Размещено на http://www.allbest.ru/

Контрольная работа

Расчет водяного и калориферного отопления

Содержание

• Введение
• 1. Классификация систем отопления
• 2. Расчет отопления производственных помещений
• 2.1 Расчет водяного (парового) отопления
• 2.2 Упрощенный расчет водяного (парового) отопления
• 2.3 Расчет калориферного отопления
• Литература
• Приложения

Введение

Цель контрольной работы. Изучить методику расчета водяного и калориферного отопления производственных помещений.

Общие сведения. Системы отопления - это инженерные сооружения, предназначенные для поддержания в холодное время года комфортных постоянных температур внутри помещений независимо от температуры наружного воздуха.

Любая система отопления в свою схему включает следующие элементы: генератор тепловой энергии; нагревательные приборы, служащие для передачи теплоты воздуху отапливаемых помещений; трубопроводы или каналы, соединяющие генератор с нагревательными приборами (рис. 1).

Рисунок 1 - Схема отопления с механической циркуляцией воды: 1 - котел; 2 - трубопровод горячей воды; 3 - расширительный бачок; 4 - кран для выпуска воздуха из системы; 5 - отопительные приборы; 6 - трубопроводы охлажденной воды; 7 - циркуляционный водяной насос

В центральных системах отопления генератор тепла (котельная, теплоэлектроцентраль) размещается за пределами отапливаемых помещений. От одного генератора тепла могут отапливаться помещения одного или нескольких зданий.

Теплоноситель от генератора к местам потребления подается через систему труб.

Теплоноситель - это среда, переносящая теплоту от генератора к нагревательным приборам. В качестве теплоносителей в системах отопления используются в основном пар, вода и воздух.

1. Классификация систем отопления

Классификация систем отопления приведена на рис.2-3.

Рисунок 2 - Классификация отопления

Рисунок 3 - Классификация систем отопления по пожарной опасности

В агропромышленном производстве применяют местное и центральное отопление.

При местном отоплении (Приложение А, рис. 1) нагреватель, трансформатор тепла и регулирующую аппаратуру размещают непосредственно в отапливаемом помещении.

Местное отопление - печное, электрическое или газовое - разрешается применять в помещениях общей площадью не более 500 м².

Центральная система (Приложение А, рис. 2) имеет отдельно устанавливаемый генератор (трансформатор тепла) - котельную или воздухонагревательную установку, из которой по трубам теплоноситель передается к отапливаемому помещению.

В основном применяется центральное отопление, которое наиболее эффективно.

Центральное отопление может быть водяным, паровым, пароводяным и воздушным.

Системы водяного отопления (рис. 4, 5) наиболее приемлемы в санитарно-гигиеническом отношении. Они подразделяются на системы с нагревом воды до 100⁰С (низкого давления) и выше 100⁰С (высокого давления).

Рисунок 4 - Схема водяного отопления: 1 - котел; 2 - горячий стояк; 3 - расширительный бак; 4 - разводящая горячая магистраль; 5 - отопительные приборы; б - обратные стояки с охлажденной водой



Рисунок 5 - Центральное водяное отопление многоэтажного здания: 1 - котел; 2 - главный горячий стояк; 3 - сливная труба; 4 - расширительный сосуд; 5 - водяная магистраль; 6 - горячие стояки; 7 - вентили; 8 - приборы отопления; 9 - стояки охлажденной воды; 10 - обратная магистраль; 11- центральный водопровод; 12 - канализация; 13 - воздухосборник; 14 - насос

При водяном отоплении низкого давления температура воды на входе в нагревательные приборы составляет 85...95⁰С, при выходе из них 65…75⁰С и возвращается обратно в котел.

Водяное отопление высокого давления представляет собой замкнутую систему с механическим побуждением. При повышении давления температура воды и, следовательно, нагревательных приборов достигает 125...135⁰ С.

При водяном отоплении иногда воду нагревают не в котлах, а в специальных теплообменниках (водонагревателях) с помощью пара или горячей воды от системы центрального теплоснабжения. В зависимости от этого систему отопления называют пароводяной или водяной.

Паровое отопление может быть низкого давления (до 70 кПа) и высокого давления (более 70 кПа). Паровое отопление устанавливают главным образом в тех помещениях, где пар используют в производственных целях. Конструктивно оно имеет много общего с водяным отоплением. Пар из котла (рис. 6) поступает по системе трубопроводов к отопительным приборам, отдает тепло, конденсируется и в виде конденсата поступает обратно в котел. Существенный недостаток системы - высокая, труднорегулируемая температура теплоносителя (110-130°С), а следовательно, и поверхностей отопительных приборов, что создает опасность ожогов, пригорания осевшей пыли.

Рисунок 6 - Центральное паровое отопление: 1 - паровой котел; 2 - главный паровой стояк; 3 - паровая магистраль; 4 - паровые стояки; 5 - паровые вентили; 6 - нагревательные приборы; 7 - конденсационные стояки; 8 - конденсационная магистраль; 9 - конденсационный горшок; 10 - сливной бак; 11 - насос; 12 - обратный клапан; 13 - канализация; 14 - центральный водопровод

В качестве нагревательных приборов применяются гладкие и ребристые трубы, а так же радиаторы и теплообменники при калориферном отоплении.

Пар в нагревательных приборах охлаждается, конденсируется в виде конденсата (воды) возвращается в котел.

При воздушном отоплении холодный наружный воздух подается вентилятором в калорифер (рис. 7), где нагревается, и поступает в помещение.

Рисунок 7 - Схема пластинчатого калорифера: 1 - верхним бачок; 2 - трубки; 3 - теплосъемные пластины; 4 - нижний бачок; 5 - соединительная мягкая вставка (фартук)

Теплоносителем в калорифере может быть горячая вода, пар и электронагреватели. Температура в помещении при воздушном отоплении регулируется вентиляцией.

2. Расчет отопления производственных помещений

Для расчета любой системы отопления необходимо предусмотреть возмещение отоплением всех теплопотерь в производственных помещениях.

В холодное время года тепло теряется путем теплопередачи через стены, потолок, пол, а также через естественное и искусственное вентилирование помещений.

Тепло теряется при въезде машин и ввозе материалов, находившихся на холодном воздухе в помещение. Тепло теряется с горячей водой на технологические нужды.

2.1 Расчет водяного (парового) отопления

Теплопотери Q_о (B_т) через наружные ограждения и здания определяют по формуле

Qo = qo Vн(tв - tн), (1)

где q_o - удельная тепловая характеристика здания, Вт/(м³ град), (табл.1, 2);

V_н - наружный объем здания или его отапливаемой части, м³;

t_в - расчетная внутренняя температура помещений, ^оС (для жилых зданий

t_в =18...20^о; для горячих цехов t_в = 12...14^о; для производственных зданий t_в = 15^о);

t_н - расчетная наружная температура воздуха для самого холодного времени года, ^оС (t_в = -30^о).

Таблица 1 - Значение удельной характеристики зданий

Наименование зданий	Строительная кубатура здания, тыс.м 3
	до 3	5	10	20	50
	Удельная тепловая характеристика здания, q0, Вт/м 3 град
Жилые	0,42	0,38	0,33	0,29	0,26
Административные	0,5	0,43	0,38	0,32	0,30
Механосборочные	0,6	0,55	0,45	0,43	0,40
Ремонтные	0,7	0,60	0,50	0,45	0,40
Деревообрабатывающие	0,6	0,55	0,45	0,42	0,40

Таблица 2 - Значение удельной тепловой характеристики q₀ зданий различного назначения

Здание	Объем здания, тыс.м3	q0, Вт/м3 град
Сельскохозяйственная ремонтная мастерская	До 5	0,75-0,64
	от 5 до 10	0,69-0,60
Склад	от 1 до 2	0,87-0,75
Административное здание	от 0,5 до 1	0,69-0,52

Количество тепла Q_в (Bт), необходимое для возмещения теплопотерь через вентилирование помещений, определяют по формуле

Q_в = q_в V_н(t_в - t_н), (2)

где q_в - удельный расход тепла на нагревание 1 м ³ воздуха, Вт/(м ³ град), для производственных помещений q_е = 0,9...1,5; для административных помещений q_е = 0,67...0,9; для бытовых помещений q_е = 0,31...0,42;

V_н - наружный объем здания, м ³;

t_в - расчетная внутренняя температура помещений, ^оС;

t_н - расчетная наружная температура воздуха для самого холодного времени года, ^оС (t_в = -30).

Потери тепла Q_н (Вт) от поглощения его ввозимыми машинами и материалами определяют по формуле

 (3)

где k_м - массовая теплоемкость машин и материалов, кДж/кг град, для металлов k_м = 0,4; для соломы k_м = 2,3; для дерева k_м = 2,52…2,8; для воды k_м = 4,19;

G - масса машин или материалов, ввозимых в помещение, кг;

t_мн - температура ввозимых машин и материалов, ^оС, для машин t_нм = t_н; для сыпучих материалов на 20 выше температуры наружного воздуха; для несыпучих на 10 выше температуры наружного воздуха;

- время нагрева машин и материалов до температуры помещения, ч.

Расход тепла на технологические нужды определяется через расход нагретой воды

(4)

где Q - расход воды или пара, кг/ч (Приложение Б);

i - теплосодержание воды или пара, кДж/кг (табл. 3);

i_в - теплосодержание возвращаемого в котел конденсата, кДж/кг (табл. 3.);

P - количество возвращаемого конденсата, %. При полном возврате конденсата P = 70%, при отсутствии возврата Р = 0.

Таблица 3 - Давление и теплосодержание пара

Давление кПа	Температура, 0С	Теплосодержание, кДж/кг	Давление кПа	Температура, 0С	Теплосодержание, кДж/кг
		воды	пара			воды	пара
9,81	101,8	426	2680	70,57	115,0	481	2700
19,62	104,2	438	2681	98,10	119,6	508	2708
29,43	106,6	447	2688	196,2	132,9	555	2728
39,24	108,7	456	2690	490,5	158,1	664	2760
49,05	110,8	465	2694	981,0	183,2	765	2785
60,86	112,7	424	2698	1275,3	194,1	822	2793

Расчет тепла Q_э (Вт), выделяемого электродвигателями, производят по формуле

, (5)

где N - номинальная мощность электродвигателя, кВт;

k₁ - коэффициент загрузки (k₁ = 0,7...0,9);

k₂ - коэффициент одновременности работы (k₂ = 0,5...1,0);

n - коэффициент полезного действия (КПД) электродвигателя при данной нагрузке (n = 0,91...1,0);

n_n - коэффициент полезного действия при полной загрузке, определяемый по каталогу (n_n = 0,75...0,92).

Количество тепла Q_эо (Вт), выделяемое оборудованием с электродвигателями, определяют по формуле

Q_эо = Nk₁k₂k₃, (6)

где k₃ - коэффициент, учитывающий долю энергии, переходящей в теплоту при работе оборудования (k₃ = 0,1...1,0).

Количество тепла Q_ст (Вт), выделяемое работающими станками в механических и сборочных цехах, определяют по формуле

Q_ст = 0,25N. (7)

где N - установленная мощность станков, Вт.

Количество тепла Q_ств (Вт), выделяемое осветительными приборами

Q_ств = N_освh, (8)

где N_осв - мощность осветительных приборов, Вт;

h - коэффициент перехода электрической энергии в тепловую (h = 0,92...0,97).

Количество тепла Q_л (Q_ж), выделяемое людьми или животными (Вт)

Q_л = n g, (9)

где n - количество людей или животных в помещении;

g - явное количество тепла, выделяемое одним человеком или животным (рис.8-9; приложение В, табл. 1);

- для людей при температуре 20 ^оС и тяжелой работе g = 120 Вт,

- при легкой работе и той же температуре g = 90 Вт;

- для животных в формулу дополнительно вводится коэффициент К_ж - см. приложение В (табл.2-3).

Рисунок 8 - Теплообмен между человеком и средой

Рисунок 9 - График тепловлаговыделения человеком: 1- человек в покое; 2- легкая работа в учреждении; 3 - физическая работа; 4 - тяжелый физический труд

Приток тепла от нагретых поверхностей оборудования и трубопроводов Q_п (Вт) определяется по формуле

Q_п = S_i б _i(t_ni- t_в), (10)

где S_i - суммарная площадь нагретых поверхностей оборудования и трубопроводов, м ²;

б _i - коэффициент теплопередачи i-той поверхности, Вт/(м ² град);

Коэффициент теплопередачи для вертикальных поверхностей:

при (t_ni - t_в) < 5 ^оС б = 3,8...4,1 Вт/(м² град);

при (t_ni - t_в) > 5 ^оС б = 5,2...7,5 Вт/(м² град).

t_ni - температура i-той поверхности, ^оС;

t_в - температура внутри помещения, ^оС.

Общие суммарные потери тепла составят

Q = Q_о + Q_в + Q_н + Q_m - Q_э - Q_эо - Q_ст - Q_осв - Q_л - Q_п (11)

По суммарным теплопотерям Р_к (кВт) находят тепловую мощность котла и выбирают марку котла (табл. 4)

Р_к = (1,1...1,15)Q10^-3 (12)

Таблица 4 - Технические характеристики водогрейных котлов

Марка котла	Конструктивные особенности	Тепловая мощность, кВт	Температура нагрева воды, °С	Рабочее избыточное давление, кПа
КИ-1	Чугунный секционный	81,5...232	95	589
КЧ-2 "Универсаль-6"	Чугунный секционный	328... 1300	115	491
КЧ-3 "Энергия-6"	Чугунный секционный	652...1815	115	589
КЧММ	Чугунный, секционный, малометражный	11,63	95	196
КЧММ-2	Чугунный, секционный, малометражный	10,5...17,5	95	196
КЧМ-1	Чугунный, секционный, малометражный	16,3...46,5	95	196
КЧМ-2	Чугунный, секционный, малометражный	19,8.-52,3	95	196
HP-18	Стальной, Fпн = 27 м 2	314...377	115	491
НР-18	Стальной, Fпн = 40 м 2	465...558	115	491
НР-18	Стальной, Fпн = 53 м 2	616...740	115	491
ТВГ-4	Стальной	5000	150	1275
ТВГ-8	Стальной	9650	150	1275
Примечание. Fпн - площадь поверхности нагрева

Центральное водяное отопление помещений осуществляется нагревательными приборами-радиаторами.

Находят общую площадь поверхности F_нп (м²) нагревательных приборов по формуле

(13)

где Q_n - суммарные потери тепла в помещении, Вт;

k_т - коэффициент теплопередачи стенками нагревательных приборов в воздухе (табл. 5);

t_г - температура воды или пара при входе в радиатор, ^оС, (для водяных радиаторов низкого давления t_г = 85...95, высокого давления t_г = 120...125, для паровых радиаторов t_г = 110...115);

t_x - температура воды или пара при выходе из радиатора, ^оС, (для водяных радиаторов низкого давления t_x = 65...75, для водяных и паровых радиаторов высокого давления t_x = 95);

t_n - принятая температура воздуха в помещении, ^оС.

Таблица 5- Коэффициент теплоотдачи нагревательных приборов (Кт), Вт/мІ*град

Тип нагревательных приборов	Теплоноситель-вода в пределах, 0 С	Давление пара, кПа
	40-50	50-60	60-70	157
	Коэффициент теплоотдачи Кт, Вт/мІ*град
"Гигиенический"	7,2	7,5	7,9	8,5
"Экономия"	6,4	6,9	7,3	8
Трубы чугунные с ребрами
Одна труба	4,5	4,5	5	6
Две трубы (одна на другой)	4	4,2	4,5	5
Три трубы (одна на другой)	3,5	4	4	4,5
Стальная одиночная гладкая
Труба вертикальная или горизонтальная:
до 33 мм	11	11,5	12	13
38-100мм	9,5	10	10,5	12
125-150 мм	9,5	10	10,5	11,5
Несколько рядов горизонтальных стальных труб, расположенных одна на другой:
до 32 мм	10	10	11	12,5
более 32 мм	8	8,5	9	11

По площади F_нп определяют необходимое количество n₀ секций нагревательных приборов

, (14)

где F₀ - площадь одной секции радиатора, зависящая от его марки, м ² (таблица 5).

Таблица 6 - Площадь секции нагревательных элементов

Марка нагревательного прибора	Площадь поверхности секции, м2
Гигиенический	0,175
РД-90	0,203
РД-26	0,205
"Москва - 132", "Москва - 150"	0,250
М-140, НМ-150	0,254
Минск - 110	0,270
"Польза-6"	0,460
Экономия	0,200
Чугунных труб с крутыми ребрами при длине 2000 мм.	4,0
Чугунных труб с крутыми ребрами при длине 1500 мм.	3,0
Чугунных труб с крутыми ребрами при длине 1000 мм.	2,0

Площадь поверхности ребристых труб диаметром 175 мм составляет 2м² на 1 м длины.

Пример 1. Рассчитать отопление в производственном помещении ремонтной мастерской объемом 288 м³, если расчетная внутренняя температура +15⁰С, наружная температура -14⁰С. В помещении для освещения используются 3 светильника с лампами по 200 Вт каждая, для выполнения технологического процесса установлены 9 электродвигателей мощностью по 1,5 кВт каждый. Количество рабочих 15 человек.

Решение. По формуле (1) определяем теплопотери через стены здания, выбрав удельную тепловую характеристику здания по таблице 1- q_o=0,45 Вт/м³·^оС

Q_o = q_o Vн(tв - tн)= 0,45х 288(15(-14)) = 3758,4 Вт

Определяем количество тепла, необходимое для возмещения теплопотерь на вентилирование помещений по формуле (2), приняв удельный расход тепла на подогрев 1м³ воздуха q_в=1 Вт/м³·^оС

Q_в = q_в V_н(t_в - t_н)=1х 288[15-(-14)] = 8352 Вт

Рассчитываем потери тепла от поглощения его ввозимыми машинами массой 1500 кг по формуле (3), приняв к_м = 0,4; t_н = -14 ^оС; время нагрева машин до температуры помещения 1 час

= 0,4х 1500[15-(-14)]·(1/3,6) = 4579 Вт

Рассчитываем расход тепла на технологические нужды по формуле (4), принимая расход воды Q = 350 кг/ч (Приложение Б), теплосодержание воды i = 426 кДж/кг (табл. 3), количество возвращаемого конденсата Р = 0 %

= 350(426-0/100)(1/3,6) = 39236 Вт

Рассчитываем тепло, выделяемое 9 электродвигателями по 1,5 кВт каждый по формуле (5)

= 13500х 0,6х 0,5[(1-0,8)/0,8] = 1012,5 Вт

Количество тепла, выделяемое оборудованием с электродвигателями, определяем по формуле (6)

Q_эо = Nk₁k₂k₃ = 13500х 0,6х 0,5х 0,1 = 2025 Вт

Рассчитываем тепло, выделяемое осветительными приборами (3 светильника с лампами по 200 Вт) по формуле (8)

Q_ств = N_освh = 600х 0,95 = 570 Вт

Рассчитываем количества тепла, выделяемое людьми (15 чел) при тяжелой работе, по формуле (9)

Q_л = n g = 15х 120 = 1800 Вт

Рассчитываем приток тепла от нагретых поверхностей оборудования и трубопроводов общей площадью 361,8 м² по формуле (10), принимая t_n = 45 ^оС; t_в = 15 ^оС и б_I = 5,2...7,5 Вт/(м ^2оС), т.к. (t_ni - t_в) = (45-15) > 5 ^оС

Q_п = S_i б _i(t_ni- t_в) = 361,8х 7,5х 30 = 81405 Вт

Тепловую мощность отопительной системы рассчитаем по формуле (11)

Q = Q_о + Q_в + Q_н + Q_m - Q_э - Q_эо - Q_осв - Q_л - Q_п = 3758,4 + 8352 + 4578,9 + 39236 - 1012 - 2025 - 570 - 1800 - 81405 = 8349,3 Вт

По формуле (12) находим тепловую мощность котла

Р_к = (1,1...1,15)Q = 1,1х 8349,3х 10^-3 = 9,1842 кВт

Подбираем котел по таблице 4 - КИ-1 тепловой мощностью 81,5 кВт и температурой нагрева воды 95⁰С.

Рассчитывает площадь поверхности отопительных приборов по формуле (13), приняв коэффициент теплопередачи К_п = 7,4

= 8349,3/ 7,4 [(92+57)/2] - 15 = 18,96 м²

Выбираем по таблице 6 отопительные приборы из чугунных труб с крутыми ребрами (при длине 1000 мм) с площадью поверхности одной секции 2 м² .

Количество секций для отопления помещения рассчитаем по формуле (14)

= 18,96/2 = 9,48.

Принимаем 10 секций.

2.2 Упрощенный расчет водяного (парового) отопления

отопление теплопотеря нагревательный калориферный

Потребное количество тепла Q_о (B_т) для отопления здания определяют по формуле

Q_o = q_o Vн(tв - tн), (15)

где q_o - удельная тепловая характеристика здания, Вт/(м ^3оС), (табл.1, 2);

V_н - наружный объем здания или его отапливаемой части, м³;

t_в - расчетная внутренняя температура помещений, ^оС (для жилых зданий

t_в =18…20^о; для горячих цехов t_в = 12…14^о; для производственных зданий t_в = 15^о);

t_н - расчетная наружная температура воздуха для самого холодного времени года, ^оС (t_в = -30^о).

Общую площадь поверхности F_нп (м²) нагревательных приборов рассчитывают по формуле

(16)

где Q_n - потребное количество тепла в помещении, Вт;

k_т - коэффициент теплопередачи стенками нагревательных приборов в воздухе (табл. 5);

t_г - температура воды или пара при входе в радиатор, ^оС, (для водяных радиаторов низкого давления t_г = 85…95, высокого давления t_г = 120…125, для паровых радиаторов t_г = 110…115);

t_x - температура воды или пара при выходе из радиатора, ^оС, (для водяных радиаторов низкого давления t_x = 65…75, для водяных и паровых радиаторов высокого давления t_x = 95);

t_n - принятая температура воздуха в помещении, ^оС.

По площади F_нп определяют необходимое количество n₀ секций нагревательных приборов

, (17)

где F₀ - площадь одной секции радиатора, зависящая от его марки, м² (таблица 5).

Пример 2. Определите необходимое количество секций нагревательных приборов, если площадь поверхности одной секции 0,2 м², суммарные потери тепла 25000 Вт, температура воды на входе в отопительную систему 90 градусов, на выходе 60 градусов, коэффициент теплопередачи 0,9 Вт/м² °С.

Решение. Общую площадь поверхности нагревательных приборов определим по формуле (16)

=

где - суммарные потери тепла в помещении, Вт;

k_т - коэффициент теплопередачи стенками нагревательных приборов в воздухе, k_т =0,9 Вт/м² °С ;

t_г - температура воды при входе в радиатор, ⁰С, t_г = 90⁰С;

tх - температура воды при выходе из радиатора, ⁰С, t_х = 60⁰С;

t_{п -} принятая температура воздуха в помещении, ⁰С, t_п = 20⁰С.

По формуле (17) определяют необходимое количество n₀ секций нагревательных приборов:

секций.

Пример 3. Определить потребное количество тепла для создания нормальной температуры внутри жилого дома площадью 10x15 м ² и высотой 6 м, если удельная тепловая характеристика 0,55 Вт/м^3оС, наружная температура -15°С. Определить площадь поверхности нагрева отопительных приборов, если коэффициент теплоотдачи равен 10 Вт/м²°С.

Решение. Теплопотери Q_о (Вт) через наружные ограждения и здания определяем по формуле (15)

Q_о =q_о v_н (t_{в -} t_н),

где q_{о -} удельная тепловая характеристика здания, Вт/м³ ; q_о = 0,55;

v_н - наружный объём здания или его отапливаемой части, м³; v_н = 900 м³;

t_{в -} расчётная внутренняя температура помещений, ⁰С; для жилых зданий t_в = 18…20⁰; принимаем 20°С;

t_н - расчётная наружная температура воздуха для самого холодного времени года, ⁰С; -15^о.

Q_о = 0,55 · 900 (20-(-15)) = 17325 Вт

Общую площадь поверхности нагревательных приборов определим по формуле: (16)

,

где - суммарные потери тепла в помещении, Вт;

k_т - коэффициент теплоотдачи стенками нагревательных приборов в воздухе, k_т = 10 Вт/м² °С;

t_г - температура воды или пара при входе в радиатор, ⁰С, принимаем t_г = 95°С;

tх - температура воды или пара при выходе из радиатора, ⁰С, принимаем t_х = 75 °С;

t _{п -} принятая температура воздуха в помещении, ⁰С; принимаем 20°С.

Подставим все принятые значения в формулу и получим площадь поверхности нагрева отопительных приборов

= 26,65 м ²

2.3 Расчет калориферного отопления

В том случае, если в производственном помещении предусматривается воздушное отопление, расчет и выбор калориферов производятся следующим образом.

Определяют часовой расход тепла на нагрев воздуха (Вт) внутри помещения

Q_в = 0,278 с_в G_в (t_в - t_н)/с_к, (18)

где с_в - теплоемкость воздуха, ккал/кг ^оС, (с_в = 1 кДж/м^{3 0}С);

G_в - количество нагреваемого воздуха, кг/ч;

t_в - температура воздуха внутри помещения, ^оС;

t_н - расчетная температура наружного воздуха (t_н = -30 ^оС);

с_к - плотность воздуха, выходящего из калорифера, кг/м³ (Приложение Г).

Задаваясь массовой скоростью воздуха х_r в пределах экономически выгодной, определяют предварительно живое сечение F_к (м²) калориферной установки

(19)

где G_в - количество нагреваемого воздуха, кг/ч;

х_r - массовая скорость воздуха, кг/м²с, (х_r = 5...10 кг/м²с).

По расчетному живому сечению и техническим характеристикам подбирают модель и номер калорифера (таблица 7).

При параллельном подключении двух калориферов живое расчетное сечение выбираемых калориферов уменьшается в два раза.

Таблица 7 - Техническая характеристика калориферов

Модель	Номер	Поверхность нагрева, м2	Живое сечение для прохода, м 2	Вес с оцинковкой
			воздуха	теплоносителя
КФБ	2	12,7	0,115	0,0061	70
	3	16,9	0,154	0,0082	91
	4	21,4	0,195	0,0082	110
	5	26,8	0,244	0,0102	130
	6	32,4	0,295	0,0102	160
	7	38,9	0,354	0,0122	193
	8	45,7	0,416	0,0122	221
	9	53,3	0,486	0,0143	255
	10	61,2	0,558	0,0143	289
КФС	2	9,9	0,115	0,0046	56
	3	13,2	0,154	0,0061	72
	4	16,7	0,195	0,0061	87
	5	20,9	0,244	0,0076	108
	6	25,3	0,295	0,0076	127
	7	30,4	0,354	0,0092	154
	8	35,7	0,416	0,0092	175
	9	41,6	0,486	0,0107	202
	10	47,8	0,558	0,0107	228

Рассчитывают массовую скорость х_м (кг/(м²с)) воздуха для принятой модели калорифера

(20)

где F_кф - фактическое живое сечение выбранных калориферов, м² .

Находят скорость движения воды х_т (м/с) в трубках калорифера по формуле

(21)

где f_тр - полное сечение для прохода воды в калорифере, м²;

t₁ - температура воды при входе в калорифер, ^оС;

t₂ - температура воды при выходе из калорифера, ^оС;

с_в - теплоемкость воды, кДж/м³·⁰С; с_в = 4,19 кДж/м³·⁰С;

с_в - плотность воды, с_в = 1000 кг/м³.

Средняя скорость воды должна находиться в пределах 0,2…0,5 м/с.

Исходя из расчетной массовой скорости воздуха х_м определяют коэффициент теплопередачи К_т калорифера (таблица 8).

Таблица 8 - Коэффициент теплопередачи калориферов КФС и КФБ К_т, ккал/(м²час⁰С)

Теплоноситель	Скорость движения теплоносителя по трубкам хт, м/сек	Массовая скорость воздуха хм, кг/м 2 сек
		2	4	6	8	10	12	14
Вода	0,01	7,3	8,9	10,1	11	11,9	12,4	13
	0,03	9,4	11,5	12,9	14,2	15,1	15,9	16,6
	0,06	10,9	13,4	15,1	16,5	17,6	18,6	19,4
	0,1	12,3	15,1	17,0	18,5	19,7	20,8	22,3
	0,2	14,3	17,6	19,8	21,6	23,1	24,3	25,5
	0,3	15,7	19,2	21,7	23,7	25,3	26,7	27,9
	0,4	16,7	20,5	23,2	25,2	27	28,4	29,8
	0,5	17,6	21,6	24,4	25,9	28,4	29,9	31,3
	0,6	18,3	22,5	25,3	27,6	29,5	31,1	32,6
	0,7	18,5	22,8	25,6	27,8	29,8	31,5	33
	0,8	18,7	23	25,9	28,2	30,2	31,8	33,3
	1	19	23,4	26,3	28,7	30,7	32,4	33,9
Пар	-	13,4	17,9	21,2	24,0	26,3	28,4	30,3
Примечание. 1 ккал = 4,187 Дж

Определяют расчетную поверхность нагрева F_рас (м ²) калорифера по формуле

(22)

где t_{ср. Т} - средняя температура теплоносителя, которая принимается равной для воды (t₁ + t₂)/2, для насыщенного пара при давлении до 0,03 атмосфер (100^оС), более 0,3 атмосфер - температура пара;

t_{ср. В} - средняя температура воздуха, равная полусумме начальной и конечной температуры воздуха в помещении

.

Рассчитывают количество устанавливаемых калориферов по формуле

(23)

где F_рас - расчетная поверхность нагрева выбранного калорифера, м²;

F_к - поверхность нагрева выбранного калорифера, м² (таблица 7).

Определяют суммарную площадь калориферной установки F_уст (м²)

F_уст = n_кF_к (24)

где n_к - фактическое число калориферов в установке.

По массовой скорости воздуха х_м из таблицы 9 определяют сопротивление движению воздуха в установке.

Таблица 9 - Сопротивление движению воздуха (р) через калориферы КФС и КФБ

Модель калорифера	Массовая скорость воздуха хм, кг/м 2 сек
	2	4	6	8	10	12	14
	Сопротивление движению воздуха р, кг/м 2
КФС	0,75	2,4	4,8	7,8	11,5	15,6	20,6
КФБ	0,91	3	5,9	9,5	14	19	25

Пример 4. Рассчитать калориферное (воздушное) отопление для помещения объемом V = 525 м³, если известно, что температура внутри помещения должна быть на уровне 20⁰С, температура снаружи -15⁰С, кратность воздухообмена К = 2.

Решение. Определим часовой расход тепла на нагрев воздуха (Вт) внутри помещения по формуле (18), принимая количество нагреваемого воздуха G_в = V·К = 525х 2 = 1050 м³/ч, при этом плотность воздуха в формуле не учитываем

Q_в = 0,278 с_в G_в (t_в - t_н) = 0,278х 1х 1050х(20-(-15)) = 10216,5 Вт/ч

Задаемся массовой скоростью воздуха х_r = 5 кг/м ² с.

Определяем предварительно живое сечение F_к (м²) калориферной установки по формуле (19), принимая плотность воздуха при температуре 20⁰С равной 1,205 кг/м³ (Приложение Г)

1050х 1,205/(3600х 5) = 0,07 м ²

По расчетному живому сечению и техническим характеристикам подбираем модель и номер калорифера из таблицы 7 - КБФ №2, площадь поверхности нагрева 12,7 м², фактическое живое сечение для прохода воздуха F_кф = 0,115 м², для прохода теплоносителя f_тр = 0,0061 м².

Рассчитываем массовую скорость х_м (кг/м ²с) воздуха для принятой модели калорифера по формуле (20) с учетом фактического живого сечения калорифера F_кф = 0,115 м²

= 1050х 1,205/(3600х 0,115) = 3,05 кг/м²с

Находим скорость движения воды х_т (м/с) в трубках калорифера по формуле (21), принимая температуру воды на входе и выходе из калорифера 80⁰С и 60⁰С соответственно, полное сечение для прохода воды (теплоносителя) в калорифере f_тр = 0,0061 м²

= 10216,5/1000·4,19·1000·0,0061(80-60) = 0,02 м/с

Исходя из расчетной массовой скорости воздуха х_м и скорости движения теплоносителя определяем коэффициент теплопередачи К_т калорифера по таблице 8. Для массовой скорости воздуха х_м = 3,05 кг/м²с и скорости теплоносителя х_т = 0,02 м/с коэффициент теплопередачи К_т = 9 ккал/м²·ч·⁰С или 37,6 Дж/ м²·ч·⁰С

Определяем расчетную поверхность нагрева F_рас (м²) калорифера по формуле (22), рассчитав предварительно среднюю температуру теплоносителя

t_{ср. Т} =(t₁ - t₂)/2 = (80+60)/2 = 70⁰С

и среднюю температуру воздуха в помещении

= (15+20)/2 = 17,5⁰С

= 3,6·10216,5/37,6(70-17,5) = 18,6 м²

Рассчитываем количество устанавливаемых калориферов по формуле (23), принимая поверхность нагрева выбранного калорифера по таблице 7 F_к = 12,7 м²

= 18,6/12,7 = 1,4

Принимаем 2 калорифера КБФ № 2.

Определяем суммарную площадь калориферной установки F_уст (м²), состоящей из двух калориферов, по формуле (24)

F_уст = n_кF_к = 2х 12,7 = 25,4 м²

По массовой скорости воздуха х_м из таблицы 9 определяем сопротивление движению воздуха в калорифере КБФ: р = 2 кг/м².

Литература

1. Безопасность жизнедеятельности. /Под ред. С.В. Белова. М.: Высшая школа, 1999. - 448 с.

2. Беляков Г.И. Безопасность жизнедеятельности на производстве. Охрана труда. - СПб.: Изд-во "Лань", 2006. -512 с.

3. Инженерные решения по охране труда в строительстве. /Под ред. Г.Г. Орлова. - М.: Стройиздат, 1985 г., с.189 -202.

4. Канарев Ф.М. и др. Охрана труда. - М.: Колос, 1986 г., с.120.

5. Охрана труда в машиностроении. /Под ред. Е.Я. Юдина. - М.: Машиностроение, 1983 г., с.164 - 208.

Приложение А

Рисунок 1 - Местная система отопления: 1 - источник тепла; 2 - отапливаемое помещение; 3 - потоки теплоносителя

Рисунок 2 - Центральное отопление животноводческого помещения: 1 - нагревательный прибор (радиатор, трубчатый регистр) на стене здания (конвективное отопление); 2 - трубопровод с теплоносителем; 3 - нагревательный прибор (трубопровод, электрический кабель) в полу здания (панельно-лучистое отопление); 4 - нагревательный прибор в стене здания (панельно-лучистое отопление); 5 - отапливаемое помещение

Приложение Б

Таблица - Нормы расхода горячей воды и пара

Вид технологического процесса	Температура воды, °С	Расход
		пара	воды
Запаривание корнеплодов	-	0,2 кг/кг	-
Запаривание соломы	45	0,3...0,45 кг/кг	1,5...2,5 кг/кг
Запаривание пищевых отходов	45	0,3...0,4 кг/кг	1,5...2,5 кг/кг
Обмывание вымени перед доением	37...38		1,05 л/гол. в сутки
Промывка доильных аппаратов	90	-	9,0 л/гол. в сутки
Промывка молокопровода	55...56	-	1,8 л/гол. в сутки
Пропаривание фляг (38 л)	-	0,1...0,2 кг на флягу	-
Пастеризация молока	-	0,022 кг/(л ч°С)	-
Стерилизация молокопровода	-	25 кг на 1 обработку	-
Мытье посуды для поения телят	55...65	-	1,5 кг/гол. в сутки
Мытье корыт для свиноматок	50...60	-	30 л/гол. в сутки
Ремонт тракторов в ЦРМ сельскохозяйственных предприятий	-	2,4... 1,95 т на 1 физический трактор	-
Единица условного ремонта (трудоемкостью 300 чел.-ч) в мастерской общего назначения	-	0,7...0,6 т	-
Централизованное восстановление деталей на специализированном предприятии	-	0,23...0,17 кг на 100 деталей	-

Приложение В

Таблица 1 - Средние данные о поступлениях явной теплоты от взрослых мужчин, Вт

Нагрузка	Температура воздуха в помещении, 0С
	15	20	25	30	35
Состояние покоя	116	87	58	40	16
Легкая работа	122	99	64	40	8
Работа средней тяжести -	133	104	70	40	8
Тяжелая работа	162	128	93	52	16
Примечание. Женщины выделяют 85 % теплоты, поступающей от мужчин.

Таблица 2 - Количество тепла, углекислоты и водяного пара, выделяемое животными

Группа животных	Масса животного, кг	Количество тепла, ккал/ч	Количество
		общее	свободное	углекислоты, л/ч	водяных паров, г/ч
Коровы стельные (сухостойные)	300 400 600	604 739 926	440 550 670	90 110 138	288 350 440
Коровы лактирующие при уровне лактации 10 л	300 400 600	644 765 906	450 550 650	96 114 135	307 367 431
Коровы лактирующие при уровне лактации 30л	400 600 800	1174 1342 1509	850 970 1080	175 200 225	560 642 721
Телята до I месяца	30 40 50	100 141 174	72 102 124	15 21 26	47 67 83
Телята от I до 3 месяцев	40 50 100	147 215 282	106 155 204	22 32 42	70 102 135
Телята от 3 до 4 месяцев	90 120 150	248 369 82	178 268 276	37 55 57	118 176 183
Молодняк от 4 месяцев до I года	120 180 250	322 476 496	232 349 358	48 71 74	153 227 236
Молодняк от I года до 2 лет	220 320 350	483 631 651	350 455 476	72 94 97	230 301 310
Свиноматки холостые и супоросные до 2 месяцев	100 150 200	222 256 394	160 185 250	33 38 44	106 121 141
Свиноматки супоросные свыше 2 мес.	100 150 200	268 308 349	195 220 250	40 46 52	128 188 267
Свиноматки с приплодом 10 сосунов	100 150 200	530 605 698	280 435 503	79 90 104	252 288 238
Свиньи откормочные	100 200 300	288 382 503	208 275 365	43 57 75	137 182 240
Молодняк свиней: от 2 месяцев от 5 до 8 месяцев	15 60 80	100 202 235	72 145 170	15 30 35	47 96 112
Бараны	50 80 100	169 222 237	123 160 172	25 33 35	70 93 98
Холостые овцематки	40 50 60	125 148 185	90 108 134	19 22 28	52 62 73
Куры (молодняк) яичного направления	0,06 0,25 0,6 1,3 1,6	15,6 12,7 10,5 9,7 9,2	13,5 8,8 7,4 6,8 6,4	2,3 2,2 1,9 1,7 1,6	3,5 6,6 5,4 5,0 4,8
Куры взрослые: - напольное содержание - клеточное содержание	1,5-1,7 1,5-1,7	11,3 9,8	7,9 6,8	2,0 1,2	5,8 5,1
Куры (молодняк) мясного направления	0,08 0,25 1,2-1,4 1,8 2,5	15,0 11,8 10,4 9,6 8,2	12,9 8,1 7,2 6,7 6,0	2,2 2,0 1,8 1,7 1,6	4,0 6,3 5,4 5,0 4,8
Бройлеры при клеточном содержании	1,3	9,4	7,5	1,7	4,9
Куры взрослые мясного направления	2,5-3,0	10,3	7,2	1,8	5,2
Индейки	6,8	9,6	6,7	1,7	5,0
Утки	3,5	6,9	4,8	1,2	3,6
Гуси	5,3-6,0	5,8	4,0	1,0	3,1
Примечание. 1 ккал/ч = 1,16 Вт

Таблица 3 - Значения коэффициентов К_ж для определения норм выделения теплоты животными при разных температурах

Температура воздуха внутри помещения, 0С	Для крупного рогатого скота	Для свиней
-10	1,59	-
-5	1,43	1,53
0	1,21	1,25
5	1,12	1,08
10	1,00	1,00
15	0,85	0,86
20	0,63	0,67
25	0,30	0,42
30	0,11	0,24

Приложение Г

Таблица - Плотность воздуха при различных температурах и барометрическом давлении

Температура воздуха °С.	Плотность воздуха (кг/мі) при различной температуре и барометрическом давлении (мм.рт.ст.)
	725	730	735	740	745	750	755	760	765	770
-10	1,280	1,285	1,292	1,307	1,316	1,325	1,333	1,342	1,351	1,360
-8	1,271	1,280	1,288	1,257	1,306	1,315	1,323	1,332	1,341	1,350
-6	1,261	1,270	1,279	1,287	1,296	1,305	1,314	1,322	1,331	1,340
-4	1,252	1,261	1,269	1,278	1,286	1,295	1,304	1,313	1,321	1,330
-2	1,243	1,251	1,260	1,268	1,277	1,286	1,294	1,303	1,312	1,320
0	1,234	1,242	1,251	1,259	1,268	1,276	1,285	1,293	1,302	1,311
2	1,225	1,233	1,242	1,250	1,258	1,267	1,276	1,284	1,292	1,301
4	1,216	1,224	1,233	1,241	1,249	1,258	1,266	1,275	1,283	1,291
6	1,207	1,215	1,224	1,232	1,241	1,249	1,257	1,265	1,274	1,282
8	1,198	1,207	1,215	1,223	1,232	1,240	1,248	1,256	1,265	1,273
10	1,190	1,198	1,207	1,215	1,223	1,231	1,240	1,247	1,256	1,264
12	1,182	1,190	1,198	1,206	1,214	1,222	1,231	1,239	1,247	1,255
14	1,173	1,181	1,190	1,198	1,206	1,214	1,222	1,130	1,238	1,246
16	1,165	1,173	1,181	1,190	1,197	1,205	1,213	1,222	1,230	1,238
18	1,157	1,165	1,173	1,181	1,189	1,197	1,205	1,213	1,221	1,229
20	1,146	1,157	1,165	1,173	1,181	1,189	1,197	1,205	1,213	1,221

Размещено на Allbest.ru