 3
Р2
3
(17)
Определяем требуемую характеристику стояка 3:
ТР
SСТ
3
2
РСТ 3 / GСТ
3
(18)
Расход теплоносителя через стояк 3 равен:
РСТ 3 / SСТ 3
GСТ 3
40
(19)
Характеристика SСТ3 сопротивления стояка 3 подбирается из
унифицированных узлов с учетом таблиц 2 и 3, которая должна быть примерно
ТР
равна требуемой характеристике стояка SСТ
3 по формуле 18.
Расход теплоносителя по участку 3-4 определяется как сумма расхода
теплоносителя по участку 2-3 и расхода теплоносителя через стояк 3:
G3
G2
4
3
GCТ 3
(20)
G32 4
(21)
Потери давления на участке 3-4:
Р3
S3
4
4
Расчетное давление между точками присоединения стояка 4 к магистралям:
РСТ 4
РСТ 3
Р3
4
(22)
Требуемая характеристика сопротивления стояка 4:
ТР
SСТ
4
2
РСТ 4 / GСТ
4
(23)
Характеристика сопротивления стояка 4 из унифицированных узлов
подбирается примерно равной требуемой характеристике, рассчитанной по
формуле (23).
Расход теплоносителя через стояк 4:
РСТ 4 / SСТ 4
GСТ 4
(24)
Расход теплоносителя по участку 4-А:
G4
G3
А
4
GСТ 4
(25)
G42
(26)
Потери давления на участке 4-А:
Р4
А
S4
А
А
Значение S 4 А рассчитывается по формуле (8).
Расчетное избыточное давление в точке А будет равно сумме расчетных
давлений в точке присоединения стояка 4 к магистралям и потерям давления на
участке 4-А.
(27)
РА
РСТ 4
Р4 А
41
Таблица 4
2
Длина
l, м
Тепловой
поток
Q, Вт
1
G,кг/ч
№
стояков
Гидравлический расчет однотрубной системы водяного отопления
3
4
Sор*104,
Па/(кг*ч-1)2
5
d,мм
/d
d
l
d
6
7
8
9
1
1-2
2
2-3
3
3-4
4
4-А
42
А*104,
Па/(кг*ч-1)2
l
10
11
S*104,
Па/(кг*ч-1)2
12
Р
S G 2 , Па
13
ВАРИАНТЫ ЗАДАНИЙ НА КУРСОВОЙ ПРОЕКТ
Часть II – Отопление промышленного предприятия
Таблица 5
Город
Категория Температура Относительная Предпоследняя Скорость БарометриПоследняя
работ
воздуха
в влажность
цифра шифра
ветра, м/с
ческое
цифра
рабочей
воздуха, %
(лобовое
давление
0
шифра
зоне, С
обдувание) В, мм рт.
ст.
1
Тюмень
I
20
75
1
4,5
755
2
Надым
IIа
19
68
2
3,8
755
3
Сургут
IIб
21
60
3
3,2
755
4
Муравленко
I
22
70
4
4,2
755
5
Н. Уренгой
IIа
25
75
5
5,3
755
6
Покачи
IIб
23
61
6
4,0
755
7
Нижневартовск
I
20
60
7
3,5
755
8
Тобольск
IIа
22
75
8
4,1
755
9
Якутск
IIб
19
72
9
3,6
755
0
Челябинск
I
21
75
0
4,2
755
43
Список литературы:
1. Андреевский А.К. Отопление (курс лекций). Учебное пособие. Минск,
«Вышэйшая школа», 1974, 432 с.
2. Отопление и вентиляция. Учебник для ВУЗов. В 2-х ч. Отопление /П.Н
Каменев, А.И.Сканави, В.Н.Богословский и др. 3-е изд. Перераб. И доп.
М., Стройиздат, 1975, 783 с.
3. Отопление и вентиляция. Учебник для ВУЗов. В 2-х ч. Ч.2. Вентиляция
/В.Н. Богословский, В.И.Новожилов, Б.Д. Симаков, В.П.Титов; под ред.
В.Н.Богословского. М., Стройиздат, 1976, 439 с.
4. СНиП II-33-75. Отопление, вентиляция и кондиционирование воздуха.
М., Стройиздат, 1976.
44
ПРИЛОЖЕНИЯ
Приложение 1
Характеристика вентилятора Ц4-70 № 2,5
45
Приложение 2
Характеристика вентилятора Ц4-70 № 3,2
46
Приложение 3
Характеристика вентилятора Ц4-70 № 4
47
Приложение 4
Характеристика вентилятора Ц4-70 № 5
48
Приложение 5
Аэродинамическая схема радиального вентилятора Ц4-76
(размеры в процентах от диаметра рабочего колеса)
49
Приложение 6
Характеристика вентилятора Ц4-76 № 10
50
Приложение 7
Характеристика вентилятора LH-76 № 12,5
51
Приложение 8
Характеристика вентилятора Ц4-76 № 16
52
Приложение 9
Аэродинамическая схема радиального вентилятора Ц14-46
(размеры в процентах от диаметра рабочего колеса)
53
Приложение 10
Характеристика вентилятора Ц14-46 № 2,5
54
Приложение 11
Характеристика вентилятора Ц14-46 № 3,2
55
Приложение 12
Характеристика вентилятора Ц14-46 № 4
56
Приложение 13
Характеристика вентилятора Ц14-46 № 5
57
Приложение 14
Характеристика вентилятора Ц14-46 № 6,3
58
Приложение 15
Аэродинамическая схема радиального вентилятора Ц8-18
(размеры в процентах от диаметра рабочего колеса)
59
Приложение 16
Характеристика вентилятора Ц8-18 № 6,3
60
Приложение 17
Характеристика вентилятора Ц8-18 № 8
61
Приложение 18
Характеристика вентилятора Ц8-18 № 10
62
Приложение 19
Аэродинамическая схема радиального вентилятора ЦП7-40
(размеры в процентах от диаметра рабочего колеса)
63
Приложение 20
Характеристика вентилятора ЦП7-40 № 6,3
64
Приложение 21
Характеристика вентилятора ЦП7-40 № 8
65
Приложение 22
Характеристика вентилятора ЦП7-40 № 10
66
Приложение 23
Аэродинамическая схема осевого вентилятора 06-300
(размеры в процентах от диаметра рабочего колеса)
67
Приложение 24
Характеристика вентилятора 06-300 № 5
68
Приложение 25
Характеристика вентилятора 06-300 № 6,3
69
Приложение 26
Характеристика вентилятора 08-300 № 8
70
Приложение 27
Характеристика вентилятора 06-300 № 10
71