местными отсосами; плюс количество тепла, удаляемого из цеха с помощью аэрации, т. е.
или
,
или
,
откуда величина естественного притока равна
Gест.пр = 178000 кГ/ч,
следовательно, величина естественной вытяжки составляет
Gест.пр = 178000 +9000 =187000 кГ/ч
(0,24 – теплоемкость воздуха в ккал/кг).
Переходный период. Ввиду того, что летом Gecm.выm = Gecm.np + 9000 кГ/ч, баланс теплообмена можно написать в следующем виде:
или
откуда величина естественного притока равна
кГ/ч,
естественной вытяжки
кГ/ч.
При этом не следует забывать, что в переходный период в цехах создаются более тяжелые условия для воздухообмена, чем летом, так как для поступления наружного воздуха, имеющего температуру до 10°С, должны открываться фрамуги, находящиеся на высоте 4-6 м от пола.
Зимний период. Баланс теплообмена для этого периода будет иметь следующий вид:
или
.
Отсюда величина естественного притока составляет
кГ/ч,
а величина естественной вытяжки будет равна
кГ/ч,
34. В производственном помещении необходимо поддерживать относительную влажность воздуха φвн = 70% при температуре помещения tвн= 22°С. Количество тепла, подлежащего удалению в течение часа, составляет 26000 ккал/ч. Перепад температур приточного воздуха и воздуха помещения 5°.
Определить необходимый воздухообмен.
Расчет. Необходимый воздухообмен при указанных условиях составит
кГ/ч,
где 0,24 – теплоемкость сухого воздуха в ккал/кг·С.
По I –d -диаграмме (приложение 1) определяем влажность, которую должен иметь приточный воздух, поступающий в помещение с температурой 17°С, чтобы после нагревания до 22°С за счет поглощения теплоизбытков он имел относительную влажность 70%. По I – d-диаграмме находим, что величина относительной влажности приточного воздуха должна быть равна 97%.
При централизованном увлажнении в приточной камере такую влажность воздуха создать практически невозможно; поэтому приходится после увлажнения воздуха в камере до 90–95% дальнейшее его увлажнение производить непосредственно в производственном помещении. В качестве местных увлажнительных устройств наибольшее распространение получили водяные увлажнители, распыляющие воду, подаваемую под давлением, и пневматические увлажнители, распыляющие воду при помощи сжатого воздуха.
Возможен и другой вариант. По I – d -диаграмме находим температуру помещения, которая при относительной влажности, например 90%, дает ту же абсолютную влажность, которую должен иметь воздух помещения. Эта температура будет равна 18°С. Принимая температуру приточного воздуха, вводимого в помещение, равной 18°С, можно обойтись без специальных местных доувлаж-няющих устройств. Однако при этом возрастет необходимый воздухообмен; он будет равен
кГ/ч.
Какое из этих решений является наиболее целесообразным, можно определить в каждом отдельном случае только путем соответствующего экономического расчета.
35. Рассчитать установку (камеру) для доувлажнения воздуха. Исходные данные. Параметры наружного воздуха: летом температура tнар = 21°C, относительная влажность φнар = 65%; зимой температура tнар =–30°С; относительная влажность φнар= 70%. Параметры воздуха в производственном помещении: летом tвн =24°C; φвн=70%. Теплоизбытки летом Qл = 60000 ккал/ч. Производительность пневматической форсунки 2,25 л/ч.
Расчет. Для расчета используем I – d -диаграмму. От точки А, соответствующей параметрам наружного воздуха (фиг. 6), проводим линию I = const до встречи ее с кривой φ = 95%, (точка В). Из точки В проводим вверх линию d = const (линия BE). Далее из точки К, отвечающей параметрам воздуха, предусмотренным нормами, проводим линию І = const; тогда отрезок BE будет соответствовать общему охлаждающему эффекту за счет камерного увлажнения и местного доувлажнения ΣΔІ = 2,5 ккал/кГ сухого воздуха.
Разделив величину всех теплоизбытков на общий охлаждающий эффект, получим необходимый вентиляционный обмен летом
Фиг. 6. Схема для определения камерного увлажнения и местного доувлажнения воздуха с помощью I – d диаграммы.
кГ/ч.
Количество влаги, которое потребляется на насыщение воздуха, проходящего через камеру, равно
кГ/ч.
Зная величину Gвл, можно рассчитать размеры увлажнительной камеры.
Количество влаги, усвоенное при местном доувлажнении, составит
кГ/ч.
При
средней производительности одной
пневматической форсунки 2,25 л/ч
число
форсунок будет равно
= 16 шт.
36. Воздух объемом V = 1000 м3 с параметрами: температура t = 15°С, относительная влажность φ = 50%, при барометрическом давлении Рбар = 754 мм рт. ст. увлажняется насыщенным паром, имеющим вес 5 кГ. Давление перед вентилем у выхода пара равно 1,2 кГ/см2.
Определить окончательные параметры увлажненного воздуха.
Расчет. По I – d -диаграмме (см. приложение 1) вес сухой части в 1 м3 влажного воздуха с начальными параметрами при Рбар = 760 мм рт. ст., gc.ч= 1,215 кГ/м3, при Рбар = 745 мм рт. ст. получим gc.ч = 0,98·1,215 = 1,19 кГ/м; следовательно, общий вес сухой части увлажненного воздуха равен
кГ.
Вес сухой части воздуха, приходящейся на 1 кГ пара, составляет
кГ.
Фиг. 7. Схема для определения увлажнения паром с помощью I – d -диаграммы.
Находим направление луча увлажнения, при этом теплосодержание пара (при давлении 1,2 кГ/см2) In = 640,7 ккал/кГ сухого воздуха.
.
На I – d -диаграмме (фиг. 7) находим точку А, характеризующую начальное состояние, воздуха. В этой точке влагосодержание d1= 5,4 Г, теплосодержание I1= 6,85 ккал/кГ сухого воздуха. От точки А проводим линию I = const (линия АВ), Задаемся произвольным значением Δd; пусть Δd =10 Г/кГ сухого воздуха, тогда из последнего равенства получим
ΔI = 10 · 0,641 = 6,41 ккал/ч сухого воздуха.
Далее от точки А по линии I = const отмечаем точку С, соответствующую Δd =10 Г, от которой откладываем вверх (по d = const) величину приращения теплосодержания ΔI = 6,41 ккал и получаем точку Р. Затем соединяем точки А и Р и выявляем направление процесса увлажнения паром. Из фиг. 7 видно, что увлажнение паром идет по прямой, имеющей наклон, немного больший, чем изотерма. Следовательно, при увлажнении паром температура воздуха слегка повышается, при этом нужно отметить, что полное теплосодержание воздуха значительно возрастает за счет увеличения влагосодержания.
Для определения окончательных параметров увлажненного воздуха следует подставить известные величины в следующее уравнение:
,
откуда d2 ≈ 9,6 Г/кГ сухого воздуха. На линии АР находим точку E, соответствующую влагосодержанию d2. По этой точке- определяются и остальные параметры: теплосодержание I2 = 9,6 ккал/кГ сухого воздуха; температура t2 = 15,5°С, относительная влажность φ2 = 85%.
37. В производственном помещении зимой и летом требуется поддерживать температуру tвн= 18°С и относительную влажность φвн* = 60%.
В помещении в результате испарения воды, имеющей температуру 15°С, выделяется влага. Испарение происходит за счет тепла воздуха и составляет W = 4 кГ/ч. Избыточные тепловыделения: летом Q1 – 10 000 ккал1ч, зимой Q2 = 3000 ккал/ч.
Расчетные параметры наружного воздуха: летом температура tнар = 22°С, относительная влажность φнар = 70%; зимой температура tнар = –15°С, относительная влажность φнар = 80%.
Рециркуляция зимой с целью сохранения тепла допускается в пределах 80% от общего количества воздуха.
Рассчитать процессы обработки воздуха.
Расчет. Ввиду того, что необходимый максимальный воздухообмен, определяющий производительность установки, соответствует летнему режиму, расчет начнем с этого режима.
Определяем угловой коэффициент, характеризующий процесс
ккал/кГ.
Перепад температур приточного воздуха и воздуха внутри помещения обычно принимается равным 3–5°С; тогда температура приточного воздуха составит tпр = 18–3=15°.
На I – d -диаграмме (фиг. 8, а) через точку В, характеризующую состояние воздуха внутри помещения, проводим линию, параллельную лучу (углового масштаба), который равен 2500, и находим на пересечении ее с линией t=15° точку П, определяющую параметры приточного воздуха. Если принять, что приточный воздух будет состоять из смеси воздуха, прошедшего через оросительную камеру, и рециркуляционного воздуха, то точка К, определяющая состояние той части воздуха, которая прошла через оросительную камеру, должна лежать на продолжении прямой ВП.
Принимая, что в камере орошения будет достигнута относительная влажность φ = 95%, находим на пересечении продолжения линии ВП с кривой φ = 95% искомую точку К конечного состояния воздуха, прошедшего через камеру орошения.
Отношение
отрезков
=
0,67, что соответствует 67% рециркуляционного
воздуха, подмешиваемого после дождевого
пространства. Количество воздуха,
подмешиваемого до камеры орошения,
должно составлять 13% (80–67).
Так как количество свежего воздуха по заданию должно составлять 20% от общего воздухообмена, то количество рециркуляционного и свежего воздуха при смешивании перед дождевым пространством должно быть равно 33% (20 + 13).
Для получения параметров смеси перед оросительной камерой соединяем точку В, характеризующую состояние рециркуляционного воздуха (воздух помещения), с точкой Н, соответствующей параметрам наружного воздуха.
Делим
полученный отрезок ВН
на
две части с соотношением
размеров
частей
и
и получим искомую точку С,
соответствующую
параметрам смеси воздуха перед
оросительной
камерой.
Очевидно, в оросительной камере эта
смесь должна быть доведена до состояния,
которое характеризуется точкой К.
Фиг. 8. Схема для определения режимов работы установки для обработки наружного воздуха с помощью I – d -диаграммы:
а – летний период; б – зимний период.
Процесс охлаждения изображен в виде прямой СК, точка пересечения которой с кривой насыщения φ = 100% будет соответствовать необходимой средней температуре охлаждающей воды +7,7°. Зная последнюю, можно произвести расчет всех элементов оросительной камеры, в том числе и охладителя.
При зимнем режиме картина меняется. Угловой коэффициент луча процесса в этом случае будет равен
ккал/кГ.
Так как ни влаговыделение, ни воздухообмен не меняются, то влагосодержание приточного воздуха должно сохраниться таким же, как и для летнего периода. На пересечении линии этого влагосодержания d = 7,4 Г/кГ с лучом 750, проведенным из точки В, находим точку П, характеризующую параметры приточного воздуха зимой (фиг. 8, б).
Очевидно, воздух, выходящий из оросительной камеры, должен обладать влагосодержанием dк равным влагосодержанию приточного воздуха. Кроме того, при предельной эффективности работы камеры относительная влажность его будет равна φк=95%. Учитывая это, проводим из точки П вертикальную линию d = const до пересечения ее с кривой φ = 95% и получаем точку К, определяющую состояние воздуха после оросительной камеры. Изменение состояния воздуха от параметров, характеризуемых точкой К, до параметров, характеризуемых точкой П, осуществляется калориферами.
Предполагается, что процесс изменения состояния воздуха в дождевом пространстве пойдет по линии І = const, проходящей через точку К.
Соединяем точку Н (состояние наружного воздуха зимой) с точкой В (состояние рециркуляционного воздуха} прямой линией, деля ее на два отрезка с соотношением 0,8:0,2 (в соответствии с допустимым процентом рециркуляции), получим точку С состояния смеси перед калориферами первого подогрева.
Роль калориферов первого подогрева состоит в подогреве воздуха до такого состояния, которое обеспечивает возможность адиабатического увлажнения в оросительной камере. Поэтому точка Р (фиг. 8, б), характеризующая состояние воздуха после прохождения калориферов первого подогрева и до вступления его в оросительную камеру, должна находиться на пересечении линии влагосодержания, соответствующего точке С, и теплосодержания, соответствующего точке К.
Найдя таким образом параметры воздуха во всех стадиях процесса его обработки, можно рассчитать отдельные элементы устройства для обработки воздуха, т. е. оросительную камеру и калориферы.
2. Естественная вентиляция
38. Определить положение нейтральной зоны в производственном помещении (фиг. 9) со значительными выделениями тепла.
Температура воздуха у верхних аэрационных .проемов 4-25°С, температура наружного воздуха –15°С.
Определить величину теплового (напора, заставляющего воздух двигаться в направлениях, указанных на фиг. 9, и скорость его движения в нижних и верхних проемах.
Определить количество воздуха, входящего в помещение, и выходящего из него при данной разности температур наружного и внутреннего воздуха. Суммарная площадь верхних проемов в фонарях Fe = 100 м2, нижних проемов Fн = 150 м2, коэффициент, учитывающий сжатие потока воздуха при прохождении его через отверстие, равен α = 0,6. Расстояние между геометрическими осями нижних и верхних проемов h = 10 м.
Расчет. Положение нейтральной зоны 1 можно определить двумя способами: а) определив расстояние нейтральной зоны от геометрической оси нижнего проема hн и б) определив расстояние нейтральной зоны от геометрической оси верхнего проема hв. В обоих случаях следует иметь в виду, что расстояние между геометрическими осями аэрационных проемов h = hн + hв. Расчет ведется по следующим формулам
Фиг. 9. Поперечный разрез цеха (к определению положения нейтральной зоны).
;
.
В этих формулах γнар и γвн – объемный вес воздуха соответственно вне и внутри помещения при соответствующей температуре2. Сначала определим величину hн:
м.
Расстояние от геометрической оси верхних проемов до нейтральной зоны равно
,
откуда
м,
Величина теплового напора определяется по следующей формуле:
H = h(γнар – γвн) = 10000(1,368 – 1,185) = 1830 мм вод.ст
Скорость движения воздуха в проемах рассчитывается следующим образом: в нижнем проеме
м/сек
в верхнем проеме
м/сек
Объем воздуха, выходящего из помещения под действием теплового напор а, определяется по формуле
м3/ч
где F'в – площадь аэрационных проемов в фонарях, уменьшенная в результате контракции струй воздуха F'e = Fвα
α – коэффициент контракции струи.
Таким образом
м3/ч
39. Определить величину воздушного напора у аэрационных проемов и скорость движения воздуха у нижних и верхних проемов в термическом цехе.
Исходные данные. Температура воздуха под потолком помещения (равна +25°С, температура наружного воздуха –10°С. Расстояние между геометрическими осями нижних и верхних аэрационных проемов h = 7 м.
Расстояние нейтральной зоны от геометрической оси нижнего проема hн = 3м.
Расчет. В силу разности температур воздуха внутри и вне помещения, а следовательно, и различного объемного веса воздуха, у верхних выходных проемов создается воздушный напор, величина которого может быть определена по следующей формуле:
мм
вод. ст.,
где γнар γвн – объемный вес воздуха соответственно вне и внутри помещения при соответствующей температуре. Скорость воздуха в нижних проемах определяется по формуле
м/сек,
где g – ускорение силы тяжести в м/сек2.
Скорость воздуха в верхних проемах рассчитывается по формуле
м/сек.
40. В помещении горячего цеха избыточные тепловыделения Qизб = 1 млн. ккал/ч. Температура наружного воздуха летом tнap =22°С. Высота от пола до центра вытяжных фрамуг H = 12 м.
Определить необходимый вентиляционный обмен.
Расчет. Температура воздуха в рабочей зоне цеха по нормам не может превышать температуру наружного воздуха более чем на 3–5°С, поэтому температура в рабочей зоне должна быть не более
.
Температура воздуха, уходящего из помещения, определяется по формуле
,
где к – коэффициент нарастания температуры по высоте помещения – температурный градиент (для горячих цехов он равен 1 – 1,5) принимают k = 1;
2 – условная высота рабочей зоны в м.
Подставив в эту формулу цифровые значения, получим
.
Необходимый вентиляционный воздухообмен составляет
кГ/ч
(с = 0,24 теплоемкость сухого воздуха .в ккал/кГ·°С).
41. Определить естественный воздухообмен в однопролетном цехе (фиг. 10) под действием тепловых избытков.
Исходные данные. Площадь аэрационных проемов. (фрамуг): нижних f1 = 20 м2, f3 = 30 м2; верхних f2 = 25 м2, f4=18 м2. Расстояние осей фрамуг от уровня пола цеха: нижних Н1 = 2 м, Н3 = 5,55 м; верхних Н2 = 20,3 м, Н4 = 20,7 м. Температура воздуха: наружного tнap=20°C, в рабочей зоне tp.З =24°С, уходящего из помещения tху = 44°С. Барометрическое давление Рбар = 745 мм рт. ст. Объемный вес воздуха: наружного унар = 1,181 кГ/м3, в рабочей зоне урЗ = 1,165 кГ/м3, уходящего из помещения уух= 1,091 кГ/м3, уср.пом.= 1,126 кГ/м3.
Расчет. Так как через нижние фрамуги воздух поступает в помещение, на уровне середины этих фрамуг должно быть разрежение. Предположим, что внутри помещения на уровне центра первой фрамуги избыточное давление составляет Р изб = –0,6 кГ/м2. Тогда избыточное давление на уровне остальных фрамуг будет равно:
кГ/м2,
где
.
Фиг. 10. Схема, характеризующая внутреннее избыточное давление, возникающее под действием тепловых избытков в однопролетном цехе.
кГ/м2;
кГ/м2.
В этом случае (см. фиг. 10) аэрационные проемы 1 и 3 будут работать на приток, а 2 и 4 – на вытяжку.
На уровне проема 1 давление воздуха снаружи цеха больше давления воздуха внутри цеха на 0,6 кГ/м2\ следовательно,
,
где υ1 – скорость движения воздуха через проем 1;
g – 9,81 – ускорение силы тяжести в м/сек2.
Из этого равенства υ1≈3,l м/сек. Точно также определяем скорость движения воздуха через проем 3 υ3≈2,6 м/сек. На уровне аэрационного проема 2 давление внутри цеха больше на 0,406 кг/м2: тогда можно написать
,
где υ2–скорость движения воздуха через проем 2.
Из этого равенства υ2 = 2,7 м/сек. Так же рассчитываем скорость движения воздуха через проем 4 υ4 ≈ 2,8 м/сек.
Составляем баланс воздухообмена (расход приточного воздуха равен расходу уходящего воздуха) при коэффициенте запаса, равном 0,65
Введением коэффициента запаса учитываются динамическое давление и местное сопротивление (вследствие сжатия) ори входе1.
Подставляя в последнее уравнение соответствующие цифровые значения, получим
,
что дает
кГ/сек.
Таким образом, приток оказался больше вытяжки. Если в центре аэрационного проема 1 задаться большим внутренним избыточным давлением, то приток будет меньше, а вытяжка больше. Примем ориентировочно на том же уровне Р'щб1 = –0,5 кГ/м2,
тогда
кГ/м2;
кГ/м2;
кГ/м2;
Эти избыточные давления можно было бы получить и более простым способом, прибавляя к прежним давлениям разницу,
кГ/м2;
Новые скорости движения воздуха через аэрационные проемы определяются из следующих равенств:
, откуда υ1≈2,9
м/сек;
,
откуда υ3≈2,25
м/сек;
, откуда υ2≈3,0 м/сек;
,
откуда υ4≈3,1
м/сек;
