Расчет вентиляции производственного здания, оборудованного нагревательными печами

 А_о- коэффициент, учитывающий нагревание инфильтрующегося воздуха

встречным тепловым потоком; для окон с раздельными  переплетами

А₀ = 0,8, со спаренными А_о=1;

F₀ - расчетная площадь светового проема, м²;

G₀ - масса воздуха, поступающего в помещение путем инфильтрации через 1м² окна, кг/(м² *ч),

G₀=(

; (4.10)

где R₀-сопротивление воздухопроницанию светового проема, (м²* Па)^2/3/кг;

∆Р - разность давлений воздуха на наружной и внутренней поверхностях ограждающих конструкций, Па,

                 (4.11)

где Н - высота здания от поверхности  земли до верха карниза, центра вытяжных отверстий фонаря или шахты, м;

h- высота от поверхности земли до центра той ограждающей конструкции (окно, фонарь), для которой определяется G₀, м; - плотности соответственно наружного и внутреннего воздуха, кг/м³, при температурах

t_н и t_в , v-расчетная скорость ветра для данной местности в холодный период года, м/с, принимается в соответствии с главой СНиП по строительной климатологии и геофизике; с_н,с_з-аэродинамические коэффициенты соответственно для наветренной и заветренной поверхностей ограждающих конструкций, принимаемые по СНиП 2.01.07-85; в среднем с_Н = +0,8; с_З = -0,6; k-коэффициент, учитывающий изменение скоростного давления ветра в зависимости от высоты и характера местности; Р_м - разность давлений, Па, возникающая вследствие дебаланса между подаваемым в помещение и удаляемым из него воздухом , кг/(м²*ч), определяется по формуле

(4.12)

Добавочные  потери теплоты на нагрев наружного  воздуха, поступающего путем инфильтрации в производственные здания, при свыше  отсутствии данных для расчета допускается принимать равными 30 % основных потерь теплоты, но не менее чем это требуется для нагревания воздуха, поступающего вследствие дебаланса по притоку и вытяжке при вентиляции с механическим побуждением.

При учете  дополнительных потерь теплоты на инфильтрацию добавочными нормативными потерями теплоты на «ветер» для помещений в зданиях любого назначения пренебрегают.

С учетом СНиП  принимаем  =-32⁰С, v=7,7 м/с, по таблице 2.32 k = 0,88; ρ_н=1,5, ρ_в=1,226. Для окон с раздельными переплетами А₀=0,8;для фонаря А_ф=0,8. По таблице 2.31 R₀=0,7 (м²*ч*Па)^2/3/кг;  R_ф= 0,115·1,1 = 0,127 (м²*ч*Па)^2/3/кг.

Площади окон на северной стороне F_в =37,5 м²; с южной F_з=37,5 м²; площади остекления фонаря F_ф=20 м². Инфильтрацию учитываем с восточной стороны. Находим Р для оконных проемов:

Р_о =9,81[(8-4)(1,5-

-1,226)+0,05·1,5·7,7²(0,8+0,6)·0,88]=64,5 Па;

для фонаря:

∆Р_ф=9,81[(8-7)(1,5-1,226)+0,05·1,5·7,7²(0,8+0,6)·0,88]=56,43 Па.

Количество  инфильтрующегося воздуха:

через окна:  G₀=(∆P₀)^2/3 R₀^-1=(64,5)^2/3 ×0.7^-1=22,9  кг/(м²·ч);

через фонарь: G_ф=(∆P₀)^2/3 R₀^-1=(56,43)^2/3 ×0.127^-1= 115,7 кг/(м²·ч).

Потери теплоты  на нагрев инфильтрующегося воздуха:

через окна:

Q₀ = 0.278cA₀F₀G₀(t_в-t_н^Б)=0,278×1,005×0,8×22,9×75×47=18042 Вт

через фонарь:

Q_ф=0,278×1,005×0,8×20×115,7×47=24309 Вт.

Суммарные потери теплоты: Q_инф = Q₀ + Q_ф =42351 Вт

 

 

4.4. Теплота, уносимая с воздухом местной вытяжной вентиляции

 

Теплоту, уносимую с воздухом местной вытяжной вентиляции, определяем по формуле:

,   (4.13)

здесь G_м.о.- количество воздуха, уносимое местными отсосами кг/ч;

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

  t_{р.з .}- температура воздуха в рабочей зоне, ºС;

  t_{пр .}- температура приточного воздуха, ⁰С.

G_м.о. =(L_з’+L_р.з.) ρ=(72+4144)1,226=5132 кг/ч

Q_м.в.= 0,278· 5132· (15+32) = 67054 Вт.

 

4.5. Теплота, уносимая с воздухом вытяжной общеобменной вентиляции.

 

Теплоту, уносимую с воздухом вытяжной общеобменной вентиляции определяют по формуле:

Q_о.в.= 0,278G_в.з.с(t_ух.-t_пр)                               (4.14)

где G_в.з- количества воздуха удаляемое из верхней зоны помещения, кг/ч;

с - его теплоемкость, кДж/(кг*К);

t_{пр .}- температура приточного воздуха, ⁰С;

t_ух- температура уходящего воздуха, ⁰С.

t_ух= t_р.з+ (H-2);                                          (4.15)

t_ух=15+3=18⁰С

G_в.з. =6(м³ воздуха)×336=2016×1,226 (ρ при 15⁰С)=2472 кг/ч

Q_о.в.= 0,278

2472·1,005(18+32)=34532,6  Вт.

 

4.6. Потери теплоты на нагрев транспорта

 

Потери  теплоты на нагрев транспорта определим по формуле:

 

,    (4.16)

где q – расход теплоты на нагрев транспорта от температуры t_н и t_в, принимаемый по таблице 2.34.q=20,33 МДж;

В – коэффициент  учитывающий интенсивность поглощения теплоты.

Время пребывания машины в цехе τ=15 минут.

Принимаем для первого  часа В=0,5; по таблице 2.34 q=18,0 МДж.

Расход теплоты на нагрев машины

Q_тр=18,0×0,5×15/60=2,25 МДж

Суммарные потери теплоты приведены в таблице 4.2

Таблица 4.2

Потери  теплоты, Вт

Через  ограждающие  конструкции	на инфильтрацию воздуха	на  нагрев транспорта, МДж	на нагрев холодного воздуха	теплота, уносимая местной вытяжной вентиляцией	теплота, уносимая общеобменной вытяжной вентиляцией	сумма
106401,23	42351	2,25	560205	67054	34592,6	810543,83

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

5. Местные вытяжные и приточные системы вентиляции

 

5.1. Вытяжные зонты

 

Для улавливания  вредности при наличии устойчивых тепловых потоков применяют вытяжные зонты.

Высота установки  зонта принимается в пределах Н = 1,8..2 м. Размеры прямоугольного зонта  в плане (А×Б м) А=а+0,8h, Б= б+0,8h, где  а, б – размеры перекрываемого оборудования, м; h – расстояние от оборудования до низа зонта, м, принимаемая не более 0,8d_э (d_э – эквивалентный по площади диаметр источника). Для круглого зонта:

                                    D_з=d+0,8h,    (5.1)

где  D_з -  диаметр круглого зонта, м;

d – диаметр перекрывающего оборудования, м.

Равномерное распределение скорости всасывание v_з по всему сечению зонта обеспечивается при угле раскрытия α≤60º.

Высота зонта:

   ,         (5.2)

где D – диаметр вытяжной трубы, м;

h_б – высота борта, h_б=0,1…0,3 м.

Рассчитать  зонт, определить расход воздуха, высоту и сечение дымовой трубы  от двухогневого кузнечного горна  с расходом топлива В = 16 кг/ч. Топливо – каменный уголь с теплотой сгорания кДж/кг. Размер горна в плане 1×0,9, высота 0,7 м.

Принимаем высоту зонта Н=1,8 м. Тогда h = 1,8-0,9 = 0,9 м. Размеры зонта в плане А=1+0,8×0,9=1,72 м; Б=0,7+0,8×0,9=1,42 м. Определяем расход воздуха по графику (рис.4.5, б) L_з = 4500 м³/ч. Найденный расход пересчитываем на на кДж/кг:

     L_з = L_з =4500×26816/29330 =4114 м³/ч                                         (5.3)

Q_y=29330 кДж/кг (условное топливо)

Высоту зонта  определим при угле раскрытия  =60⁰ и диаметре дымовой трубы 640 мм (для двухогневого горна); Н трубы =8м

 

                                                                    (5.4)

 

 

 

 

 

5.2. Зонт-козырек над загрузочным отверстием печи

Зонт-козырек  над загрузочным отверстием печи предназначен для улавливания потока газов, выходящего из отверстия под влиянием избыточного давления в ней. Размеры всасывающего отверстия зонта должны соответствовать размерам выбивающейся струи с учетом ее искривления под действием гравитационных сил.

Последовательность  расчета следующая.

1) Средняя скорость выбивающихся газов из загрузочного (рабочего) проема печи

                                             ,                                             (5.5)

 

где - коэффициент расхода, ≈ 0,65;

р - избыточное давление в печи,  Р = 9,81h₀ ;

h₀ -половина высоты загрузочного отверстия, м;

, - плотность воздуха рабочей зоны и газов, выходящих из печи,          кг/м³.

2) Расход газов, выходящих из рабочего проема печи,

(5.6)

 где f_o - площадь рабочего проема печи, м².

3) Критерий Архимеда

                                                                        (5.7)

где d_экв=1,13 - эквивалентный по площади диаметр рабочего проема, м;

- температура газов  в печи и воздуха рабочей  ноны, К.

4) Расстояние, на котором ось потока газов, искривленного под действием гравитационных сил, достигает плоскости всасывающего отверстия зонта,

           ,                                     (5.8)       (5.8)

где m, n - коэффициенты изменения скорости и температуры, значения которых при отношении высоты загрузочного отверстия h к его ширине в пределах h/b = 0,5 ...1 принимаются равными соответственно порядка 5 и 4,2.

5) Диаметр потока газов на расстоянии х при 0,5 d_x = d_экв+0,44x

6) Минимальный вылет (длина) зонта от загрузочного проема l = х + 0,5dx и его ширина Б = b + (150...200).

7) Расход смеси выбивающихся из печи газов и воздуха, подсасываемого из помещения,

     (5.9)

8) Расход воздуха, подсасываемого из помещения, L_р.з.=L_х - L_г, м³/с.

9) Температура смеси газов и воздуха

                                            (5.10)

где G_г= L_г·ρ_г; G_р.з.= L_р.з.·ρ_р.з. -  расход  газов и воздуха, кг/с.

Температура смеси должна быть не более 300⁰С при естественной тяге и согласно ГОСТ 5976-73 - не выше 80⁰С при удалении с помощью вентилятора. Если найденная температура превышает рекомендуемую, объем воздуха, подсасываемого под зонт, соответственно увеличивается до значения, определяемого по формуле

(5.11)

Определим объем удаляемого воздуха и размеры зонта-козырька  у термической печи, имеющей загрузочное отверстие размером h b = 0,4 0,6.

В печи  поддерживается температура газов t_г = 845⁰С, температура воздуха рабочей зоны t_р.з.= 15⁰С.

1) Определим среднюю скорость, с которой газы выбиваются из отверстия печи, предварительно вычислив:

= 353/(273+ t_г) = 353/(273+845) = 0,315 кг/м³;

= 353/(273+15) =1,23 кг/м³;

( - )= 9,81·0,2(1,23 -0,315)=1,8 Па;

          υ_г =

                                  

2). Расход газов, выходящих из печи,

L_г = υ_гf₀ = 2,2(0,4×0,6)=0,53 м³/с,

Или = 0,53·0,315 = 0,17 кг/с.

3) Вычислим критерий Архимеда при

                          м;

Т_г=273+ t_г=273+845=1118 К;

Т_р.з.=273+15=288 К:

4) Определим расстояние x при h₀=0,2; m=5; n=4,2

 м

5) Диаметр потоков газа на расстоянии x:

d_x = d_экв+0,44x = 0,55+0,44·0,56=0,8 м.

6) Находим вылет и ширину зонта:

l = x+0,5d_x = 0,56+0,5·0,8=0,96 м;

Б = b+0,2=0,6+0,2=0,8 м.

7) Определяем расход отсасываемой смеси газов и воздуха

=   м³/ч

8) Расход воздуха, подсасываемого из помещения,

L_р.з.= L_х-L_г  = 0,55-0,53= 0,02 м³/с, или

G_р.з.= L_р.з.·ρ_р.з. = 0,02·1,23=0,025 кг/с.

9) Вычисляем температуру смеси

               

⁰С                 

 

 

5.3.Расчет воздушной завесы

 

Воздушные завесы предназначены для предотвращения поступления наружного воздуха через открытые проемы ворот и дверей производственных и общественных зданий. Кроме того, они служат препятствием перетеканию загрязненного воздуха из одного помещения в другое. Согласно СНиП 2.04.05-86 воздушные или воздушно-тепловые завесы надлежит устраивать в таких случаях: у постоянно открытых проемов в наружных стенах помещений, а также у ворот и проемов в наружных стенах, не имеющих тамбуров и открывающихся более пяти раз или не менее чем на 40 мин в смену в районах с расчетной температурой наружного воздуха минус 15 °С и ниже (параметры Б); у ворот и технологических проемов для любых расчетных температур и любой продолжительности открывания при соответствующем обосновании.

При прорыве  части холодного воздуха во время  открывания ворот, дверей и технологических  проемов, температура воздуха на рабочих местах в районе ворот  не должна быть ниже 14 ^ОС - при легкой физической работе, 12 ^ОС - при работе средней тяжести; 8 ^ОС - при тяжелой работе и 5 ^ОС - при отсутствии постоянных рабочих мест. Районом ворот считается пространство длиной l и шириной Б = 2 В (В - ширина ворот), непосредственно примыкающее к воротам.