Расчет вентиляции производственного здания, оборудованного нагревательными печами

D – характеристика тепловой инерции покрытия;

S₁,S₂,…S_n – коэффициенты теплоусвоения материалов отдельных слоев покрытия, Вт/м²*К.

Если слой имеет D=RS≥1, то для него ψ=S, т.е. ψ равно коэффициенту теплоусвоения этого слоя; при D=RS<1

Ψ=(RS²+ψ^/)/(1+Rψ^/),  (3.18)

где R=δ/λ – сопротивление теплопередаче слоя, м²К/Вт;

ψ^/ - коэффициент теплоусвоения наружной поверхности предыдущего слоя, вычисляемый по приведенной формуле. Если первый слой ограждения имеет D₁<1, для него  ψ^/=(R₁S₁²+α_B)/(1+R₁α_B),

где R₁ – сопротивление теплопередаче первого слоя;

S₁ – коэффициент теплоусвоения материала первого слоя;

α_B – коэффициент тепловосприятия.

Коэффициент ψ определяется последовательно, начиная  с первого слоя от внутренней поверхности  ограждающей конструкции. Нормируемые  значения затухания температуры  наружного воздуха ν в ограждающих  конструкциях зданий для южных районов  приведены в табл.2.25 [6].

Определяем  теплопоступление от солнечной радиации через покрытие площадью F=336 м²:

1) Сборные  железо-бетонные крупнопанельные  плиты: δ₁=0,05м; λ₁=1,6Вт/м*К; S₁=15,5 Вт/м²*К.

2)Утеплитель- пенобетон: объемная масса γ₂=400кг/м³; δ₂=0,175м; λ₂=0,14 Вт/м*К; S₂=1,83 Вт/м²*К.

3)Асфальтовая  стяжка: δ₃=0,015м; λ₃=0,75 Вт/м*К; S₃=12,76 Вт/м²*К.

4)Водоизоляционный  рубероидный ковер: δ₄=0,01м; λ₄=0,3 Вт/м*К; S₄=3,31 Вт/м²*К.

Сопротивление теплопередаче покрытия:

 R₀=0,115+0,05/1,6+0,175/0,14+0,015/0,75+0,01/0,3+0,043=0,741 м²*К/Вт.

Определяем  затухание амплитуды колебания  температуры наружного воздуха в покрытии ν, для чего предварительно находим коэффициенты теплоусвоения ψ наружных поверхностей каждого слоя.

Первый слой – железо-бетонная плита:

R₁=δ₁/λ₁=0,05/1,6=0,03 м²*К/Вт

D₁=R₁S₁=0,03*15,5=0,47    т.е. D<1, поэтому пользуясь формулой ψ₁, находим

Ψ₁=(R₁S₁²+α_B)/(1+R₁α_B)=(0,03*15,5²+8,7)/(1+0,03*8,7)=12,6 Вт/м²*К.

Второй слой-пенобетон:

R₂=0,175/0,14=1,25 м²*К/Вт;

D₂=1,25*1,83=2,3, т.е.D>1, следовательно, ψ₂=1,83 Вт/м²*К.

Третий слой -асфальтовая стяжка:

R₃=0,015/0,75=0,02 м²*К/Вт;

D₃=0,02*12,76=0,26 <1

Ψ₃==(R₃S₃²+ψ₂)/(1+R₃ψ₂)=(0,02*12,76²+1,83)/(1+0,02*1,83)=4,9 Вт/м²*К.

Четвертый слой –рубероидный ковер:

R₄=0,01/0,3=0,03 м²*К/Вт;

D₄=0,03*3,31=0,1<1;

Ψ₄=(R₄S₄²+ψ₃)/(1+R₄ψ₃)=(0,03*3,31²+4,9)/(1+0,03*4,9)=4,6 Вт/м²*К.

Характеристика  тепловой инерции покрытия:

D=D₁+D₂+D₃+D₄=0,47+2,3+0,26+0,1=3,13.

По табл.2.24 [6] для D=3,13 находим =9,39. При скорости ветра v=1 м/с α_н=8,7+2,6*1=11,3 Вт/м²*К.

Подставляя  полученные значения в формулу

,

находим

,

что удовлетворяет  нормируемым требованиям, поскольку  35>25 (см.табл.2.25 [6]).

По табл.2.22 [6] находим =0,5*20,3=10,15 ºС.

Вычисляем амплитуду  колебаний температур наружного  воздуха с учетом солнечной радиации

=0,9(866-328)/11,3+10,15=53ºС.

где 866 и 328 приняты по табл. 2.23 для 48⁰с.ш.

Определяем  амплитуду колебаний температуры  внутренней поверхности покрытия

A_τв=А_н^усл/ν = 53/35=1,5 ºС.

Подсчитываем  амплитуду колебаний теплового  потока

А_q=α_вFA_τв= 8,7*336*1,5=4385 Вт.

Условную  среднесуточную температуру наружного  воздуха находим по зависимости

=25,1+0,9*328/11,3=51 ºС.

Среднесуточное  теплопоступление от солнечной радиации

q₀=F/R₀*(t_н^усл – t_ух)=336/0,741*(51-35,1)=7210 Вт

здесь t_в=t_ух=t_н^А+10(для горячих цехов)=25,1+10=35,1ºС.

Теплопоступление  от солнечной радиации в цех через  покрытие

Q=q₀+βA_q=7210+1×4385=11595 Вт,

где  β=1(по табл.2.20 [6]), поскольку расчетный час не задан.

 

3.7. Теплопоступления от освещения

 

Q_осв = ЕFq_осв η_осв

где Е –  освещенность рабочей поверхности  в лк

Е=150 для кузнечных, термических, прессовых, малярных,

сборочных цехов  и цехов металлопокрытий.

Е=200 механические, сборочно-сварочные,

деревообрабатывающие  и модельные цехи.

Е=75 для литейных цехов

q_осв – это удельные тепловыделения от ламп в Вт/(м²*лк)

η_осв – доля теплоты, поступающая в помещение в %

η_осв=0,45 для люминесцентных ламп

η_осв=0,15 от ламп накаливания

       F – площадь цеха (помещения) в м²

q_осв=0,056Вт/(м²*лк) (табл. 2.5 [6] - лампа прямого света)

η_осв=0,45

Е=150

F=336 м²

 

Теплопоступления  от освещения определяем как:

Q_осв=Е·F·q_осв·η_осв=150·336·0,056·0,45=1270,1 Вт.

 

3.8 Теплопоступления от продуктов  сгорания

 

Q_п.с. = 0,278 G_г*с(t_г-t_р.з)

                      

где  G_г – количество, выбивающихся из печи газов

G_г = 3600μF₀υ_гρ_г*τ/60

μ –коэффициент, учитывающий сужение струй газов  при

выходе из отверстия ≈ 0,6

       F₀ – площадь рабочего отверстия струи в м

        υ_г – скорость, выбивающихся из отверстия печи газов в м/с

υ_г=

где ∆Р –  избыточное давление печи ≈ от 1 до 5 Па,

под действием которого газы выходят из отверстия

ρ_г – объемная масса, выбивающаяся из печи

ρ_г =

       где   t_г – температура газов, поступающих в цех.

Принимается на 150 ⁰С ниже t в печи.

       τ – время, в течение которого открыта загрузочная дверца в мин.

t_г=845 ⁰С

ρ_г =0,315 (см. Расчет зонта-козырька над загрузочным отверстием печи)

υ_г = 2,2 м/с (см. Расчет зонта-козырька над загрузочным отверстием печи)

       F₀ = 0,24 м (стандарт)

G_г=3600*0,6*0,24*2,2*0,315*20/60=120 кг/ч

Q_п.с. = 0,278*120*1,005(845-15)=27827 Вт

 

 

3.9 Теплопоступления от дежурного  отопления

 

Q_д.о. = Q_т.п. (5-t_н) ((t_ср-t_в)/ (t_ср-5_.)

где  Q_т.п  - теплопотери помещения

       t_н – расчетная наружная температура

       t_ср – средняя температура теплоносителя в нагревательном приборе

t_ср =0,5 (t_г+t_о)

       где t_г и t_о – температура теплоносителя в подающем и обратном

       трубопроводах

       t_в – внутренняя температура в рабочей зоне помещения

t_г =95 ⁰С

       t_охл=70 ⁰С

t_ср = 0,5(95+70)=82,5

Q_д.о. = 106401(5-(-32)) (82,5-15)/(82,5-5)=3428858 Вт

 

 

 

Суммарные теплопоступление приведены в таблице 3.1

 

Таблица 3.1.

Поступление теплоты, Вт

От дежурного отопления	От продуктов сгорания	Через покрытие	От солнечной радиации	От горнов	От печей	От  электродвигателей	От  освещения	От зонта
3428858	27827	11595	7456	95422	325010	2852	1270,1	1528

всего: 453909 – холодный период

       3815938,1 – теплый период

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4. Определение теплопотерь

 

4.1.Определение потерь теплоты через ограждающие конструкции:

                                     Q_т.п.=kF (-)n                                       (4.1)

где k-коэффициент теплопередачи ограждающей конструкции, Вт/(м²*К)

                                               k=

                                                (4.2)

F- площадь ограждения цеха, м².

- расчётная температура  внутреннего воздуха, принимаемая  по ГОСТ 12.1.005 – 76 и нормам проектирования  соответствующих зданий и сооружений,ºС. При выборе  t_в учитывается распределение температур воздуха по высоте. Для ограждения высотой до 4 м и для пола  t_в = t_р.з. Для ограждений высотой от 4 метров

= 0,5 (t_р.з+t_ух). (4.3)

Для покрытия и фонарей t_в= t_ух

 -расчётная температура холодного периода года параметры климата Б;

n - коэффициент, учитывающий положение наружной поверхности ограждающей конструкции по отношению к наружному воздуху;

n=1 (для стен и перекрытий, для двери и окон)

n=0,4 (для пола)

R₀ - сопротивление теплопередачи ограждающей конструкции, которое должно быть не менее требуемого:

                                  (4.5)

R₀≥R₀^тр

где α_в- коэффициент тепловосприятия внутренней поверхности ограждающей конструкции;

- нормируемый температурный  перепад между температурой внутреннего воздуха и  температурой внутренней поверхности ограждающей конструкции. 

(4.6)

Когда стены обращены на северо-восток, северо-запад, северо-восток добавка 10 %; на юго-восток и запад 5%.

R₀ =0,16 (для стекла); R₀ =0,741(для перекрытия); R₀ =0,16 (для двери)

        R₀ =0,463 (для стен); R₀ =0,36 (для окон)

 

 

 

 

 

Таблица 4.1

 

Теплопотери через ограждающие конструкции

Наименования  помещения и его  температура	Ограждение				k, Вт/(м2*К)	t = tв-	Q, Вт	Доба- вочные потери теплоты, %		Q т..п. , Вт
	Наименование	Ориентация по сторонам света	Размеры a b, м	F, м2				на ориентацию по сторонам света	другие
Кузнечный цех t=150C	НС I	С	28*4	112	2,16	47	11370,2	10	-	12507,3
	НС I	С	28*4	112	2,16	49,5	11975,1	10	-	13172,5
	НС II	Ю	28*4	112	2,16	47	11370,2	5	-	11938,8
	НС II	Ю	28*4	112	2,16	49,5	11975,1	5	-	12573,8
	НС III	З	12*4	48	2,16	47	4872,96	5	-	5116,61
	НС III	З	12*4	48	2,16	49,5	5132,16	5	-	5388,77
	НС IV	В	12*4	48	2,16	47	4872,96	10	-	5360,26
	НС IV	В	12*4	48	2,16	49,5	5132,16	10	-	5645,38
	ОСI	С	95/2	47,5	7,02	49,5	2562,86	10	-	2819,146
	ОСII	Ю	95/2	47,5	1,09	49,5	2562,9	5	-	2691,00
	Пл I	-	-	160	0,5	47	1504	-	-	1504
	Пл II	-	-	104	0,2	47	391,04	-	-	391,04
	Пл III	-	-	80	0,12	47	3525	-	-	3525
	Пт	-	28*12	336	1,35	52	23587,2	-	-	23587,2
	Д	З	3*4	12	6,25	47	3525	-	-	3525

Итого: потери по помещению составляют

Q_тп=106401,23 Вт

 

 

 

 

4.2.Потери теплоты на нагрев холодного воздуха, поступающего через

открытые  проемы ворот (дверей).

 

Определим потери теплоты на нагрев холодного воздуха, поступающего через открытые проемы ворот (дверей):

Q_х..в.=0,278cG ( , (4.7)

где с - теплоемкость воздуха, кДж/(кг*К);

- время, в течение которого  ворота открыты, мин; 

Q - количество врывающегося воздуха, кг/ч,

 

G=16000                           (4.8)

Здесь - коэффициент расхода; при угле раскрытия ворот = 90°,

= 0,62;

F - площадь ворот, м²;

h - расстояние между центрами приточных (ворот) вытяжных проемов, м;  -плотность сухого наружного и внутреннего воздуха, кг/м³, при              Р_б = 101,33 КПа.

Определим расход теплоты на нагрев врывающегося холодного воздуха через открытый проем ворот размером  3 4 м, в здании высотой до верха фонаря 8 м. При этом t_в= 15°С, =-32⁰С, =15 мин.

Находим количество врывающегося воздуха. Расстояние между  центрами приточных (ворот) и вытяжных проемов в фонаре h= 5 м. Гравитационное давление

P=h·g(

)=5·9,81·(1,5-1,226)=13,5 Па. G=16000·0,62·12· =170647кг/ч;

Q_х.в.=0,278·1,005·170647(15+32)15/60 =560205 Вт.

 

4.3. Потери теплоты на нагрев инфильтрационного воздуха.

 

Инфильтрация - неорганизованное поступление в  помещение наружного воздуха  через неплотности ограждающих  конструкций (стены, двери, окна, фонари) вследствие разности давления воздуха  снаружи и внутри здания. Инфильтрацию следует рассчитывать таким образом: при наличии ограждающих конструкций и световых проемов с одной стороны - по этой стороне независимо от господствующего направления ветра; то же в двух противоположных стенах -по той стороне, которая дает большее суммарное значение инфильтрации; то же в трех и четырех стенах и для угловых помещений - по стороне с большей суммарной инфильтрацией либо по максимальной сумме инфильтрации в двух смежных стенах с коэффициентом 0,65.

В более сложных  случаях (многоэтажные здания) расчет ведется по соответствующим инструкциям и, как правило, с помощью ЭВМ.

Инфильтрация  через наружные стены весьма незначительна, поэтому в тепловом балансе помещения  добавочные потери теплоты достаточно учитывать только на нагрев воздуха, инфильтрующегося через окна (световые проемы) по формуле:

Q_инф.=0,278СA₀F₀G₀ ()    (4.9)

 где с  - удельная теплоемкость воздуха,  кДж/(кг*К);