1.3. Визначення надлишкового тиску й площі прорізів.

При розрахунку аерації визначається площа верхніх і нижніх витяжних прорізів. Приводиться схема аерації приміщення (мал. 1.4). Залежно від площі відкриття верхніх витяжних і нижніх приточних фрамуг (стулок) у приміщенні встановлюється рівень рівних тисків (приблизно посередині висоти будівлі цеху). Тиск у цій площині дорівнює нулю.

Отже, на рівні центра нижніх прорізів створюється тиск:

Н₁ = h₁ (γ_зовн. – γ_ср.п.) (1.13)

де γ _зовн. – густина повітря поза приміщенням, що відповідає середній

температурі повітря на вулиці (табл. 1.4), кг/м ³;

γ_ср.п. – середня густина повітря в приміщенні, що відповідає середній

температурі повітря в приміщенні (табл. 1.4), кг/м ³;

h₁ – висота від площини рівних тисків до нижніх прорізів, м.

Мал. 1.4. Схема аерації приміщення

Середня температура повітря в приміщенні

t_р.з. – t_вид.

t_{ср. п.} = ––––––– (1.14)

2

де t_р.з. і t_вид. – температури повітря в робочій зоні й повітря, що виходить із

приміщення, °С.

Температура в робочій зоні становить не більше t _р.з = t_зовн + (3 ÷ 5°C).

Температуру повітря, що видаляється з приміщення знаходимо по формулі:

t _вид = t _р.з + К(Н – 2), (1.15)

де К – коефіцієнт нарощення температури по висоті приміщення

(температурний градієнт). Приймається від 0,6 до 1,5;

Н – висота приміщення, м;

2 – умовна висота робочої зони, м.

Вище площини рівних тисків існує надлишковий тиск, Па, що на рівні центру верхніх прорізів дорівнює:

Н₂ = h₂ (γ_зовн. – γ_ср.п.) (1.16)

де γ_зовн. – густина повітря поза приміщенням, що відповідає середній

температурі повітря на вулиці (табл. 1.4), кг/м ³;

γ_ср.п. – середня густина повітря в приміщенні, що відповідає середній

температурі повітря в приміщенні (табл. 1.4), кг/м ³;

h₂ – висота від площини рівних тисків до верхніх прорізів, м.

Цей тиск викликає витяжку повітря. Загальна величина тиску, при якому відбувається обмін повітря у приміщенні, дорівнює:

Н_Т = h (γ_зовн. – γ_ср.п.) g = Н₁ + Н₂ (1.17)

де γ_зовн. – густина повітря поза приміщенням, що відповідає середній

температурі повітря на вулиці (табл. 1.4), кг/м ³;

γ_ср.п. – середня густина повітря в приміщенні, що відповідає середній

температурі повітря в приміщенні (табл. 1.4), кг/м³;

h – висота між площинами нижніх і верхніх прорізів, м;

g = 9,81 м/сек² – прискорення вільного падіння.

Швидкість руху повітря (м/с) у нижньому прорізі V₁ визначаємо по формулі:

(1.18)

де h – відстань між центрами нижнього й верхнього прорізів, м;

γ_зовн., γ_ср.п. – густина зовнішнього й внутрішнього повітря, кг/м³;

g = 9,81 м/сек² – прискорення вільного падіння.

Площу (м²) нижніх вентиляційних прорізів знаходимо по формулі:

F_н = L /3600 (μ₁ V₁), (1.19)

де μ₁ – коефіцієнт витрати повітря через нижні прорізи (μ₁ = 0,15 - 0,65), який

залежить від конструкції стулок і кута їхнього відкриття (для стулок,

відкритих на 90°, µ = 0,65; на 30°– µ = 0,32).

Розраховуємо втрати тиску (Па) у нижніх прорізах:

H₁ = V₁² γ_зовн /2 (1.20)

Тоді надлишковий тиск (Па) у верхніх прорізах становить:

Н₂ = Н_Т – H₁, (1.21)

де H_Т – гравітаційний тиск повітря, Па, розрахований по формулі (17):

Площу (м²) верхніх вентиляційних прорізів розраховуємо по формулі:

(1.22)

де μ₂ - коефіцієнт витрати повітря через верхні прорізи (μ₂ = 0,15 - 0,65), який

залежить від конструкції стулок і кута їхнього відкриття (для стулок,

відкритих на 90°, µ = 0,65; на 30°– µ = 0,32).

Висота отворів в кожному ряду повинна становити не менше 1 м і залежить від конструктивної висоти розміщення підкранових балок. Дожина прорізів залежить від наявності прилеглих до повздовжніх стін споруд як всередині, так і зовні цеху.

Приклад розрахунку

Розрахувати аерацію виробничої дільниці вісепрокатнотгостану «250».

Вихідні дані:

- кількість працюючих N = 44 чол.;

- середня температура повітря t_зовн – 26˚С;

- температура робочої зони на 4˚С вище зовнішнього повітря;

- загальна потужність електродвигунів 1300 кВт;

- розміри дільниці цеху

висота Н = 12,5 ;

ширина В = 50 м;

довжина L = 450 м;

- вага нагрітого металу 38,8 т/год.

В цеху є дві печі, які за усіма параметрами однакові, крім температурного режиму та призначення. Загальна площа зовнішньої поверхні однієї печі, що контактує з повітрям цеху (тепловипромінюючої поверхні) становить 536,9 м².

Продуктивність кожної печі дорівнює продуктивності стану Р = 38,8 т/год. або 38 800 кг/год.

На холодильниках, а також в процесі прокатки, розрізання, таврування та інших операцій метал охолоджується після печі нагріву з температури t_поч = 1200°C до t_кінц = 550°C, а печі нормалізації з t_поч = 850°C до t_кінц = 30°C. Середня теплоємкість металу С = 480,6 Дж/°C.

В цеху встановлені лампи ДРЛ, для яких коефіцієнт, який враховує кількість електроенергії, що переходить у тепло, дорівнює φ = 0,95. Загальна потужність системи освітлення 242 кВт.

Температура в робочій зоні буде становити не більше

t _р.з = t_зовн + (3 ÷ 5°C) = 26 + 4 = 30°C.

Температуру повітря, що видаляється з приміщення знаходимо по фомулі (1.15):

t _вид = t _р.з + К(Н – 2) = 30 + 0,8(12 – 2) = 38°C

де К – коефіцієнт нарощення температури по висоті приміщення – температурний градієнт. Приймається від 0,6 до 1,5;

Н – висота приміщення, м;

2 – умовна висота робочої зони, м.

Тоді середня температура повітря в приміщенні по фомулі (1.14) становить:

t_р.з. – t_вид. 30 + 38

t_{ср. п.} = ––––––– = –––––– = 34°C.

2. 2 2

Кількість тепла, виділеного від електродвигунів устаткування визначаємо по формулі (1.3):

Q₁ = 860 · N_ед · φ = 860 ·1300 · (0,8+0,7+0,7+0,75) =

= 3 298 100 кДж.

Кількість тепла, що виділилося в приміщення від джерел штучного світла можна визначити за формулою (1.5):

Q₂ = 860·N_осв·φ = 860 ·242·0,95 = 197 714 кДж.

Кількість тепла, що виділяється в приміщення працівниками знаходимо по формулі (1.6):

Q₃ = N · q = 44 · 711,6 = 31 310 кДж.

Кількість тепла, що виділяється в приміщення цеху нагрітим матеріалом, знаходимо по формулі 1.(7):

Q₄ = G·C(t_поч – t_кін) = 38,8·480,6 (1200–550) +

+ 38,8·480,6 (800–30) = 26 479 100 кДж.

де t_поч = 1200°C – початкова температура металу для печі нагріву;

t_поч = 800°C – початкова температура металу для печі нормалізації;

t_кін = 550°C – кінцева температура металу для печі нагріву;

t_кін = 30°C – кінцева температура металу для печі нормалізації.

Кількість тепла, що виділяється в приміщення цеху нагрівальними пристроями, знаходимо по формулі (1.8):

Q₅ = 3600·F_п ·k (t_ср – t_вн), Дж

де F_п – площа тепловіддаючої поверхні, (F_п = 536,9) м²,

k – коефіцієнт теплопередачі, Вт/м²·°С;

t_ср – середня температура нагрітої поверхні, ° С;

t_вн – температура повітря в приміщенні, °С.

Коефіцієнт теплопровідності для кладки печі залежить від робочої температури в ній та типу вогнетривкої цегли:

- для цегли з шамоту λ = 0,7 + 0,00064·t_печі.

Так як кладка печей виконана з шамотової цегли, то коефіцієнт теплопередачі становить:

- для печі нагріву λ = 0,7 + 0,00064·1250 = 1,5

k = 1/(1/α_вн+δ_і/λ_i+1/α_н) = 1/(1/8,7+0,5/1,5+1/12,0) = 1,156 Вт/м²·°С;

- для печі нормалізації λ = 0,7 + 0,00064·850 = 1,244

k = 1/(1/α_вн+δ_і/λ_i+1/α_н) = 1/(1/8,7+0,5/1,244+1/12,0) = 1,156 Вт/м²·°С.

Тоді кількість тепла, що виділяється в приміщення цеху нагрівальними пристроями становить:

• від печі нагріву

Q_5наг = 3600·536,9·1,156(1250–30) = 2 730 392 кДж;

• від печі нормалізації

Q_5норм = 3600·536,9·1,156(850–30) = 1 323 298 кДж;

Кількість тепла, що виділяється в приміщення цеху нагрівальними пристроями становить:

Q₅ = Q_5наг+Q_5норм= 2 730 392+1 323 298 = 4 053 690 кДж.

У нашому випадку дільниця цеху не має прямого сонячного освітлення, так як знаходиться між суміжними дільницями, то кількість тепла, що надходить від сонячної радіації не розраховуємо.

Теплові втрати через стіни також не враховуємо, так як їх величина відносно кількості тепла, що надійшло в приміщення цеху, незначна.

Загальну кількість надлишкового тепла, що надійшло в приміщення цеху, розраховуємо по формулі (1.2):

Q_надл = Q_пост = Q₁+Q₂+Q₃+Q₄+Q₅ =

= 3 298 100+197 700+31 300+26 479 100+4 053 690 = 34 059 890 кДж.

Кількість повітря, яке необхідно для видалення надлишка тепла, знаходимо за формулою (1.12):

L = 3,6 Q_над/C·γ·(t_вид– t_надх) = 3,6·34 059 890/1004,6·1,181·(38–26) =

8 612 345 м³/год,

Загальну величину тиску, при якому відбувається обмін повітря у приміщенні, розраховуємо за формулою (1.17):

Н_Т = h (γ_зовн.– γ_ср.п.) g = 12 (1,181 – 1,150) 9,81 = 3,65 Па.

де γ_зовн. – густина повітря поза приміщенням, що відповідає середній

температурі повітря на вулиці (табл. 1.4), кг/м ³;

γ_ср.п. – середня густина повітря в приміщенні, що відповідає середній

температурі повітря в приміщенні (табл. 1.4), кг/м³;

h – висота між площинами нижніх і верхніх прорізів, м;

g = 9,81 м/сек² – прискорення вільного падіння.

Швидкість руху повітря у нижньому прорізі V₁ визначаємо по формулі (1.18):

₄ _______________________ ₄ __________________________

V₁= √ h (γ_зовн. – γ_ср.п.) g/ γ_зовн = √12 (1,181–1,150) 9,81/1,181 = 1,33 м/сек

Площу нижніх вентиляційних прорізів знаходимо по формулі (1.19):

F_н = L/3600(μ₁ V₁) = 8 612 345/3600·0,65·1,33 = 2 767,3 м².

де μ₁ – коефіцієнт витрати повітря через нижні прорізи (μ₁ = 0,15 - 0,65), який

залежить від конструкції стулок і кута їхнього відкриття (для стулок,

відкритих на 90°, µ = 0,65; на 30°– µ = 0,32).

Приймаємо F_н = 2 800 м²

Розраховуємо втрати тиску (Па) у нижніх прорізах за формулою (1.20):

H₁ = V₁² γ_зовн /2 = 1,33²·1,181/2 = 1,04 Па

Тоді надлишковий тиск (Па) у верхніх прорізах становить:

Н₂ = Н_Т – H₁ = 3,65 – 1,04 = 2,61 Па

де H_Т – гравітаційний тиск повітря, Па, розрахований по формулі (1.17):

Площу (м²) верхніх вентиляційних прорізів розраховуємо по формулі (1.22):

_________ ____________

F_в= L/3600√2Н₂/γ_зовн = 8 612 345/3600√2·2,61/1,181 = 1 137,9 м²

де γ_зовн. – густина повітря поза приміщенням, що відповідає середній

температурі повітря на вулиці (табл.1.4), кг/м ³.

Приймаємо F_н = 1 140 м²

При довжині цеху 450м, приймаємо довжину аераційного ліхтаря l=300 м, тоді його висота становить:

h_ліхт = F_в/2l = 1140/2·300 = 1,9 м.

Кількість аераційних приточних отворів в повздовжніх стінах (при площі кожного проєму S_отв= 80 м²) становить:

n_отв= F_н / S_отв = 2 800/80 = 35 шт.