Расчет вентиляции производственного здания, оборудованного нагревательными печами

Наиболее  благоприятное сочетание параметров внутреннего воздуха в помещении (оптимальные условия) обычно создается  системами кондиционирования воздуха. Однако в некоторых случаях, применяя рациональное регулирование систем вентиляции помещений, можно получить оптимальные условия.

Параметры воздуха, соответствующие оптимальным и  допустимым условиям, зависят от периода года (теплый, холодный), от тепловой напряженности (по явному теплу) помещения и от тяжести выполняемой в помещении работы.

По тепловой напряженности различают две  категории помещений: помещения с незначительными  избытками явного тепла (не превышающими или равными 23 Вт на 1 м³ внутреннего объёма помещения) и помещения или участки цехов со значительными избытками явного тепла (превышающими 23 Вт/м³). Последние относятся к категории «горячих цехов». В производственных помещениях высотой более 6 м, оборудованных системами вентиляции с искусственным побуждением или системами кондиционирования воздуха, удельные избытки явного тепла определяются по отношению к условному объёму помещения высотой 6м.

По тяжести  выполняемой работы в соответствии с общими энергозатратами организма работы разграничены на следующие категории:

I-легкие с энергозатратами до 172 Вт;

II-средней тяжести; работы II категории разделены на две подгруппы:

IIа - с энергозатратами 172-232 Вт и IIб 232 - 293 Вт;

III - тяжелые  с энергозатратами более 293 Вт.

Допустимые  параметры создаются системами  вентиляции. В тех случаях, когда  системы вентиляции не обеспечивают допустимых параметров, применяют кондиционирование воздуха.

Расчетные параметры  внутреннего воздуха приведены  в таблице 2.2.

Таблица 2.2

Расчетные периоды года		Оптимальные параметры воздуха для  кондиционирования										Допустимые параметры   воздуха для вентиляции
		температура, 0 С		теплосодержание, кДж/кг		относительная влажность, %		влагосодержание, г/кг		скорость движения, м/с		температура, 0 С		теплосодержание, кДж/кг		относительная влажность, %		влагосодержание, г/кг		скорость движения, м/с
Теплый	21				50				0,5		26				65				0,7
Переходный	18				50				0,3		15				75				0,5
Холодный	16				50				0,3		15				75				0,5

Расчетные параметры внутреннего воздуха

 

 

 

 

 

 

 

 

3. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ТЕПЛОВЫДЕЛЕНИЙ

 

3.1. Расчет теплопоступлений, тепловыделений от нагревательных печей.

 

                                           Q = 0,278V                                         (3.1)

где V-расход топлива, кг/час;

- теплота сгорания, кДж/м³

- потери в цехе, %

Печи работают на каменном угле = 38970 кДж/м³,

V = 100 кг/час = 30%

Q = 0,278·100·38970·0,3 = 325010 Вт.

 

3.2. Тепловыделения от зонта над загрузочным отверстием печи.

 

Тепловыделения  от зонта над загрузочным отверстием печи определяются как:

                                              Q_з = kF_з (t_cм-t_р.з.)                                           (3.2)

где k - коэффициент теплопередачи укрытия, k = 4,64 Вт/(м²*К);

F_з - площадь поверхности укрытия, м²;

t_cм - температура смеси газов и воздуха под укрытием, t_cм=150…200⁰С;

F_з = 2,44 м²;

t_cм=150ºС; t_р.з.=15ºС

Q_з = 4,64·2,44 (150 - 15) = 1528 Вт

 

3.3. Тепловыделения от  кузнечных горнов снабженных дымоотводящими зонтами.

 

Тепловыделения  от  кузнечных горнов, снабженных дымоотводящими зонтами, определяются как:

                                      Q_к.г. = 0,278B

                                        (3.3)

где В - расход топлива, кг/час

В = 16 кг/час

- теплота сгорания топлива,  кДж/кг

= 26816 кДж/кг;

φ- коэффициент, учитывающий долю теплоты выделяющихся в цехах,

 

 

 

 

 

определяется по рисунку 2.4, φ = 0,4.

 

Q_к.г = 2·0,278·16·26816·0,4 = 95422 Вт.

 

3.4. Тепловыделения от отдельно стоящих электродвигателей.

 

Q_ст = 1000N (1-k_п.η) k_с (3.4) 

где N - номинальная установленная мощность оборудования, кВт;

N = 71,3 кВт;

k_п. - коэффициент полноты загрузки электродвигателей, k_п. = 1;

- к.п.д. электродвигателей принимается  по таблице 2.11,η=0,90;

k_с = 0,4.

Q_ст = 1000· 71,3· (1-1·0,90) ·0,4 = 2852 Вт.

 

3.5. Расчет теплопоступлений от солнечной радиации.

 

Рассчитаем теплопоступления от солнечной радиации:

 

                                        Q_max = (q_cF_c+q_ТF_Т)k_оп                                        (3.5)

где q_c и q_Т – тепловой поток поступающий в помещение через 1 м² обычного одинарного стекла освещенного солнцем и находящегося в тени, Вт/м²;

F_c и F_Т - площади заполнения световых проемов освещенных солнцем и находящихся в тени, м²;

k_оп - коэффициенты относительного проникания солнечной радиации через заполнения светового проема, принимается по таблице 2.14.

Максимальный  или для заданного расчетного часа значение q_c и q_т определяют исходя из расчетной географической широты места строительства и ориентации заполнения  световых проемов зданий.

Для вертикального  заполнения светового проема частично или полностью облучаемого солнечной  радиации при азимуте Ас.о.<90⁰

q_c= (q_п+q_р)k₁k₂ (3.6)

В случае вертикального  заполнения светового проема находящегося в тени, т.е. при Ас.о. 90⁰

                                                     q_т= q_рk₁k₂                                           (3.7)

где q_р, q_п- наибольшие значения теплового потока прямой и рассеянной солнечной радиации, Вт/м², определяется по таблице 2.15.

k₁- коэффициент учитывающий затенение остекления световых проемов переплетами и загрязнений атмосферы, определяется по таблице 2.16.

 k₂ - коэффициент учитывающий загрязнение стекла, определяется по таблице 2.17.

Абсолютное  значение азимута остекления для  световых проемов ориентированных на Юго-восток после полудня, Юго-запад до полудня.

Ас.о. = Ас+Ао (3.8)

Запад, Северо-запад, Юго-запад после полудня, Восток, Северо-восток, Юго-восток, Север, Юг до полудня.

Ас.о. = Ас-Ао (3.9)

Запад, Северо-запад  до полудня, Восток, Северо-восток после  полудня.

Ас.о. = 360-(Ас-Ао)

где Ас. –  азимут солнца, т.е. угол между южным  направлением и горизонтальной проекцией солнечного луча, принимается по таблице 2.18.

Ао. – азимут остекления светового проема, т.е. угол между нормалью к плоскости остекления или между проекцией этой нормалью на горизонтальную плоскость и южным направлением.

Расчетные теплопоступления в помещении с учетом аккумуляции  теплоты внутренними ограждающими конструкциями находят по формуле без наружных средств солнце защитных световых проемов.

 

(3.10)

 

 

Если есть солнцезащитные средства, тогда

                                         (3.11)

где F₁, F₂, F₃ – площадь отдельных внутренних стен помещения;

F₄, F₅ – площади потолка и пола;

m₁, m₂, m₃, m₄, m₅ – коэффициенты учитывающие аккумуляцию теплоты внутренними стенами потолка и полом принимаются по таблице 2.19.

Определим теплопоступления солнечной радиации через окна, расположенные на 52⁰ с. ш. , световые проемы ориентированы на восток и запад, остекление окон одинарное в металлических переплетах, толщина стекла 2,5 мм, площадь остекления 50 м².

Таблица 2.15

Часы суток	Тепловой поток (qп+qр),Вт/м2, поступающий через окна
	Обращенные на С	Обращенные на Ю	Всего
8..9	70	161	231
9..10	64	272	336
10..11	60	358	418
11..12	59	405	464
12..13	59	405	464
13..14	60	358	418
14..15	64	272	336
15..16	70	161	231
16..17	74	76	150
17..18	104	55	159
18..19	138	27	165

 

По таблице 2.15. максимальное поступления теплоты солнечной радиации с 16 до 17 часов.

q_п = 405 Вт/м²;

Ас. = 16⁰ (по таблице 2.18.)

Ао = 0⁰

Ас.о. = Ас-Ао= 16-0 = 16⁰

k₁ = 0,6 (по таблице 2.16), k₂ = 0,85 (по таблице 2.17.)

q₁ = q_пk₁k₂ = 405×0,6 0,85 = 206,55 Вт/м²;

F₀ = 95/2=47,5 м²

По таблице 2.14. находим значение k_о.п.- коэффициент относительного проникания, k_о.п = 1.

Q_max = q₁F₀k_оп.,  Вт; (3.12)

Q_max =206,55

47,5 1 = 9811 Вт

По таблице 2.19 при прямой солнечной радиации в течение 7 часов находим:

m₄ = 0,70 (для железобетонного потолка)

m₅=0,78 (для бетона)

Q_p = Q_max

 

Q_p = 9811·

=7456 Вт

 

 

3.6. Определение теплопоступлений через покрытия

 

Теплопоступление  через покрытия определяется по формуле

Q=q₀+βA_q,   (3.13)

в которой β – коэффициент для любого часа суток, определяемый по табл.2.20;

         q₀ – среднесуточное поступление теплоты в помещение,

q₀=F/R₀*(t_н^усл – t_ух)  (3.14)

здесь F – площадь покрытия, м²;

  R₀ – сопротивление теплопередачи, м²*К/Вт – определяемое теплотехническим расчетом или принимаемое по табл.2.21, если теплотехнический расчет не выполняется;

 t_ух – температура уходящего воздуха под покрытием, для холодных цехов t_ух = t_н^А + 5; для горячих t_ух= t_н^А+10, t_н^А – температура наружного воздуха, принимаемая по параметрам климата А;

t_н^усл – условная среднесуточная температура наружного воздуха, определяемая по формуле

, (3.15)

где   - расчетная температура наружного воздуха, принимаемая равной средней температуре июля, для некоторых населенных пунктов значение     приведено в табл.2.22;

ρ – коэффициент  поглощения теплоты солнечной радиации наружной поверхностью покрытия:

для асфальтированного  покрытия ρ=0,9;

для рубероида  с алюминиевой покраской ρ=0,5;

с серой песчаной посыпкой ρ=0,9;

с красной  песчаной посыпкой ρ=0,95;

для толи ρ=0,85;

для шифера серебристо-серого ρ=0,75;

l_ср- среднесуточный тепловой поток суммарной (прямой+рассеянной) солнечной радиации, поступающий в июле на горизонтальную поверхность, Вт/м² (принимается по табличным данным);

α_н – коэффициент теплоотдачи наружной поверхности ограждающей конструкции, Вт/м²*К, α_н= 8,7+2,6v (v – расчетная скорость ветра, м/с);

А_q – амплитуда колебания теплового потока, Вт, А_q=α_вFA_τв.

Здесь α_в – коэффициент тепловосприятия внутренней поверхностью покрытия, α_в=8,7 Вт/м²*К;

A_τв–амплитуда колебаний температуры внутренней поверхности покрытия, ºС,   A_τв=А_н^усл/ν ,

где А_н^усл – амплитуда колебаний температуры наружного воздуха с учетом солнечной радиации, ºС,

,  (3.16)

I_макс – максимальное значение теплового потока суммарной (прямой +рассеянной) солнечной радиации за июль, поступающие на горизонтальную поверхность, Вт/м² (принимается по табл.2.23);

- максимальная амплитуда колебаний  температуры наружного воздуха  в июле, принимаемая с коэффициентом  0,5;

Для некоторых  населенных пунктов значение приведено в табл.2.22 или приближено равно =2(t_н^А –t_м), t_м – средняя месячная температура самого жаркого месяца;

ν – затухание  амплитуды колебания температуры  наружного воздуха в покрытии,

.  (3.17)

В этой формуле  е=2,718 –основание натуральных логарифмов, для удобства вычислений значения приведены в таблице 2.24;