Проектировочный расчёт тепловой завесы

Размещено на http://allbest.ru/

Содержание

Введение

1. Проектировочный расчёт тепловой завесы

2. Определение основных характеристик тепловой завесы

3. Подбор калорифера

4. Аэродинамический расчёт тепловой завесы

5. Подбор вентилятора

Заключение

Список используемой литературы

ВВЕДЕНИЕ

Воздушные завесы нашли широкое применение как устройства, препятствующие проходу воздуха через открытые проёмы, которые по технологическому процессу нельзя держать закрытыми. Благодаря этим устройствам через открываемые зимой ворота предотвращается прорыв холодного воздуха в производственные помещения. Воздушные завесы принимаются также в проёмах между двумя помещениями, когда одна из них отапливается, а другой не отапливается; в проёмах наружных ограждений через которые проходит производственное оборудование (транспортёры и т п).

Воздушные завесы дают возможность поддержать зимой, в производственных помещениях требуемые санитарными нормами метеорологические условия и при этом значительно сокращать расход тепла.

Воздушными завесами можно воспользоваться для предотвращения перемещения воздуха из одного помещения, в котором имеется концентрация вредных паров газов или пыли (хотя бы в размерах предельно допустимых по нормам) в другое где выделения этих вредностей нет.

Воздушные завесы находят своё применение в машиностроении. Так например при устройстве автоматических линий бывает необходимо в отдельных камерах поддерживать температуру до 200' (в сушилках и т п). Сделать эти камеры герметичными нельзя, так как в них должны быть проёмы для непрерывного поступления и выхода обрабатываемых заготовок деталей. Устройство воздушных завес у этих проёмов обеспечивает поддержание в камерах высокой температуры воздуха и при этом предотвращает прорыв горячего воздуха большой частью загрязнённого вредными газами из камеры в рабочее помещение.

1. ПРОЕКТИРОВОЧНЫЙ РАСЧЕТ ТЕПЛОВОЙ ЗАВЕСЫ

Температура смеси воздуха t_см в рабочей зоне вблизи ворот принимается в соответствии с ГОСТ 12.1.005-88. Санитарно-гигиенические требования к воздуху рабочей зоны в соответствии с заданием, в нашем случае III тяжести категория работ и в соответствии с этим выбирается:

t_см =12°С.

Вследствие конвекции воздуха внутри помещения наблюдается неравномерность температуры воздуха по высоте. Среднюю температуру воздуха по высоте помещения определим по следующей формуле :

,(1)

где t_рз - температура в рабочей зоне, принимается равной 18°С ; h_э - высота одного этажа здания (по заданию) м; 0,5 - повышение температуры по высоте помещения вследствие конвекции воздуха, °С/м.

Тогда получим:

⁰С.

Спроектировать завесу необходимо таким образом, чтобы её работа была наиболее экономичной и, в тоже время, обеспечивала необходимую температуру воздуха у открытого проёма.

Экономичность работы тепловой завесы сильно зависит от двух основных параметров: максимального перепада температур между внутренним и наружным воздухом и величины воздуховыпускной щели.

Максимальный перепад температур между внутренним и наружным воздухом находиться у верхней части проёма, защищаемого тепловой завесой и определяется по формуле, ⁰С:

?t=t_вп-t_н, (2)

где t_H - расчётная температура наружного воздуха ,°С;

t_вп - расчётная температура внутри помещения ,°С,

Следовательно:

?t=14-(-35)=49 ⁰С.

Для определения оптимальной ширины воздуховыпускной щели определим безразмерный параметр Р₁:

, (3)

где Z_H - срок окупаемости тепловых завес (принимается в пределах 4-10 лет);

n_сут - продолжительность открывания отопительного периода, выраженная в сутках; n_ч - продолжительность открывания проёма в сутки, ч;

S_T- отпускания стоимость тепла, руб./Гкал.

Получим:

Этот параметр характеризует наиболее экономичный режим работы тепловой завесы при выбранном сроке окупаемости.

Определяем оптимальное соотношение площади воздуховыпускной щели завесы к площади проема .В зависимости от угла между направлением выхода струи завесы и плоскостью ворот б = 60°, от значения максимальных перепад температур между внутренним и наружным воздухом находящиеся у верхней части проёма ?t - 49°С и от значения Р₁=1,51, получим:

 (4)

Тогда оптимальная ширина воздуховыпускной щели, соответствующая наиболее экономичному режиму работы тепловой завесы:

для верхней завесы:

, (5)

где B - ширина проёма, для которого рассчитывается завеса, м.

Подставив в уравнение значения, получим:

м.

Далее округляем ширину щели b в ближайшую сторону так, чтобы её величина была кратна 5 мм с учётом того, что если расчётный перепад температур округлялся до большей величины, то ширину воздуховыпускной щели рекомендуется округлять до меньшей и наоборот.

После выбора ширины воздуховыпускной щели уточняем фактическое соотношение площади проёма, для которого рассчитывается завеса: для горизонтальной завесы:

. (6)

Подставив значения, получим:

м.

Через проём, для которого проектируется завеса, может проникнуть внутрь здания наружный воздух. Количество этого воздуха в значительной степени зависит как от конструкции самого проема, так и от параметров проектируемой завесы. Величиной, в полной мере характеризуется способность проёма пропускать наружный воздух является коэффициент расхода учитывающий, в том числе, как конструкцию самого проема, так и параметры проектируемой завесы.

Определим коэффициент расхода воздуха проходящего через проем, для которого рассчитывается завеса.

Для этого сначала определим параметр D:

(7)

где -угол между направлением выхода струи завесы и плоскостью ворот, град;

г_см - плотность смеси воздуха наружного и завесы, кг/м³ ;

г - плотность воздуха подаваемого в завесу, кг/м³, зависит от места забора воздуха для завесы:

для нашего случая по заданию выбираем снизу изнутрии помещения.

м.

Коэффициент расхода определяется из квадратного уравнения:

q²м²D+м-м₀=0 (8)

где м₀- коэффициент расхода через проём, не защищённый тепловой завесой, для распашных ворот м₀=0,64;

q - отношение количества воздуха, проходящего через завесу, к воздуху проходящему через ворота, q=0,9.

Подставив в уравнение, получим:

.

Инфильтрация холодного воздуха может происходить не только через защищаемый завесой проем, но и через не плотности закрытых проёмов, таких как окна, а так же через другие двери и ворота, защищённые завесами. Инфильтрация воздуха через такие не плотности в сравнении с открывающимися проёмами сравнительно мала, но наличие не плотностей приводит к уменьшению давления внутри помещения по отношению к давлению снаружи помещения. Это приводит к необходимости учитывать все возможные не плотности, имеющиеся в здании. Определим площадь приточных и вытяжных щелей здания. Окна, двери, ворота и технологические проёмы в стенах здания могут являться: приточными проёмами при расположении в нижней части здания (или на нижнем этаже); вытяжными проёмами при расположении в верхней части здания (или на верхних этажах). При наличии окон, дверей, ворот или других проёмов закрываемых наглухо во время работы тепловой завесы, определяется величина щелей в этих проёмах через которые воздух может свободно проходить внутрь или наружу здания. При наличии окон, дверей, ворот или других проёмов которые могут открываться во время работы тепловой завесы (например закрываемая входная дверь, которая открывается только когда заходит человек), необходимо учитывать площадь этих проёмов, а не величину щелей, так как площадь открытого проёма будет больше, нежели площадь щелей.

Определим суммарную длину притворов окон, закрываемых в холодное время года, м:

, (9)

где A_OK - высота одного окна, м;

B_OK - ширина одного окна, м;

n_OK - количество окон данного типа, шт.

Длина окон в нижней части помещения:

l_ок = 2 • (2 + 2) • 10 = 80 м.

Длина окон в верхней части помещения:

l_0К =2 • (1,5 + 1) • 12 = 60 м.

Длина проёмов дверей, закрываемых в холодное время:

l_дв =2(А_дв+ B_дв)•n_дв .

Подставив в уравнение, получим:

l_дв =2•(2+0,8)•1=5,6 м.

Площадь открываемых во время работы завесы вытяжных проемов:

.

Подставив в уравнение, получим:

м?.

Общая площадь приточных проёмов, умноженные на коэффициент расхода, м²:

, (10)

где м_ок - коэффициент расхода через щели окон данного типа;

м_дв - коэффициент расхода через щели дверей (ворот) данного типа;

м - коэффициент расхода через открываемые во время работы проёмы;

- площадь открываемых во время работы завесы приточных проёмов, м².

Подставив в уравнение, получим:

м².

Общая площадь вытяжных проёмов, умноженная на коэффициенты расхода, м² :

, (11)

где - площадь открываемых во время работы завесы вытяжных проёмов, м².

м².

При многоэтажном здании лестничные клетки создают дополнительное сопротивление проходу воздуха от приточных к вытяжным проёмам.

Отношение площади приточных отверстий к площади вытяжных: при заборе воздуха для завесы изнутри помещения:

. (12)

Так как q = 0,9 то получим:

м²,

где F_B - площадь проёма, для которого рассчитывается завеса, м²;

n - число одинаковых проёмов для которых рассчитываются завесы.

При многоэтажном здании в формулах вместо площади вытяжных проёмов используется эквивалентная площадь вытяжных проёмов (мF)_ЭК.ВЫТ.

Вертикальное расстояние между центром проёма и условным центром вытяжных отверстий, м:

h = h₃ - 0,5Н - h_ф,

где h₃- высота здания, м.

м.

Определим высоту расположения нейтральной зоны при наличии в верхней части здания фонарей, верхнего света:

.

Получим:

м.

Если нейтральная зона расположена выше проема, для которого рассчитывается завеса, кг/с:

Подставив, получим:

При наличии дисбаланса вытяжной вентиляции над приточной, в помещении создаётся дополнительное разряжение, что может привести к увеличению расхода воздуха на завесу.

Для учёта этого фактора, необходимо уточнить количество воздуха, проходящего при действии завесы через один проём:

при заборе воздуха для завесы из помещения:

,

где ?G_мех-дисбаланс механической вентиляции, кг/с.

Тогда:

кг/с.

Необходимый расход воздуха на одну завесу определяется с учётом подмешивания внутреннего воздуха помещения к воздуху самой завесы, кг/с:

G₃=q • G_ПР. (16)

Тогда:

G=0,9 · 3,88=3,5 кг/с.

Найдём путь, проходящий струёй воздуха завесы, м:

Для горизонтальной завесы:

, (17)

Получим:

м.

При выходе воздуха из завесы его объём меняется. С одной стороны давление снаружи завесы меньше, чем внутри неё, что должно приводить к увеличению объёма воздуха. С другой стороны при смешивании с холодным воздухом его температура падает, что должно приводить к небольшому уменьшению объёма воздуха.

Определим коэффициент увеличения объёма воздуха в струе завесы при движении её в пределах проёма:

. (18)

В результате получим:

Так как воздух из завесы направляется под определённым углом наружу здания, а значит, часть тепла воздуха завесы будет неизбежно теряться с уходящим воздухом. Отношение тепла всей завесы к теплу, уходящему через защищаемый проём:

. (19)

Тогда

Для обеспечения требуемой температуры вблизи проёма, защищаемого завесой, необходимо подавать не только заданное количества воздуха через завесу, но при этом с определённой температурой. Зная насколько увеличивается объем воздуха завесы при выходе из нее, а так какое количество теплоты воздуха завесы будет потеряно с уходящим наружу воздухом несложно определить необходимую температуру воздуха подаваемого завесой, °С:

. (20)

Получим:

.

Полученное значение расхода воздуха используется в дальнейших расчётах:

Q = c_BG₃(t₃ - t_HAЧ), (21)

где с_в - теплоёмкость воздуха, принимается равной 1005 Дж/(кг⁰С)

где t_HAЧ - температура воздуха, забираемого завесой, °С.

Следовательно:

Q = 1005 • 3,5 • (30,3 - 12) = 64370 Вт.

2. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ОСНОВНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК ТЕПЛОВОЙ ЗАВЕСЫ

Определяют площадь входного сечения стояка тепловой завесы: Для боковой односторонней и горизонтальной завесы:

, (23)

где v_KAн - максимальная скорость движения воздуха, принимаемая 15м/с;

у₃- плотность воздуха при температуре его в завесе.

Получим:

Фактическое размеры входного сечения рекомендуется принимать в соответствии с размерами стандартных воздуховодов, округляя их в большую сторону. Принимаем 0,4x0,5 площадь входного сечения стояка тепловой завесы.

После определения фактических размеров определяют фактическую скорость движения воздуха на входе в стояк:

 (24)

где а₃и в₃ - размеры входного сечения стояка завесы, м.

Следовательно:

м.

Скорость воздуха на выходе из щели для горизонтальной завеса, м/с:

. (25)

Тогда:

Площадь поперечного сечения хвостовой части стояка завесы определяется исходя из равномерности подачи воздуха через воздуховыпускной щели, м²:

S₂ = (0,25...0,3)S₁. (26)

Следовательно: S₂ = 0,27 · 0,2 = 0,054.

Количество патрубков, из которых состоит стояк завесы, рекомендуется принимать таким образом, чтобы длина одного не превышала 1,5 м, а по длине они были одинаковы.

3. ПОДБОР КАЛОРИФЕРА

Подбор калорифера начинают с определения скорости воздуха в канале воздуховода. Для односторонней или горизонтальной завесы размеры канала соответствуют размерам входного сечения стояка завесы, а значит скорость воздуха равна скорости воздуха на входе в стояк, м/с:

. (27)

Получим:

Размеры воздуховода для всех участков необходимо принимать одинаковыми и наиболее близкими по величине к размерам сечения входа в принятый типовой стояк.

Определим необходимую площадь фронтального сечения калориферов по воздуху (живое сечение), м²:

(28)

где у_вх- плотность воздуха на входе в калорифер, кг/м².

Тогда:

Исходя из необходимой площади фронтального сечения, подбирают номер и число параллельно устанавливаемых калориферов и находят фактическую площадь их фронтального сечения f_д. Фактическая площадь калориферов должна быть, по возможности наиболее близка к полученной.

Выбираем калорифер №1 по воздуху (живое сечение) 0,2.

Определяют действительную массовую скорость воздуха в калориферах, кг/(м²с):

, (29)

где п_к - число параллельно включённых по воздуху калориферов.

Получим:

Расход греющей воды, проходящей через один калорифер, м³/с :

(30)

где t_BX - температура воды на входе в калорифер, °С ;

_вод - плотность воды, при 95 °С можно принять 990 кг/м³;

t_вых - температура воды на выходе из калорифера, °С ;

- число параллельно включённых по теплоносителю калориферов.

Температуры t_BX и t_BbIX рекомендуется принимать в соответствии с температурным графиком, по которому работает котельная. Для сельскохозяйственных объектов наиболее распространёнными температурными графиками являются 95/70 или 95/60. Тогда:

Находят оптимальную скорость воды в трубах калориферов, м/с:

, (31)

где f_B - живое сечение для прохода воды в калориферах, м².

Следовательно:

Коэффициент теплоотдачи калорифера (при теплоносителе воде):

(32)

Получим:

Средняя температура теплоносителя, ⁰С:

(33)

Тогда:

Средняя температура воздуха, проходящего через калорифер, ⁰С:

(34)

где t_н - начальная температура нагреваемого воздуха, ⁰С.

Следовательно:

Рассчитывают необходимую площадь теплообмена калориферной установки, м²:

(35)

Получим:

Принимаем к установке 3-х рядный калорифер №7 с F_k=17,4 м².

Определяем общее число устанавливаемых калориферов, шт:

. (36)

Получим:

Общее число устанавливаемых калориферов округляют до целого числа, кратного числу их в первом ряду.

Действительная площадь поверхности нагрева калориферной установки, м²:

(37)

где F_k - площадь поверхности нагрева одного принятого к установке калорифера, м²;

n_д - действительное количество устанавливаемых калориферов, шт.

Следовательно:

Проверяем теплоотдачу калориферной установки:

(38)

Тогда: .

Определяем запас по отдаче тепла калориферной установки:

(39)

Получим:

Коэффициент запаса по отдаче тепла должен находиться в пределах 1,1…1,2. В противном случае изменяют принятую к установке марку калорифера и повторяют расчёт.

4. АЭРОДИНАМИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ ТЕПЛОВОЙ ЗАВЕСЫ

Для аэродинамического расчёта завесы, необходимо составить её схему (рисунок 1). На этой схеме указываются сечения воздуховодов и длины всех прямолинейных участков. Длины прямолинейных участков определяются по середине воздуховода.

Рисунок 1. Схема тепловой завесы.

Потери напора в стояке завесы, Па:

(40)

Получим:

.

Потери до калорифера:

Потери напора на местные сопротивления канала, Па:

(41)

где о - коэффициент местного сопротивления.

Коэффициент местного сопротивления на сетку:

=0,32

Коэффициент местного сопротивления при входе в калорифер:

Получим:

= 0,321.

Коэффициент местного сопротивления при выходе из калорифера:

Получим:

=3,18.

Коэффициент местного сопротивления при повороте 90^о:

=1,1.

Тогда:

.

Потери по длине воздуховода для аэродинамически гладких поверхностей, к которым можно отнести металлические воздуховоды, эти потери не зависят от числа Рейнольдса, Па:

, Па, (42)

где R - удельные потери по длине канала, Па/м:

l - длина канала, определяется согласно схемы , м.

(43)

где U - периметр канала, F - площадь канала, м?.

Коэффициент трения:

(44)

где - коэффициент эквивалентной шероховатости стенок воздуховода, для стальных воздуховодов =0,0001 м.

Потери напора в трехрядном калорифере:

(45)

Подставив в уравнение, получим:

=

5. ПОДБОР ВЕНТИЛЯТОРА

тепловой завеса калорифер гидравлический

Давление, которое необходимо развить вентилятору, Па:

(46)

Получим:

Расчётное гидравлическое сопротивление участков завесы, имеющих одинаковую температуру в воздуха с воздухом, проходящим через вентилятор до калорифера, Па :

(47)

Получим:

Расчётное гидравлическое сопротивление участков завесы после калорифера, Па:

= 96. (48)

Определим расход воздуха, который должен обеспечить вентилятор, кг/с:

(50)

Получим: =

Устанавливаем осевой вентилятор марки ВО14-320 №5, n=1200 об/мин.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В ходе решения курсовой работы были определены все основные параметры горизонтальной завесы. В проектировочном расчете был определен необходимый расход тепла на воздушную завесу (Q=64370 Вт). Площади поперечных сечений входной и хвостовой части стояка тепловой завесы составили соответственно 0,4 и 0,5 м . Для обеспечения необходимой температуры подаваемой завесой было определено фактическое количество калориферов (1 шт), марка калориферной установки (КсК 3-7) и действительная площадь поверхности нагрева калориферных установок (17,4 м? ). Аэродинамический расчет позволил определить все гидравлические сопротивления участков завесы и подобрать вентилятор марки ВО 14-320 №5, n =1200 об/мин. С двигателями марки АИР 63 В4, обеспечивающими требуемый расход воздуха и давление.

Библиографический список

1. Богословский Е.Н. Отопление: учебник для ВУЗов [текст] / Е.Н. Богословский, А.Н. Сканави. - М.: Стройиздат, 1991. - 735 е.: ил. - ISBN 5- 274-01527-1.

2. Богословский В.Н. Внутренние санитарно-технические устройства [текст]: в 3 частях. Часть 3. Вентиляция и кондиционирование воздуха / В.Н. Богословский, А.И. Пирумов, В.Н. Посохин и др.; Под ред. Н.Н. Павлова и Ю.И. Шиллера. - Изд. 4-е, перераб. и доп. - М.: Стройиздат, 1992. - 319 е.: ил. -ISBN 5-274-01527-1.

3. Шепелев И.А. Основы расчета воздушных завес, приточных струй и пористых фильтров [текст]./ И.А. Шепелев - М.: Стройиздат, 1950.

4. Сканави А.Н. Отопление: учебник для ВУЗов [текст] / А.Н. Сканави.- М.: АСВ, 2002. -576 е.: ил. ISBN - 5-93093-161-5.

5. Шлипченко З.С. Насосы, компрессоры и вентиляторы [текст] / З.С. Шлипченко - Киев: Техника, 1976 г., 368 с.

Размещено на Allbest.ru